Способ получения чугуна с шаровидным графитом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 А 1 9) 111 511 4 С 21 С 1/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ Т СССРТНРЫТИЙ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О рЧ) Одесский конструккий институт по(4 рско-техноршневым огичес ША 11 3833361, 74.видетельство СССР С 21 С 1/1 О, 1978 Ва И олуч тливок ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ кольцам(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРО ВИДНЫМ ГРАФИТОМ(57) Изобретение относится к област литейного производст может использоваться для и ения о из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, Целью изобретения является упрощение технологического процесса, уменьшение расхода модифицирующих и легирующих компонентов и стабилизация химического состава чугуна, Это достигается тем, что операцию первичного модифицирования осуществляют путем ввода сфероидизирующего модификатора на дно ковша под двухслойной засыпкой из легирующего металла с т,пл, 1000 -1300 С и уд,в, не менее 7,0 г/см и очищенной стружэки или дробленого лома черных металлов, Новым в способе является использование двухслойной засыпки, соглас- Ж но которой нижний слой состоит иэ легирующего компонента, а верхний - иэ металла, близкого по составу выплав- С ляемому чугуну, 3 з,п,ф-лы, 2 табл.Изобретение относится к металлургии черных сплавов и может быть использовано для отливки деталей из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) с применением сфероидизирующих модификаторов,Целью изобретения является упрощение технологического процесса,уменьшение расхода модифицирующих илегирующих компонентов и стабилизация химического состава чугуна,Поставленная цель достигается тем,что по способу, включающему послойную укладку на дно ковша сфероидизирующей лигатуры, защитного покрытияс легирующими или модифицирующимикомпонентами и слоя стружки или кусков лома черных металлов размеромне более 20-30 мм с содержанием серыне более 0,027 и дво 1 лное модифицирование, в качестве легируюшего или модифицирующего компонента используютферросплав или металл с т,пл. 1000 о1300 С и удельным весом не менее7,0 г/см , ковш заполняют расплав 3ленным чугуном с температурой 15201620 С и после выдержки до окончанияареакций расплав переливают в ра.эливочный ковш, причем вторичное модифиФцирование графитизирующим модификатором производят одновременно с переливом.В качестве легирующего компонента используют катодную медь, которую засыпают на сфероидизирующий модификатор кусками не более 40 х 40 мм в количестве 03-1,27 от массы чугуна в ковшеВ качестве лома черных металлов используют стальную стружку в смеси с графитовым порошком,В тех случаях, когда е 1 кость промежуточного ковша равна емкости плавильной печи, для уменьшения потерь температуры при переливах и транспортировке, жидкий чугун после обработки первичным сфероидизирующим модификатором сливают обратно в печь, а вторичное модифицирование проводят, вводя графитиэирующий модификатор при повторном выпуске чугуна в этот же ковш, который в дальнейшем используют в качестве разливочного, Этим достигается еще большая стабильность химического состава по всему объему плавки эа счет перемешивания при переливе и уменьшается общее количест 540 45 50 55 20 25 30 35 но ковшей, необходимых для осуществления техпропесса,Использование двухслойного насыпного покрытия предохраняет сфероидизирующий модификатор от непосредственного контакта с расплавленным чугуном в начальный период заполненияковша. Контакт происходит только после расплавления части покрытия, когда ковш частично или полностью заполнен чугуном, те. под слоем жидкого металла без доступа воздуха,что предотвращает его охисление, увеличивает усвоение и уменьшает лироэффект,Преимушеством предлагаемого способа является то, что с модификаторомреагирует не обычный жидкий чугун, асплав, обогащенный сравнительно легкоплавким и в то же