Способ получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом

(5 ц 4 С ГОСУД АРСТВЕННПО ДЕЛАМ ИЗ НОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТНРЫТИ 4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(56) Авторское свидетельство СССРВ 558942, кл. С 21 С 1/10, 1975.Авторское свидетельство СССРМ., 834141, кл. С 21 С 1/10, 1980.(54)(37) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА С ШАРОВИДНЬК ГРАФИТОМ,включающий расплавление шихты в индукционной печи, перегрев расплава,ковшевую обработку лигатурой редкоземельных металлов в количестве 0,10,37, от массы расплава и последующее,модифицирование в литейной форме магнийсодержащей присадкой в кол честве0,5-1,5 Х от массы расплава, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюобеспечения стабилизации и равномерности структуры и прочностных свойствчугуна в мелких отливках массой О, 1-1 кг, размещенных в многоместных формах, расплав в индукционной печи обрабатывают при 1500-1550 С смесью силикокальция с углеродсодержащим мате-.риалом при соотношении 1-(0,5-2,0)в количестве 0,5-1,57. от массы расплава, 1239150Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам получения чугуна с шаровидным графитом, и может быть использовано при массовом производстве мелких 5 машиностроительных отливок.Целью изобретения является стабилизация и равномерность структуры и прочностных свойств чугуна в мелких отливках массой от 0,1 до 1 кг, расположенных в многоместных формах.Расплав, перегретый в индукционной печи до 1500-1550 С, при максимальной нагрузке на индукторы, обеспечивающей интенсивное перемешивание расплава, 15 обрабатывают смесью силикокальция с углеродсодержащим материалом в количестве 0,5-1,5% от массы расплава и соотношением компонентов в смеси соответственно 1:(0,5-2,0), затем обра- И батывают в ковше лигатурой редкоземельных металлов в количестве 0,1-0,3% от веса расплава и ведут последующее модифицирование магнийсодержащей присадкой в литейной форме в количестве 0,5-1,5% от. ее металлоемкости. В качестве магнийсодержащей присадки может использоваться лигатура железо-кремний-магний либо механическая смесь 75% ферросилиция и гранулированного магния, содержащие 7 - 12% магния,Применение тройной последовательной обработки расплава в плавильном .агрегате (индукционная печь), ковше и в литейной форме позволяет стабилизировать, а также выравнять структуру и свойства металла в мелких отливках, расположенных в многоместных формах.Печная обработка расплава смесью силикокальция с углеродсодержащим40 материалом в количестве 0,5-1,5% массы расплава и соотношением компонентов в смеси соответственно 1;(О5- 2,0) позволяет понизить содержание свободной серы и сократить за счет45 интенсивного перемешивания количест" во серы, связанное в сульфиды кальцияТемпература ввода смеси определяется, исходя иэ наиболее эффективного ее влияния на процессы рафинирования расплава. При температуре выше 1550 С не наблюдается повышения эффективности рафинирования расплава, кроме того, значительно снижается стойкость футеровки печи. При температуре жидкого расплава ниже 15004 С кальций плохо рафинирует ввиду ухудшения растворимости в жидком чугуне.Обработка расплава в печи смесью силикокальция и углеродсодержащего материала позволяет создать восстановительную атмосферу в зоне реакции, в также повышенную концентрацию углерода, способствующую повышению активности серы и снижению активности кислорода, что приводит к значительной интенсификации процесса рафинирования. Особенностью предлагаемого варианта обработки в плавильном агрегате является высокая степень полезного использования кальция на десульФурацию по сравнению с вариантом ковшевой обработки. Соотношение силикокальция к углеродсодержащему материалу 1:(0,5-2,0) и количество смеси от массы расплава выбраны экспериментально, исходя иэ практических данных:по содержанию серы в исходном расппаве. Ниж е преде (О 5 род сме ии соотношение ее компонентов 1 0-2 О)Ф Эустановлены, исходя из достижениятребуемой степени рафинирования расплава при относительной чистой по сере шихте (до 0,03% Я), Верхние (1,5%расхода смеси и соотношения ее компонентов 1-0,5) - исходя из пределарастворимости кальция в чугуне и высокой степени загрязненности исходного расплава (до 0,1% серы),Ковшевая обработка лигатурой, содержащей РЗМ цериевой группы, произ,водит последующую глубокую очисткурасплава от кислорода, препятствующего образованию шаровидного графита.По сравнению с известным способом,при осуществлении которого образующие.ся продукты реакции с трудом удаляются из расплава ввиду их высокой плотности и минералогии, по предлагаемому способу обработка РЗМ посде рафинирования в печи позволяет существенно сократить количество остаточныхнеметаллических включений. РЗМ, взаимодействуя с кислородом и остаточнымисульфидами кальция, образует сложныекомплексные соединения, легко удаляющиеся из расплава. Наличие в лигатуре РЗМ способствует повышению равномерности усвоения магния при последукщей обработке в форме и снижаетпредел остаточного содержания магния,при котором образуется чугун с шаровидным графитом, что в значительной1239 150 Во всех плавках трех серий экспе)5 римента расплавление шихты и доводку расплава по температуре проводят в 1 индукционной печи емкостью 1 т. Обработку расплава проводят по предлага степени повышает стабильность структуры и свойств в мелких отливках.