Способ легирования чугуна

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕГЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 954425(22) Заявлено 250480 (21) 2915157/22-02 с присоединением заявки Мо Р 1 М Кз С 21 С 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.Изобретение относится к литейному производству в металлургии.Известны способы введения легирующих элементов на дно тигля совместно с шихтой 11 .Недостатками данного способа является то, что в течение двухчасовой плавки в индукционных печах угар хрома достигает 15, ванадия 10, молибдена 12.Известно, что легирующие элементы целесообразно вводить непосредственно в жидкий металл для 1 получения ста. бильных свойств чугуна в отливках и снижения угара самих легирующих добавок Ц.Однако до настоящего времени нет способа выбора оптимальных температ турных режимов легирования чугуна,что приводит к недостаточному усвоению легирующих элементов, удалению нвметаллических .включенийнизким механическим.и эксплуатационным свойствам чугуна.Цель изобретения - достижение максимально возможных механических и эксПлуатационных свойств чугунов путем повышения усвоения легирующих элементов и эффективного удаления неметаллических включений. Укаэанная цель достигается тем,чтосогласно способу легирования чугуна, заключающемуся во введении легирующих элементов непосредственно в жидкий расплав, определяют температурный порог упорядочения расплава путем измерения одного иэ параметров структурно-чувствительных свойств жидких чугунов, например плотности, вязкости, электросопротнвления, после чего осуществляют нагрев вышеустановленного температурного порога на 30-50 ОС и одновременно вводят легирующие элементы.5 Температура перед введением легирующих элементов может быть определена достаточно точно.П р и м е р 1. Плавку осуществляют в высокочастотной индукционной печи ЛПЗс кислой футеровКой,Определяют температурный порог упорядочения жидкого чугуна состава 3,1-3,2 С;1,6-1,8 51; 0,5-0,8 Мп; 0,1 Р, 0,05 .5; В процессе охлаждения расплава измеряют плотность жидкого чугуна методом проникающего гамма-излучения.Температурный порог начала упорядочения расплава определяют по резкому уплотнению на политермах плотности жидкого чугуна. После чего осуществ 954425ляют нагрев на 30-500 С выше температурного порога и вводят легирующие элементы.По данным известного и предлагаемого способа, с увеличением температуры перегрева и легирования от 5 1400 до 1500 С наблюдается повышение усвояемости легирующих элементов и прочностных свойств чугуна вышеуказанного состава. Поскольку температура начала упорядочения расплава 10 соответствует 1520 С, то рассмотренные в прототипе температурные интервалы (1400-1500 С) не являются оптимальными для достижения максимального эффекта легирования (табл. 1).Оптимальная температура перегрева и легирования находится выше температурного порога начала упорядочения на 30-50 С. При перегреве выше этого порога (1520 С) на 30-50 С происходит интенсивное дорастворение графитных частиц, удаление неметаллических включений и повышение механических свойств. Чрезмерный перегрев приводит к окислению металла, взаимодействию его с материалами Футеровки тигля, что в конечном итоге приводит к снижению механических свойств (табл, 2 и 3).П р и м е р 2. Исходный чугун ЗО(3,1-3,2 С, 1,6-1,851, 0,50,8 Мп, 0,1 Р, 0,05 5):перегреваютдо различных температур и легируютпри этих же температурах. При этомопределяют температуру перегрева 35и легирования, при которой достигается максимум предела прочности, износостойкости и герметичностиотливки.Из табл. 2 следует, что при низких температурах легирования (13501450 С) жидкого чугуна медью в количестве 1,0 наблюдается отрицательный эффект легирования. Значения 6,износостойкости и герметичности значительно ниже исходного чугуна притех же температурах перегрева. Толькопри высоких температурах легирования (более 1520 С) проявляется легирующее действие меди. Следовательно,оптимальная температура легированиядолжна быть выше порога статическогоупорядочения расплава на 30-50 С, От 8рицательное влияние меди на механические и эксплуатационные свойствачугуна при небольших перегревах.надточкой ликвидус (1235 С) связано синтенсивным ростом нератсворенныхграфитных частиц под влиянием ее графитизирующего действия,В случае легирования чугуна карбидообразующими элементами, например 0,5 хромом (табл. 2), значениепрочностных и эксплуатационныхсвойств Значительно выше, чем у нелегированного, во всем интервале 65 исследованных температур перегрева.Это явление связано с дорастворением графитных частиц в присутствиихрома. Максимальные свойства достигаются при перегреве выше порогастатического упорядочения расплавана 30-50 С. Аналогичные результатыполучены при сложном легированиичугуна,П р и м е р 3. Разработка оптимальных температурных режимов плавки и легирования чугунов для изготовления лопастей дробеметного аппарата.