Модификатор

,ЯО,в 1 1 О 6845 за) С 22 35/О кремний,тем, чтоночти, удных темйети и усталнительно бор и цинк при следующнии элементов, мас.7;Магний 3Редкоземельныеметаллы 0Кальций 0МарганецАлюминий(54 про гра зем алю(57) ного ита, льные миний,ОДИФИКАТОР для высокоугуна с шаровидной формойодержащий магний, редкометаллы, кальций, марганемедь, никель, железо и ЦирконииБорЦинкЖелезоКремний ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт металлургии и Чебоксарскийзавод промышленных тракторов(56) 1. Авторское свиВ 559990, кл. С 22 С2. Авторское свидей": 789622, кл. С 22 С отличающийся с целью повышения пластичрной вязкости при пониженатурах, трещиноустойчивосостной прочности, он дополодержит титан, цирконий,ем соотноше,0-9,0 0,1 2,00,5-2,04,0-10,04,0-10,00,5-1,01,0-5,01106845 1Изобретение относится к чернойметаллургии, в частности к составаммодификаторов для производства высокопрочного чугуна.Известен модификатор для высокопрочного чугуна 111 следующего состава, мас.%:Магний 5-1 РКальций 5-15Железо 1-15РЗМ 2-10Никель 10-20Марганец 10-20Углерод 0,5-6,0Барий 3-15 15Медь 10-20Кремний ОстальноеНедостатком такого комплексногомодификатора является высокое содержание суммы щелочноземельных металлов (кальция и бария), поэтому онплохо усваивается расплавом и требует дополнительного введения флюсаво избежание ошлаковывания поверхности частиц модификатора и затормаживания (или прекращения) реакциивзаимодействия модификатора с расплавом. Кроме того, медь, никель и марганец в количествах 10-.20% каждогоухудшают дробимость модификатора, а З 0также способствуют стабилизации перлитной составляющей металлическойматрицы, что снижает пластическиесвойства чугуна и требует проведениядополнительной термической обработкиотливок,Высокое содержание углерода вмодификаторе, значительно превышающеепредел растворимости его в сплаве,в значительной степени усложняет 40изготовление модификатора и делаетнестабильным его состав.Однако чугун, обработанный известным модификатором, характеризуется низкими пластическими и вязкими свойствами при работе в условиях отрицательных температур, а также склонностью к деформации отливок и образованию трещин. Высокое содержание алюминия (до 8%) не только ухудшает форму графита, но и может приводить к образованию в отливках сетовидной пористости. Введение в состав модификатора вольфрама удорожает его стоимость, практически не изменяя формообразования графита.Целью изобретения является ловы" шение пластичности, ударной вязкости при пониженных температурах, трещиноустойчивости и усталостной прочностиПоставленная цель достигается тем, что модификатор для высокопрочного чугуна с шаровидной формой гра" фита, содержащий магний, редкоземельные металлы, кальций, марганец, алюминий, никель, железо и кремний, дополнительно содержит титан, цирконий, бор и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:Магний 3,0-9,0Редкоземельныеметаллы 0,5-4,0Кальций 0,3-1,5Марганец 0,1-2,0Алюминий 0,5-2,0Никель 4,0-10,0Медь 4, 0-10, 0Цирконий О, 15,0Титан 0,5-1,0Бор 0,005-0,96Цинк 0,05-0,5Железо 20,0-35,0Кремний Остальное50 Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является модификатор 12145следующего состава, мас.