Комплексный модификатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХсдсннддоддРЮМУБЛИК заю С 22 С 35/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАЦ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И СтНРЫТИйОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ н дстссснонт ссНСствъствт О,1 - 10,00150О, 1-5 т ОО, 1-2,01 - 10Остальное(7 1) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(56) . Авторское свидетельство СССР9 424903, кл. С 22 С 35/00, 1974.2, Авторское свидетельство СССРМф 418548, кл. С 22 С 35/00, 1974.(54)(57) КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР,содержащий кремний, кальций, барий,магний, редкоземельные элементы цериевой группы, алюминий, иттрий и железо, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения прочности чугуна и снижения склонности его к отбелу при различных температурных условиях модифицирования, модификатор дополнительно содержит углерод и хром при следующем соотношении компонентов, мас.7.:Кремний 40-70Кальций 0,1-3,0Барий 0,5-30,0Магний 0,1-3,0Редкоземельныеэлементы цериевой группыАлюминийИттрийу.РодХромЖелезоИзобретение относится к литейномупроизводству, а именно к составамкомплексньк модификаторов, применяемых при производстве ответственнькотливок иэ серого и высокопрочногочугуна, и может быть использованопри массовом производстве машиностро- .ительных отливок.Известна лигатура для стали исплавов, содержащая,: бор 2-20; 1 Оуглерод 0,03-0,3; кремний 6-40;барий 0,2-2; РЗМ 5-35; алюминий0,2-8; хром 5-20; железо 1-12; никель остальное 1 .Недостатком данной лигатуры является то, что в ее состав не входят элементы, активно воздействующие на металлическую матрицу (РЗМ,элементы перпитизаторы),Наиболее близкой к предложенной 20по технической сущности и достигаемому результату является лигатура .для сталей и сплавов, содержащая,вес.: кремний 30-50;. кальций 0,530; барий 0,5-30; магний 0,1-6; 25РЗМ 30-60; алюминий 0,5-15; стронций 0,1-15; иттрий 3-15; железоостальное 23.Лигатура имейт следующие недостатки; пониженная прочность чугунавследствие образования окисных пленок, что связано с повьппеиным содер- ,жанием магния и алюминия в модификаторе; низкая стабильность процессамодифицирования (высокая чувствитель 35ность жидкого расплава к температуремодифицирования ввиду повышенногосодержания кальция, высокая чувствительность к величине добавки вследствие повышенного содержания РЗМ) отрицательно сказывается на управлениихарактером эвтектической кристаллизации и получения структуры чугуна безотбела; повышенный расход редкоземельных дефицитных металлов для обра ботки чугуна. Целью изобретения является повышение.прочности чугуна и снижениесклонности его к отбелу при различных температурных условиях модифицирования.Для достижения указанной цели в составе комплексного модификатора, содержащем кремний, кальций, барий, 55 магний, РЗМ периевой группы, алюминий, иттрий, железо, модификатор дополнительно содержит углерод и хром при сле ующем соотношении компонентов, мас, 7.:Кремний 40-70Кальций 0,1-3,0 Барий 0,5-30,0 Магний О, 1-3,0 РЗМ цериевойгруппы 0,1-10,0 Алюминий О, 1-5,0 Иттрий 0,1 5,0 Углерод О, 1-2,0 Хром 1-10Железо Остальное Пределы содержания ингредиентов (установлено экспериментально) выбраны исходя из следующего.Кремний является сильнейшим графитизатором железо-углеродистых сплавов. При его содержании в комплексном модификаторе в пределах 40-707 обеспечивается оптимальная графитизирующая обработка расплава чугуна (407) и удовлетворительная растворимость модификатора в широком температурном интервале (707).Кальций является сильным раскислителем, оказывает благоприятное влияние на форму и распределение неметаллических включений (более О, 17) .Вместе с тем, повышенное содержание его в лигатуре (более 3,07) приводит к большой чувствительности эффекта модифицирования от температуры обрабатываемого расплава (ошлаковывание лигатуры при повышенном содержании кальция).Барий-активный ферритизатор и графитизатор железо-углеродистых сплавов, измельчает включения графита и повышает дисперсность металлической матрицы в целом. Нижнее содержание бария (0,57) установлено исходя из необходимости достижения достаточного эффекта модифицирования (устранение в структуре чугуна свободного цементита), верхний предел (307) со" держания - исходя из необходимости подавления его сильного ферритизирующего воздействия на металлическую матрицу. Отличительной способностью бария в указанных пределах является увеличение живучести процесса модифицирования. Магний оказывает активное рафинирующее воздействие на расплав чугуна (более 0,17). Остаточное содержание магния измельчает металлическую матрицу и улучшает Форму графитньк вклю25 3 111608чений. Пределы содержания его 0,1-37.выбраны исхо,я из необходимостиобеспечения достаточной степени рафинирования расплава (с учетом суммарного рафинирующего воздействия всехкомпонентов модификатора) при достаточной технологичности ввода модификатора - отсутствие дымовьщеленияк пирроэффекта (более 3,07) .