Современные дробеметные аппараты спроизводительностью по дроби600 кг/мин требуют значительного повышения стойкости быстроизнашивающихся лопастей, плит защиты распределительных камер, импеллеров. Качествотаких отливок, получаемых из высоко-легированных чугунов, определяетсяусловиями выплавки исходных чугунови их легирования.Применяется чугун следующего химического состава: 2,8-3,2 С; 0,3065 Мп, 0,8-1,251 ф, Р0,2;5 006, 13-18 Сг; 0,3-1,0 Я;0,2-0,6 Ч; 0,2-0,6 Мо..Плавка производится в кислой индукционной печи ИСТ",04 с использованием стального лома, передельногочугуна, науглероживающей присадки иФерросплавов.Учитывая, что ферросплавы и никель являются тугоплавкими, их вводях на дно тигля совместно с углеродным боем. Это приводит к значительному окислению легирующих элементов при плавлении шихты. В течениедвухчасовой плавки угар хрома достигает 15, ванадия - 10, молибдена12.Для уменьшения окисления и лучшего усвоения легирующих элементов ферросплавы ФХ 650, Вд 2, ФМ 1, Ти 2и никель вводят в расплав при различных температурах 1400, 1500, 1550 и1600 СРезультаты химического и спектрального анализа показали, что вводферросплавов в жидкий чугун при1500-1550 С является наиболее оптимальным с точки зрения повышения механических свойств, износостойкости,усвоения легирующих элементов и количества удаленных неметаллическихрключений (табл. 4).Структура литых лопаток дробеметного аппарата отличается более равномерным чередованием дисперсных участков карбида и матрицы, что обеспечивает равномерность свойств в различных сечениях и более высокие эксплуатационные свойства,Оптимальная температура перегреваи легирования оказалась выше температурного порога (1480-1500 С) на 30954425 г ОэО С, Ввод ферросплавов и никеля вжидкий чугун при 1500-1550 С позволяет повысить усвоение хрома, никеля,молибдена и ванадия соответственнона 10,0, 10,8, 16,7, 25 в сравнениис заводской технологией ввода ферросплавов на дно тигля, снижает количество неметаллических включений на28,6 и ликвидирует брак по.недоливам и заворотам. Предел прочности на Температура перегрева и легирования, С 1400 1450 1415 1110 1111 1151515 Т Легирующие элементы,Ъ 1350 1 б 00 Способ Предел прочности на растяжениекгссм известный 19 222 241 24,2 25,2 250 253 263 21 к 3 23 ю 519 22,1 Предлагаемый 2113 23 г 5 25 гО 2513 2610 27 г 4 29 ю 4 30 ю 4 281 Таблица 2 Содержание легирующих элементов, вес,В Чугун М) А 1 Мо Со Сг 5 п Ч Нелегированный 1,0 0,5 0,060,2 1,0- 1,35 0,250,6 0,3 0,5 0,150,2 1,01,2 Ок 4 О,б 1,3 1,5 Продолжение табл. 2 Чугун 1350 С 1400 С 1450 С 1500 С 1550 С 1600 С Нелегированный12,8 9,3 10,8 10,1 11,6 12,312,8 8,4 7,2 10,1 11,8 13,2 6,8 3,9 3,4 7,1 4,0 3,8 Р 39 4 6,1 3,3 3,0 7,4 4,6 4,1 8,1 5,3 4,7 8,8 6,4 511 У 5 Сг 0,1-0,3 й) 0,4-0,6 Сц 0,8-1,0 Сг 0,1-0,3 й 0,4-0,6 С 018-1,0 изгиб возрастает с 59,5 до 72,3 кгс/мма износостойкость - с 9,5 г/ч до3,0 г/ч (табл 4). Преимущества предлагаемого способа в сравнении с общепринятыми техническими условиями легирования чугунов заключаются в том, что обеспечивается достижение стабильных и максимальных эффектов легирования,Таблица 1 24,1 24,2 25,1 26,2 28 29 ю 1 26954425 Таблица 3,Герметичность, 6 кгс/см мм 52 Чугун1350 фС 14000 С1450 С 1500 С 1550 С 1600 С Нелегированный Р 1 20,6 18,6 23,1 24,5 27,9 25,3 19,6 20,8 18,1 28,7 30, 1. 25,1 30,4 32)4 51,3 58,2 62,7 65,2 30,1 27,8 24,1 21,8 46,7 28,7 44,1 52,.6 51,2 60,7 55,1 таблиаа 4 Влияние способа й температуры ввода ферросплавов в жидкий чугун на механические свойства и количество неметаллических вклщчений йстваол-воеметал.ключе-ий,1 короста износа, г/ч Механические свКол"во удален" ных нем таллов,Зак Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,Формула изобретенияСпособ легирования чугуна, заключающийся во введении легирующих элементов непосредственно в жидкий раси плав, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью достижения лучшего усвоения легирующих элементов, повышения механических.и эксплуатационных свойств чугуна и удаления неметаллических включений, перед легированием определяют температурный порог упоря дочения расплава, измеряя:один из па раметров структурно-чувствительных свойств жидких чугунов, после чегонагревают расплав вышеустановленного температурного порога на 30-50 Си одновременно вводят,легирующиеэлементы.источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Справочник по чугунному литью5 иПод ред, Л.А. Гиршовича; Изд. З-е.Л., "Машиностроение"; 1978, с.757.2. Труды ХЧ совещания по теориилитейных процессов. М., "Наука",1974, с74.