%:Магний 5,0-10,0Кальций 0,2-2,4РЗМ О, 1-5,0Барий 0,5-3,0Медь 0,1-1,0Никель 0,1-3,0Марганец 0,1 - 1,0Углерод 0,2-2,0Алюминий 0,2-8,055Вольфрам 0,01-2,8Кремний 45,0 -70,0Железо Остальное Совместное введение титана, циркония и бора обеспечивает прочную связь азота, растворимого в чугуне, в стойкие нитриды, которые служат зародышевой фазой для выделения графита и образование инокулирующей тугоплавкой зародышевой фазы диборида титана (Т 1 В) и диборида циркония (ЕгВ ), которая позволяет получить ультрамелкое ферритное зерно в матрице. Это, в свою очередь, обеспечивает сохранение пластических и вязких свойств чугуна в условиях работы при отрицательных температурах и снижает склонность к образованию трещин и деформации отли1106845 25 звок. Нижние пределы по содержаниютитана, циркония и бора (0,5, 0,1и 0,0057 соответственно) обусловленыпроявлением их эффекта, а верхние(1,0; 5,0 и 0,57, соответственно)ограничены воэможностью стабилизации карбидной фазы. Алюминий в составе модификатора в количестве 0,52,07. совместно с кальцием и РЗМ способствует раскислению чугуна и из Омельчению графитовых включений, чтоприводит к стабилизации процесса модифицирования,Содержание алюминия свыше 27 может вызвать образование сетовидной 15пористости и отрицательно влияет настепень измельчения графита, а присодержании алюминия менее 0,57. диспергирующий эффект его не проявляетСЯ г 20Цинк повышает степень усвоениямагния при модифицировании, позволяетснижать его содержание в модификаторе и тем самым значительно уменьшает пироэффект, Содержание цинкав модификаторе свыше 0,57 ухудшаетэкологические условия на литейномучастке, а при содержании менее0,057 эффект его влияния не проявляется. Совместное введение в составмодификатора никеля и меди обеспечивает высокую степень растворимостимагния и кальция и более однородноераспределение этих элементов в составе модификатора при лучшем их ус 35воении жидким металлом. Кроме того,введение в чугун меди и никеля повышает пластические свойства последнего за счет улучшения формы и уменьшения размера графита.40При содержании меди и никеля вмодификаторе менее 47 каждого, ихвлияние на свойства чугуна незаметно, а превышение 107. каждого приводит к перлитизации металлическойматрицы, что отрицательно влияетна пластические свойства чугуна.Резкоземельные металлы связываютпримеси деглобуляризирующих элементов, таких как сурьма, висмут, оло 50во, свинец, теллур и др. в инертные соединения (интерметаллиды).Содержание РЗМ 0,57. - минимально необходимое для связывания этихэлементов, а верхний предел (47)установлен из экономических соображений, чтобы не удорожать стоимостьмодификатора и не усилить его карбидостабилизирующее влияние,Предлагаемый модификатор выплавлялся в индукционной печи ИСТ - 0,5с графитовым тиглем методом сплавления составлякщих шихты.Содержание марганца и цинка в модификаторе регулируется использованием при выплавке чушкового магнияразличных марок, содержание алюминия определяется использованиемферросилиция марки ФС 65 и фС 45.Для исследования влияния предлагаемого модификатора на увеличение количества графита шаровиднойформы, уменьшение размера графитовыхвключений, а также на повышение пластических и вязких свойств чугунапри отрицательных температурах ипонижение склонности к трещинообразованию и деформации в отливкахбыли проведены плавки чугуна вэлектропечи с обработкой известными предлагаемыми модификаторами. Химический состав чугуна был следующим, мас.7:Углерод 3,37-3,43Кремний 2,6-2,9Марганец 0,28-0,38Сера 0,041-0,047фосфор 0,06-0,07Количество вводимого модификатора в ковш емкостью 300 кг - 6 кг,что составляет 27 от веса жидкогоометалла, Температура металла 1450 С.