Модифицирующая смесь для ковкого чугуна

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУ БЛИН И 9 5/О 04 С 2.1 ВБИБЛИ 1 ГЫФ. ОБРЕТ ОПИСА КОВКОиспользовано при пр вок из ковкого чугу тения является повы ких свойств чугуна, дифицирующая смесь алюминий 4,7 - 5,7; висмут 0,7-0,75; ме 94,1. Использование дифицирующей смесить у чугуна пределв 42-45,5 кг/ммНВ и сократить воляет по уа131 прочности н твердостьодолжительо 19 ч. 3 т чи с ермообработк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ( 71) Горьковский политехнический иститут им, А,А,Жданова(57) Изобретение олургии сплавов, а торам жидкого чугу носится к металменно к модификаа, и может быть оизводстве отлина, Целью изобрешение иеханичесПредложенная мосодержит, мас,й: бор 0,5-0,55; дная окалина 93,0едложенной мо 1320254Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к модификато - рам жидкого чугуна, и может быть использовано при производстве отливок из ковкого чугуна, 5Целью изобретения является повышение механических свойств и сокращение продолжительности термической обработки чугуна,Предложенная модифицирующая смесь содержит алюминий, бор, висмут и медную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.7:Алюминий 4,7 - 5,7Бар 0,5 - 0,55Висмут 0,7 - 0,75Медная окалина 93,0 - 94,1Химический состав смесей представлен в табл. 1. 20П р и м е р, Каждая модифицирующая смесь приготовлялась отдельно смешиванием компонентов. При выпуске жидкого чугуна (состав, мас, : С 24; Я 1,1; Мп 0,4; Сг 0,06; Я 006; 25 Р 0,07), выплавленного дуплекс-процессом вагранка - электродуговая печь, модифицирующие смеси при 1500 С последовательно вводились в шесть ковшей. Затем модиФицированный чугун 30 разливался по формам и одновременно были отлиты опытные образцы для исследования механических свойств,Присутствие в модифицирующей смеси медной окалины выше 94,1 мас.7 приводит к появлению в структуре зон .серого чугуна , т.е, пластинчатого графита, что ведет к снижению механических свойств.Содержание медной окалины ниже 40 937 в предлагаемой модифицирующей смеси ведет к снижению скорости графитизации, к ухудшению формы графита, что приводит к ухудшению прочности и твердости, 45Уменьшение в составе модификато - ра верхнего предела ввода висмута (с 0,02 до 0,0023 от массы жидкого металла) возможно, так как кислород, вводимый с окалиной меди, будет пре пятствовать выделению свободного графита, т.евыполнять ту же роль, что и висмут эа счет стабилизации жицкого расплава, Кроме того, возможно и снижение расхода графитизаторов алю миния и бора за счет ввода в металл меди, которая попадает в чугун из окалины меди, введенной в состав модификатора. Использование медной окалины всоставе предложенного чугуна связа -но с тем, что она состоит из набораокислов (окиси, закиси), т,е, содержит нопы с зарядами +2 и +4, например Сд О - два исна меди, что углубляет, усиливает и ускоряет процессграфитизации. Ион с более высокимзарядом имеет большую подвижность иактивность. Процесс взаимодействияионов при высоких температурах является основным процессом увеличениячисла гнезд углерода отжига белогочугуна модифицированного предлагаемым модификатором и превращаемого вковкий чугун, Укаэанное положительно сказывается на сокращении продолжительности термической обработкии повышении механических свойств.Присутствие в модифицирующей смесименее 937 окалины меди (состав 5) ведет к снижению скорости графитизациичугуна в твердом состоянии и, соответственно, к увеличению продолжительности отжига,Присутствие в модифицирующей смеси более 94,17 окалины меди (состав 4 ) ведет к относительному уменьшению количества карбидостабилизирующего элемента (висмута) и, соответственно, к появлению в структурезон "серого чугуна, т,е, к ухудшению формы графита и выделению прикристаллизации жицкого чугуна свободного пластинчатого графита, что .недопустимо и ведет к браку, а крометого, к стабилизации перлита, чтосущественно увеличивает продолжительность второй стадии отжига и,соответственно, всего цикла в целом,Модифицирующая смесь вводилась в чугун в количестве 0,2-0,26 от массы жидкого чугуна, известная модифицирующая смесь - в количестве 0012- 0,076 от массы жидкого металлаОптимальной является добавка модифицирующей смеси, обеспечивающая введение в чугун, мас.Е: алюминий 0,01-0,015; бор О 001-0,0015; висмут 0,0015-0,002; медная окалина 0,2- 0,25, а в известной смеси, мас,Ж: алюминий 0,01-0,05; бор 0,001-0,006 и висмут 0,001-0,02.