Способ получения чугуна с шаровидной формой графита

УСоюз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК, АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рц 952966(51 М. Кл з с присоединением заявки МВ С 21 С 1/10 Государственный комитет СССР о делам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт проблем литья АН Украи ткхниырд з(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНОЙ фОРОЙ ГРДфИГА 10 15 20 25 30 Изобретение относится к области черной металлургии и литейного производства.Для получения чугуна с шаровидным графитом известны способы, заключающиеся в последовательной обработке исходного металла кусковым магнием, а затем ферросилицием, способы, состоящие в обработке исходного металла комплексными модификаторами на основе Ферросилиция или силикокальция с оптимальным содержанием магния и РЗМ и др Я) .К недостаткам этих способов следует отнести то, что они не позволяют управлять процессами графитизации чугуна, улучшать форму графитовых включений и стабильно получать плотные отливки с высокими физико-механическими свойствами.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ модифицирования .чугуна, состоящий в обработке металла при 1360-1140 С че. тырьмя - шестью одинаковыми порциями модификатора, составляющими каждая 0,10-0,65 от веса обрабатываемого металла, а интервал времени ввода последующей порции равен 1530 от времени модифицирующего действия предыдущей порции 2,Недостатками известного способаявляется то, что недостаточно интенсивно повышается степень выпадения графита в чугуне в жидком состоянии. Поэтому незначительно увеличивается количество центров графитизации в жидком состоянии и в.результате этого не происходит увеличениедо оптимального количества графитовых включений и в их величине наблюдается большой разброс по диаметру,а отдельные включения имеют большойразмер, что снижает прочностные свойства чугуна. Этот способ не дает возможности улучшить Форму графитовыхвключений, особенно включений большого диаметра, что дополнительно снижает прочностные свойства чугуна.Модифицирование чугуна несколькимипорциями позволяет уменьшить предусадочное расширение чугуна и уменьшитьобъемные пороки в стенках отливок,однако при разнице толщины стенокотлиВок больше двухкратной в толстыхстенках отливок появляется пористость,приводящая к снижению прочностныхсвойств и гидроплотности металла от.ливок. Кроме того, обработка металла4-5 порциями усложняет процесс модиФицирования чугуна,Целью изобретения является разработка способа получения чугуна с шаровидной формой графита, обеспечивающего повышение степени выпадения графита в чугуне в жидком состоянии,увеличение количества, уменьшениеразмеров и получение правильной шаровидной формы графитовых включений,уменьшение объемных пороков в теле 10отливок и повышение прочностныхсвойств чугуна.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу проводят,внепечную обработку металла тремяпорциями комплексных модификаторовразличных по химическому составу исвойствам, причем первая порция реагента составляет 0,95-1,25 от весаобрабатываемого чугуна и содержит0,3-3,0 РЗМ цериевой или иттриевой групп и 7,0-9,5 магния, втораяпорция реагента составляет 0,750,94,от массы чугуна и содержит6,0-7,45 магния и третья порцияреагента составляет 0,67-0,74 отмассы чугуна и содержит 4,5-5,8 магния, а интервал ввода последующейпорции составляет 35-45 от временимодифицирующего действия предыдущей,порции30Изменение химического состава иколичества вводимого комплексногомодификатора определяется его действием на природу жидкого состоянияисходного чугуна. Использование в 35первой порции модификатора, содержащего 0,3-3,0 РЗМ цериевой или иттриевой групп и 7,0-9,5 магния, определяется тем, что выбранное количество РЗМ обеспечивает получение 40оптимального количества зародышейграфита, а содержание магния в юэмплексном модификаторе и его расходспособствуют получению необходимойскорости охлаждения жидкого чугуна 45и тем самым определяют оптимальныйрост графитовых включений иэ зародышей. Если содержание РЗМ в комплексном .модификаторе меньше 0,3, то количество зародышей графита оказывается меньше оптимального и при дальнейшем росте графитовые включенияимеют отклонения от шаровидной формы, а если больше 3,0, то дальнейшего увеличения количества графитовых зародышей не происходит и наблюдается неравномерный рост граФитовых включений..Повышенное содержание (7,0-9,5) 60 магния в комплексном модификаторе,за счет частичного испарения магния, позволяет получить, оптимальную скоростьохлаждения жидкого чугуна, обеспечивающую выпадение оптималь ного количества зародышей графита и необходимую скорость их роста, Если содержание магния в комплексном модификаторе меньше 7,0, то скорость охлаждения жидкого чугуна, эа счет испарения магния, оказывается недостаточной для обеспечения оптимального протекания процесса зарождения и роста графитовых включений, При увеличении содержания магния больше 9,5 испарение магния происходит интенсивно с пироэффектом и выбросами металла и в результате этого стабильность процесса графитизации чугуна нарушается.