Составы известного и предлагаемыкмодификаторов, использованных припроведении экспериментов, приведеныв табл. 1,Для исследования структуры и механических свойств модифицированного чугуна были отобраны трефовидные пробы и отливки с толщиной стенок от 5 до 40 мм. Одновременно заливали опытные пробы для сравнениятрещиноустойчивости отливок, которую оценивали по общей плотностигорячих трещин, возникающих в термическом узле,Испытания на растяжение проводили в соответствии с ГОСТ 1497-61на цилиндрических образцах диаметром 1 О мм и расчетной длиной 50 мм,Ударную вязкость испытывали на оборазцах без надреза при 40 С. Износобразцов определяли при возвратнопоступательном движении на машинетрения МИпо стандартной методикепри длительности эксперимента 8 чи пути трения 12800 м.106845 Таблица 1 Состав модификатора, 7.1 1 1 Модификатор Мя Са РЗМ Ва Са Н Мп С Известный 1Предлагаемый 1,5 7,2 1,3 2,8 1,7 0,3 1,5 0,4 3,0 3,0 0,14 0 4 0 0 17,5 7,5 1,0 10,0 10,0 2,0 10,0 10,2 2,5 2,5 0,5 1,0 3,0 0,3 0,5 4 0 1 0 2 0 9,0 1,5 4,0 9,5 1,2 4,5 Продолжение табл, 1 Состав модификатора, Е Ре Т Ег В Модификатор А 1 Я,Бх 2 п Известный 5,3 2,1 50,5 Остальное Предлагаемый 0 7 - Осталь 00 2 0 7 0 001 0 02 ное 5 1Определение усталостной прочности проводили в соответствии с ГОСТ 2860-65 на машине МУИ 6000 с частотой 100 Гц.Результаты испытаний, приведенные в табл, 2, являются средними из 10 образцов.Металлографический анализ микроструктуры показал, что в отливках, обработанных известным модификатором, число включений шаровидного графита меньше и они крупнее, чем в чугуне, обработанном предлагаемым модификатором. Матрица чугуна, обработанного известным модификатором, состоит из феррита с 15-20 перлита, величина зерна феррита 4-5 баллов шйалы ГОСТ 5639-65, в то время, как при использовании предлагаемого модификатора матрица чугуна полностью ферритная с ультра- мелким зерном 7-8 балла, Мелкодйсперсные глобулы в сочетгнии с такой матрицей обеспечивают высокие пластические свойства, ударную вязкость при отрицательных температурах, повышают усталостную прочность чугуна,износоустойчивость и трещиноустойчивость отливок, Чугун, обработанныймодификатором состава 2 и 6, выходящих по содержанию большинства элементов за пределы предлагаемого,имеет свойства значительно ниже, чем3-5 составов.10 Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого модификатора по сравнению с базовой никельмагниевой лигатурой по техническим условиям 48-21-5013-72, применяе 15 мой для производства отливок иэ высокопрочно 1 о чугуна с шаровидным графитом, определяется прежде всего снижением брака по механическим свойствам, трещинам и деформации в отлив 20 ках в 2-3 раза, а также снижениемстоимости модификатора.Годовой экономический эффект отиспользования изобретения по сравнению базовым объектом составит25 662 тыс. руб,1106845 Продолжение табл. 1 Состав модификатора, 7.Ч Я 1 Ре Т 1 Модификатор Таблица 2 Механические свойства модифицированного чугуна Модификатор ПовьпцеОтноси- Число ВелиУстаРазмер сферои тельная сфероизносо- идовстой- на лостная ина ние трещиноус"тойчивости,зернаферрита,до ПределпрочОтноси- тельное Твердость, НВ Удар н ро м 2 вяз кос ность осиМПа сть длин ние,аллы при-40 С,Дж/см 2 Изве- стный 8 4-5 40 180 1,Предлагамый 2 36 7 21,0 0 21,5 28 10 10 1,48 27 98 03 1,50 195 3 Редактор Г. Волко аказ 5726/20 Ти ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж, аж 603ого комитета СССний и открытий писное 4/5 шская наб.,илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проект 542 9,3 567 12,2 583 11,0 587 10,4 600 8,0 Л 1 Ег В Хп 0,5 35,0 0,5 1,0 0,005 0,05 1,0 - -"- 28,0 0,62 2,5 0,02 0,20 2,0 - -"- 20,0 1,0 5,0 0,05 0,5 Ш 20,0 1,5 6,0 0,08 О, 7 07 0,98 2 21 1,17 2 25 1,23 2 Составитель Н. ШепитькоТехред Т.ДУбинчак Корректор Д. Мельниченко