Известно положительное влияние 10РЗМ цериевой группы и иттрия на веськомплекс механических свойств чугуна.Они оказывают существенное рафинирующее влияние на расплав чугуна. Оста-,точное содержание этих элементов15способствует перлитизации металлической матрицы, улучшению формы и характера распределения графита. Как следствие, значительно увеличиваютсяпрочностные свойства и твердость 20чугуна при однозременном повышениипластических характеристик сплава.Пределы содержания РЗМ (0,1-107) ииттрия (О, 1-5,07) обеспечивают достаточный эффект модифицнрования,снижают чувствительность процессак величине добавки комплексного модификатора при одновременном соблюдении принципа экономичности технологической операции. Выше указанныхпределов прирост эффективности обра(ботки невелик.. Алюминий - один из наиболее сильных и одновременно дешевых элементовраскислителей, существенно снижающих 35склонность чугуна к отбелу (более0,17). Ограничение его содержания.в предлагаемом комплексном модификаторе 57. позволяет гарантированно избежать появление окисных плен и подкорковой пористости в чугунных отливках при всех возможных величинах добавокДополнительный ввод углерода(О, 1-2,07) улучшает условия растворимости лигатуры в железоуглеродистых сплавах, особенно при низких температурах. В присутствии углероданаблюдается измельчение эвтектического зерна чугуна по-видимому эа счет 50образования включений карбида кремния,Хром - сильный карбидообразующийи карбидостабилизирующий элемент.Выбранные пределы его содержания 55(1-107) обеспечивают стабилизациюэвтектондного цемента, т.е. перлитизируют металлическую матрицу чугуна,как следствие, повышаются прочность и твердость сплава без существенной опасности появления структурно-свободного цементита при всех возможных технологических добавках модификатораТаким образом, компоненты комплексного модификатора оказывают активное рафинирующее, графитизирующее воздействие на чугун, повышают его прочность прн одновременном снижении склонности к отбелу, При этом повышается стабильность процесса модифицирования при применении предлагаемого модификатора по сравнению с известными при существенных (наблюдаемых на практике) колебаниях температуры обработки и величин добавок.Модификатор получали в руднотермической печи мощностью 10 МВА угле- термическим процессом путем проплавления углеродистого восстановителя (кокса), кварцита, стальной стружки, кварцитобарита (баритовой руды), кон" центрата оксидов РЗМ, натрия, магнезита и добавок углеродистого феррохрома. Модификатор из плавильной печи выпускали в ковш, футерованный графитизированной плиткой. После разливки слитки модификатора измельчали до Фракциименее 10 мм.П р и м е р. Для проведения сравнительных испытаний известной лигатуры и предлагаемого комплексного модификатора был направлен исходный 1чугун, состава, 7.: углерод 3,2; кремний 2,4; марганец О,б.Испытуемые составы модификаторов представлены в табл.1.В качестве показателей эффективности сравниваемых модификаторов выбраны величина отбела в технической пробе (клин с толщиной охлаждаемого ребра 5 мм), твердость и структура чугуна в этом же клине на высоте 30 мм от охлаждаемого ребра и прочность при растяжении модифицированного чугуна. Исходный расплав чугуна обрабатывали в ковше добавками (0,57) известного и заявляемого модификаторов при температурах 1400 и 1320 С,Результаты испытаний представлены в табл. 2. Заметно значительное повышение предела прочности чугуна при растя5 1116083 б жении в случае применения предлагае- ванных температурах, Уменьшился расмого модификатора. Это явилось след- ход РЗМ.ствием меньшего содержания феррити- Годовой зкономический эффект от эирующих элементов в составе послед- использования предложенного модификанего. Повысилась стабильность процес тора составит 24,4 руб.на 1 т .годноса модифицирования при всех исследо- го литья. Таблица 1 1 11 11 С 111 Модифи Пределы катор ингреди- ентов М Са Ва Мя РЗМ А 7 Бг С Сг Ре 45 8,0 9 8 -- ОстальИзвест- Средний 40ныйНижний 40 15 15 3 ноеО 1 - О 1 1 То же 0,1 0,5 0,1 0,1 0,1 25 - 01 6 5 О - 2 О 1 О 1,5 15 1,5 5,0 2,5 Предла-. Средний 55гаемыйВерхний 70 3,0 30 3,0 10 5,0 Ниже нижнего(по Си Сг) 70 О О 1 О 5 О 1 0,1 - 0,05 0,05 1010 5 эО Вышеверхнего1116083 Продолжение таблицы 2 95 перлит 5 феррит 215 90 перлит 10 феррит 210 0 2 15 ледебурит 85 пер 0 132 ег ит0 ледеб.унт 90 перлит 240 213 16 о ж ышеерхнег 14 Т перт т и е: указаны средние значения 5 испытаний,и м Составитель Н.ШепитькоРедактор Н.Швыдкая Техред А,Бабинец Корректор О,Луговая каз 6870/2ВН Тираж 602осударственного комитделам изобретений ива, Ж, Раушская на 113035, Мо иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,едла- Верхний 1320емыйТо же 1400 0 ледебуит 90 перит8 ледебуодписноета СССРткрытий