Расход модификатора в первой порции присадки определяется количеством испаряющегося магния в процессе внепечной обработки чугуна. При расходе комплексного модификатора меньше 0,95 количество испа-ряющегося магния оказывается недостаточным для получения оптимальной скорости охлаждения чугуна. При увеличении количества модификатора больше 1,25 скорость охлаждения получается большей,чем необходима для получения оптиМального количества зародышей графита.уменьшение количества магния в комплексных модификаторах, используемых во второй и третьей порциях и уменьшение расхода модификаторов, связано с тем, что принятый состав и количество модификатора во второй и третьей порциях необходимо только для последовательного роста графитовых включений и нет необходимости в росте новых центров графитиэации. По этой причине иэ состава модификаторов исключены РМЗ, способствующие увеличению количества центров графитизации. При содержании во второй порции модификатора магния меньше 6,0 в чугуне начинают появляться графитовые включения неправильной формы и даже в виде запятых. При увеличении содержания магния больше 7,45 наблюдается неравномерный рост графитовых включений и отдельные включения вырастают до больших размеров. Оптимальный расход модификатора во второй порции составляет 0,75-0,94, При исПользовании для вторичной обработки чугуна меньше 0,75 модификатора не позволяет нормально поддерживать процесс роста графитовых включений. Они делаются неправильной форью. Кроме того, скорость роста графита значительно замедляется. При увеличении расхода модификатора больше 0,94 наблюдается появление новых зародышей графитовых включений, что приводит к образованию в койечной микроструктуре графитовых включений значительно отличающихся по952966 размерам. А зто снижает прочностные свойства чугуна.Использование для внепечной обработки чугуна третьей порции модификатора с еще меньшим содержанием магния и выдерживание. его расхода в пре делах 0,67-0,74 позволяет повысить степень выпадения графита в чугуне в жидком состоянии, получить оптимальное количество и величину графитовых включений, правильную шаровид ную форму графитовых включений и за счет уменьшения величины предусадочного расширения металла уменьшить объем усадочных пороков в теле отливок. 15При содержании в модификаторе маг. ния в количествах меньших 4,5 наблюдается уменьшение роста графитавых включений, растет .величина предусадочного расширения и объем усадочных пороков в отливках. При увеличении содержания магния больше 5,80 происходит в чугуне образование новых центров графитовых включений, в конечной микроструктуре гра фитовые включения значительно отличаются по размерам и это приводит к снижению прочностных свойств чугуна.При использовании третьей порции комплексного модификатора в количестЭлементы Химический состав модификатора,Модификатор 8,14 3,81 4,68 6,89 9,18 7,84 8,62 7,63 Магний РЗМ цериевой илииттриевой групп 2,23 0,26 3,05 Кремний 58,14 57,92 60,27 59,63 58,26 57,14 58,31 57,83 Кальций 3,26 4,12 . 1,07 3,21 2,98 3,42 2,38 2,67 2,14 2,34 1,94 Алюминий Углерод 1,63 1,67 1,86 ОсОстальное ОсОсОсОсталь-Остальное ное Остальное Железо таль- таль- таль- тальное ное ное ное ет по составу модификатору, используемому в качестве третьей порции, состав Ч - второй порции и состав 60 Л - первой порции. Состав Ч 11 содержит меньше, а состав Ч 1 Н - больше РЗМ, чем предусмотрено предлагаемым способом.Приведенные в табл.1 комплексные 65 модификаторы испольэовали для посКак видно из табл.1 комплексный модификатор 1 и 11 соответствует составу используемому для внепечной обработки исходного чугуна по известному способу. Состав 111 содержит меньше магния, чем в составе комплексного модификатора, используемого для третьей порции вводимого модификатора. Состав И соответствувах меньших 0,67 в микроструктуреначинают появляться отдельные пластинчатые включения графита, что приводит к снижению прочностных свойствчугуна. При увеличении расхода модификатора больше 0,74 дальнейшегоулучшения микроструктуры и свойствчугуна не, наблюдается.Оптимальный интервал ввода последующей порции модификатора послеокончания ввода предыдущей порциисоставляет 35-45 от времени модифицирующего действия предыдущей порции. Если этот интервал меньше 35от времени действия предыдущей порции, то рост графита в жидком состоянии оказывается недостаточными поэтому получается большая величина предусадочного расширения и встенках отливок появляются усадочныепороки. При увеличении этого интервала больше 45 от времени действияпредыдущей порции начинает ослабевать действие модификатора и в ко.нечной микроструктуре чугуна появляется графит пластинчатой форьы,что приводит к снижению прочностныхсвойств.Химический состав используемыхдля внепечной обработки исходногочугуна комплексных модификаторовприведен в табл.1,Таблица 1 3,04 1,86 1,54 2,02 2,63 1,82 1,94 1,97 1,62 1,95952966 Таблица 2 Обычный способ модифи- цирова- ния Показатели Известный способ Комплексный модификатор, используемый для лервой пор- ции 1 ЧП Расход модификатора в .