Отлитые образцы, модифицированные предложенной смесью, подвергали термической обработке по режиму: нагрев до 960 С (8 ч), выдержка при этой температуре 5 ч, промежуточное3 13202охлаждение до 740"С 1,1 ч), выдержкапри этой температуре в течение 5 чи охлаждение на воздухе. Образцы,модифицированные известной смесью,подвергали термической обработке поорежиму: нагрев до 960 С 8 ч), выдержка при этой температуре в течение 12 ч, промежуточное охлаждениедо 740 С 1 ч), выдержка при этойтемпературе в течение 13 ч и охлаждение на воздухе,Графитизация белых чугунов, содержащих висмут с добавкой в них меди,имеет особенность, заключающуюся втом, что в присутствии висмута в чугуне медь образует с ним легкоплавкую эвтектику., располагающуюся пограницам зерен,Эта эвтектика, входящая в составматочного раствора, при кристаллизации имеет решающее значение в ускорении процесса графитизации. Это особенно важно при отжиге белых чугуновна ковкие, где она, являясь активнойсредой, способствует образованию более мелких и компактных выделенийуглерода отжига и располагаетсякакправило, по границам зерен феррита,что способствует повышению механи-ческих свойств чугуна, 30Процесс коагуляции углерода отжига также связан с функцией этого маточного раствора, который, эатвердевая в последнюю очередь, стремитсяк своему максимуму в запасе внутренней энергии, сжимая тем самым болееразмельченные зерна феррита и создавая более благоприятные условия графитизации в элементарных объемах цементита, содержащего субмикроскопическую спель графита.Наличие маточного раствора, всостав которого входит легкоплавкаяэвтектика меди с висмутом, играет приэтом роль активной среды в образовании поверхностно-активных пленок,способствующих коагуляции углеродаотжига. Кроме того, при высоких температурах окислы меди распадаются ипри этом ионы меди могут взаимодействовать с ионами. железа, расположенными как возле поверхности разделазерен так и в самих зернах за счетрастворения меди в железе и реакцийзамещения, создавая дальнейшие очаги зарождения углерода отжига,54 4Этот проце, с взаимодействия ионов при высоких температурах является основным процессом увеличения гнезд углерода отжига у белых чугунов, превращаемых в ковкие чугуны, наблюдавшийся при исследовании белых чугунов, модифицированных предлагаемым модификатором, Таким образом процесс тер" мической обработки сокращается с Э 4 до 19 ч.Механические характеристики полученных отливок 1 опытных образцов) приведены в табл, 2 и Э.Результаты испытаний показали, что чугун, обработанный предложенной модифицирующей смесью, обладает более высокими механическими свойствами, Предел прочности на разрыв чугуна, обработанного предлагаемой смесью, на 9,5 кг/мм выше по срав 2нению с чугуном, обработанным известной смесью, а твердость - на 25 НВ,При использовании изобретения обеспечивается улучшение качества отливок за счет повышения механических свойств чугуна (прочность выше на 9,5 кг/мм), твердость - на 25 НВ, чем у прототипа); повышение срока службы деталей, изготовленных из чугуна, модифицированного пред" лагаемой смесью снижение расхода дорогостоящего остродефицитного и токсичного висмута, а также алюминия и бора. Кроме того, происходит оздоровление условий труда обслуживающего персонала за счет снижения расхода токсичного, висмута; сокращается время проведения термической обработки с 34 до 19 ч, а также снижается себестоимость 1 т годного литья на 2,б руб за счет уменьшения цикла термической обработки. Формула изобретенияМодифицирующая смесь для ковкого чугуна, содержащая алюминий, бор и висмут, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения механических свойств и сокращения продолжительности термической обработки чугуна, она дополнительно содержит медную окалину при следующем соотношении компонентов, мас,7:Алюминий 4,7 - 5,7Бор О, 5 - 0,55Висмут О, 7 - 075Медная окалина 93,0 - 94,11320254 6ТаблицаСодержание мас,Е Составсмеси Бор Висмут Медная ока- лина Алюминий 93,54 0,73 0,53 5 у 2 0,7 94,1 0,5 4,7 0,55 О, 75 93,0 5,7 0,4 95,6 0,5 3,5 1,0,6,5 1,0 91,5 8,0 16,0 76,0 Таблица 2 Продолжительность термической обработки чугунов,модифицированных известным и предложенным составамимодификаторов Продолжительность отжига, ч Состав Время нагрева 1-я стаПромежуточное охлаж 11-я стаПолныйцикл дия дение 19 6,0 19,5 4,5 19 12 34 П р и м е ч а н и е, 1-3 - смеси предлагаемого модификатора 4-5 - смеси, имеющие содержание алюминия, бора, висмута и меднойокалины вьппе и ниже предлагаемого;6 - известная модифицирующая смесь,1320254 Т яблица 3 Механические свойства и структуры образцов послепроведения отжига по режимам соответственно табл. 2 СосМеханические свойства тав Структура Относи- тельное удлинение, 7 44,5 8,0 146 Гф 9, Граз 15-40, П 2 П 25 фе 75Гф 9, Граз 15-40, П, 2 П 10Фе 90 Ц 2 42,0 9,0 131 163 Гф 9, Граз 25-45, П, 2 П 60 фе 40 45,5 6,0 30,5 5,9 116 Гф 6,7,8, Граз 45-90, Фе 33,0 9,0 121 Гф 8, Граз 25-60, П 2 П 6Фе 94 35,0 10,0 121 Гф 8, Граз 5-100, Фе Редактор М.Келемеш Заказ 2614/24 Тираж 604 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5