Верхний предел лигатуры РЗМ (0,37) выбран, исходя из необходимости ограничения содержания РЗМ в чугуне по причине отбела, Высокое содержание РЗМ, особенно в мелких отливках, расположенных в многоместных формах, приводит к образованию цементита. Нижний предел лигатуры 10 РЗМ (0,17) определяется, исходя из эффективности рафинирования расплава.Установлено, что обработка вначале в плавильном агрегате предлагаемой смесью, а затем РЗМ в ковше позволяет снизить содержание вредных десфероидизаторов графита и уменьшить активность кислорода.ФПри заливке расплава в форму про исходит растворение магнийсодержащей присадки и модифицирование чугуна. Наличие низкого остаточного содержания примесей, остаточное содержание РЗМ после ковшевой обработки в сово купности с магнием, поступающим из магнийсодержащей присадки в реакционной камере, обеспечивает формирование шаровидного графита, при этом выравнивается степень модифицирования расплава при сфероидизирующей обработке в литейной форме.Величина добавки модифицирующей присадки (0,5-1,5%) в литейную форму определяется экспериментально и зави 35 сит, от содержания в ней магния. П р и м е р . Для получения сравнительных результатов испытания известного и предлагаемого способов проводят на двух составах чугунов с 40 различным содержанием серы. Расплавление шихты и доводку расплава по температуре проводят в индукционной печи емкостью 1 т. Обработку распла- ва ведут известным способом, предпо лагающим ввод РЗМ-содержащей лигатуры (на нижнем пределе 0,17 и верхнем пределе 0,37) и последующую сфероидизирующую обработкумагнийсодержащей присадкой в многоместной форме (на 50 нижнем пределе 0,57 и верхнем 1,57), .наклоненной под углом 15 для обеспечения последовательного заполнения проб весом от О, 1 до 1 кг, а.также предлагаемым способом, предусматривающим тройную обработку расплава в печи смесью 307. силикокальция с графитизированным коксиком (на нижнем пределе 0,57. расхода смеси и соотношении ее компонентов 1,0-2,0 на верхнем пределе 1,57 расхода смеси и отношении ее компонентов 1:0,5) в ковше лигатурой, содержащей РЗМ цериевой группы (на нижнем пределе расхода О, 1 Б и верхнем пределе 0,37), исфероидизирующую обработку в формемагнийсодержащей присадкой (на нижнем пределе расхода 0,57 и на верхнемпределе 1,57). Величина добавок присоставе исходного чугуна с содержанием серы до 0,057 находится на верхних пределах, а при содержании серыдо 0,017. - на нижних пределах.Образцы для механических испытаний и исследования структуры вырезают из проб. Результаты испьанийприведены в табл,Применение предлагаемого способаполучения ВЧШГ позволяет существенностабилизировать структуру и свойства металла во всех пробах формы, Использование известного способа даетудовлетворительные результаты толькопри использовании исходного чугунас низким содержанием серы до 0,017,что может быть достигнуто применениемспециальных шихтовых материалов (рафинированного литейного чугуна, окатышей и т.д.), однако и при этомимеют место случаи неполного модифицирования некоторых мелких отливок.Для определения оптимальности параметров проведения способа проводяттри серии экспериментов. В первой серии исследуют влияние расхода добавкисмеси при постоянной темйературе исоотношении силикокальция к углеродсодержащему материалу на пределы колебания прочности обработанного чугуна.Во второй - исследуют влияние соотношения силикокальция к углеродсодержащему материалу при постоянной температуре и величине расхода добавки.В третьей серии исследуют влияние температуры на стабильность прочностных свойств чугуна. Исходное содержание серы в расплаве во всех случаяхсоставляет 0,043, Образцы для механических испытаний и исследования структуры вырезают из проб. Результаты испытания приведены в табл. 2.1239150 Таблица 1 Номера проб в порядке их заполненияСпособ Содержание обработки серы в ис ходном чу-, 1 2 34 5 гуне 70 85 90 95 90 90 65 65400 500 550 560 540 530 . 390 410 Известный 0,01 55 50 60 65 55 65 55 55310 300 320 340 320 345 315 310 о Предлага- емый 99 97575 560 99 99 99570 580 580 99 97 ф 57097 99570 580 97 95 95 97580 5 О 575 580 99 97 97580 570 565Числитель дроби - значения степени сфероидизации графита, 7; знаменатель дроби - предел прочности на разрыв, МПа. емому способу, включающему рафиниронацие в индукционной печи, обработку РЗМ-содержащей добавкой в количестве 0,27 и последующую сфероидизирующую обработку магнийсодержащей присадкой в многоместной наклоненной форме под углом 15 для последовательного заполнения проб весом от 0,1 до 1 кг. Величина магнийсодержащей присадки составляет 17. от металлоемкости формы вПри получении отливок из высоко- прочного чугуна наиболее распространенных марок ВЧ 45-5 ВЧ 50-2, ВЧ 50-7 допустимые пределы колебания прочности составляют +30 МПа. В противном случае, пои превышении верхнего уровня предела прочности не обеспечивается требуемое относительноеудлинение в мелких отливках, а нижний уровень ограничен требованиемГОСТа. Этим требованиям удотвлетворяет предлагаемый способ при выполнении условий по температуре обработкии составу смеси.10 Таким образом, получение чугунас шаровидным графитом по предлагаемому способу позволяет получат мелкие отливки весом от 0,1 до 1 кг, распо ложенные в многоместных отливках, сравномерной структурой и .стабилизированными свойствами при использовании традиционных шихтовых материалов.8 123950 Т а б л и ц а 2 Серия 1520 0,1 1:2 40 0,5 30 1:2 1:2 1,0 20 15 1:2 2,0 1:2 15 1520 1,0 1:3 30 1:2 20 1,0 10 50 50 1450 1,0 1,0 1500 20 1550 10 1,0 1600 1,0 10 Составитель К. СорокинТехред И,Бонкал Корректор Т. Колб Редактор Н. Егорова Тира:к 552 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5