первой порции,Ъ 0,65 0,45 0,92 1,26 0,95 1,03 1,12 1,25 2,8 Комплексныймодификатор,используемыйдля второй порции Расход модификатора во:второй порции,Ъ 4 0,95 0,74 0,94 0,81 0,88 0,75 0,65 Комплексный модификатор, используемый для третьей .порции11 1 111 1 Ч 1 У 1 Ч 17 17 Расход модифи..катора в тре-тьей порции,Ъ 0,65 0,45 0,75 0,70 0,72 0,74 0,67 0,70 Комплексный модификатор используемый для четвертой порции ледовательной порционной обработки исходного чугуна согласно известного способа и предлагаемого.Исходный чугун выплавляли в индукционной печи МГП. Химический состав чугуна следующий, мас.В; 5 3,26-3,34 углерода; 1,26-1,29 кремнияр 0,19-0,22 марганцар 0,08-0,09 Фосфорар 0,012-0,023 серы; 0,18- 0,26 алюминия; 0,04-0,06 кальция и железо и прймеси - остальное, Пос- О ле расплавления чугун. перегревали до 1730-1745 К. Обработку исходного чугуна первой порцией модиФикатора проводили при температуре 1705 К, Температура чугуна при обработке последней порцией комплексного модификатора не снижалась ниже 1665 К.Особенности технологии порционного модифицирования исходного чугуна согласно известного способа и предлагаемого представлены в табл,2. Модифицирование по предлагаемому способу952966 10 Продолжение табл,2 Показатели Известный способ 0,65 0,4 0,45 0,4 57 62 59 Э0,82 Нет Нет Нет 517 Расход модификатора в четвертой порции,% Комплексный модификатор, используемый для пятой пор- ции,Расход моуиДикатора в пя-той порции,Ъ Комплексныймодификатор,используеьвйдля шестойпорции Расход модификатора в шестойпорции,Ъ Средний размерграфитовых включений, мк Характеристика формы графитовых включений Величина предусадочного расширения чугуна,Ъ Наличие объемных пороков втеле отливки Предел прочности при растяжении, МПа Обычныйспособмодифи-.,цирования Много включений не правильной формы Естьусадочные раковиныи поры Модифицирование по предлагаемому способу 53 54 42 39 41 40 Есть отдельные вклю- Графитовые включениячения неправильной правильной шаровиднойформы форж 0,67 0,64 0,63 0,62 0,53 0,54 0,55 0,53 Есть Есть Есть Есть Нет порис- порис- отдель- отдельтость тость ные ные попоры ры 529 534 .548 551 571 577 554 572952966 12 формула изобретения Составитель А.Кондратьев Техред М.Тепер Корректор Н.Король,Редактор Г.Волкова Заказ 6217/43 Тираж 587 Корректор ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035; Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5филиал .ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Иэ данных табл.2 видно, что.порция 0 была обработана по обычному способу модифицироваиия, порции чугуна 1 и 2 были обработаны по известному способу. Третья и четвертая (3 и 4) порции были обработаны с откло нениями от предлагаемого способа по составу комплексных модификаторов и их расходу. Порции 5 и 8 были обработаны полностью согласно предлагаемого способа внепечного модифици О рования чугуна.Из данных табл.2 видно, что при модифицировании чугуна обычным способом в конечной микроструктуре чугуна имеются крупные включения граФита, которые снижают прочностные свойства металла.Кроме. того, большая величина предусадочного расширения приводит к получению в стенках отливок значительных объемных пороков.По сравнению с известным способом предлагаемый способ модифицирования чугуна позволяет уменьшить средний размер графитовых включений с 57- 59 мк до 39-42 мк, получить все гра 25 фитовые включения правильной шаровидной формы; уменьшить величину предусадочного расширения с 0,64-0,67 до 0,53-0,55, полностью ликвидиро,вать объемные пороки в теле отливок и повысить предел прочности при растяжении с 529-534 МПа до 571-577 МПа.Уменьшение предусадочного расширения чугуна приводит к снижению объемной усадки на 10-15 и на соответст вующую величину уменьшаются размеры прибылей и питающих бобышек.Предварительный расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения предлагаемого способа модифицирова- "О ния чугуна, за счет ликвидации объем.ных пороков в теле отливки, уменьшения размера прибылей и питающих бобышек на 10-15 и повышение прочностных свойств чугуна на 8-10 позволяет получить экономию 80,4-8,37 рубна 1 т годного литья. Способ получения чугуна с шаровидной формой графита, заключающийсяв предварительном обессеривании металла и последовательной обработкеисходного чугуна несколькими порциями модификатора, о т л и ч а ю щ и йс я.тем, что, с целью уменьшенияобъемных пороков в теле отливок,иповышения прочностных свойств чугуна, металл обрабатывают тремя порциями комплексных модификаторов, причем первая порция реагента составляет 0,95-1,25 от массы обрабатываемого чугуна и содержит 0,3-3,0 РЗМцериевой или иттриевой групп и 7,5- .9,5 магния, вторая порция составляет 0,75-0,94 от массы чугуна исодержит 6,0-7,45 магния, третьяпорция составляет 0,67-0,74 от мас.сы чугуна и содержит 4,5-5,8 магния, а интервал ввода каждой последующей порции составляет 35-45 от .времени модифицирующего действияпредыдущей порции,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Справочник по чугунному литьюПод ред, И.Г.Гиршовича изд. 3 М"Машиностроение", 1978, с.117.2. Авторское свидетельство СССРР 499310, кл. С 22 С 35/00, 1974,