время тяжелымкомпонентом, что уменьшает угар модификатора, а пары и газы, выделяющиеся при реакции, проходя через расплав, перемешивают его, обеспечиваяравномерное содержание легируюшихкомпонентов во всем объеме. Крометого, обогащая первый защитный слойуглеродом, сравнительно легко добиться той или иной заданной структурыметаллической матрицы от цементитадо феррита, уменьшая при этом расходвторичного модификатора,П р и м е р. Проводили отливкупоршневых колец к двигателям внутреннего сгорания Д, ДиСМД/19 КН и образцов из ВЧШГ, обработанного по предложенному и известному способам,Чугун выплавляли в индукционной электропечи ЛПс нейтральным тиглем емкостью 50 кг, Шихта состояла, из 503 литеиного рафинированного чугуна ЛР, 458-47,0 Е возврата, 0,47 гранулированного металлического никеля НЗ, 1.,ОХ катодной меди, 0,5- 1,57 ферросилиция ФСЛ, 0,16-1,57 лигатуры М-Мд-Се и 0,15-0,57 силикокальция СК. Лигатуру, содержащую 172 Мц, 0,5- 1,07. Се и 81,5-82,5 Е И, вводили в качестве сфероидизирующего модификатора (СМ), В качестве графитизирующих модификаторов (ГМ) испольэовали ферросилиций и,силикокальций, Кроме того, при модифицировании в качестве защитных покрытий испольэовали стружку ВЧШГ, стальную высечку и стружкуз 1 2.70и графитовый порошок (всего 0,3-1 57.от металлозавалки),Чугун, возврат, никель и часть катодной меди, не входящую в защитноепокрытие, вводили в печь по мере расплавления металлозавалки. После расплавления шихты и нагрева до заданной температуры чугун выпускали вковш, на дно которого предварительноукладывали модиФикаторы и защитные Опокрытия, как показано в табл,1,Температуру перегрева и выпускачугуна из печи измеряли термопаройТПП(платина - платинородий);а температуру заливки форм - оптическим пирометром (Проминь"),Всего проведено 11 опытов, в томчисле 6 (с 1-го по 6-й) по предлагаемому способу и 5-по известному,Плавки 7 и 11 проводили без допол нительного легирования, плавки 8, 9и 10 для обеспечения сопоставимостирезультатов проводили с дополнительным легированием никелем и медью,которые вводили в печь с металлозавалкой,В опытах -6 первичным являлосьсфероидизирующее модифицирование, авторичным - графитизирующее, При этомв плавках 1.-3 ГМ вводили при перели- З 0ве чугуна из промежуточного ковша враэливочный, который использовализатем для заливки форм, а в плавках4-6 после выпуска в ковш и завершения реакции между СМ и чугуном расп- З 5лав переливали обратно в печь и ГМвводили при повторном выпуске чугунав этот же ковш, который затем испольэовали для заливки форм,В опытах 7-11 первичным являлось 40графитизирующее модифицирование, авторичным сфероидизирующее, в соответствии с последовательностью контакта жидкого чугуна со слоями модификатора, Технологические режимы модифицирования, в том числе количество модификаторов и температуры перегрева и заливки чугуна, сведены втабл.1.Формы для заливки поршневых колец 50собирали в стопки по 14 шт. В однойформе отливали по 4-5 заготовок, Вкаждой плавке заливалось последовательно по 4 стопочные Формы и отливалось по 220-280 заготовок поршневых колец, Образцы для химического имикроструктурного анализа отбиралииз верха и низа .стопочной формы,173Кроме того, отливали цилиндрические пробы 8 5,10,30 мм и прямоугольные образцы сечением 4 х 2,7 х 5 и 5 хО мм длиной 150 мм каждый.Результаты химического анализа показали, что содержание марганца фосфора, никеля и серы практически не изменилось при различных способах получения ВЧШГ и составляло соответственно в образцах из всех плавок 03-05 Е Мд 008-0183 Р, 0,32 0467. М (кроме плавок 7 и 11) и 0015-00187 Ь.Эффективность использования различных способов оценивали сравнением степени усвоения и стабильности содержания магния, кремния, меди, а также сравнением структуры отливок и механических свойств обработанных образцов и поршневых колец.Усвоение компонентов определялипо ФормулеК , = в - х 1007К ост.сгде К - коэффициент усвоения, 7;К- среднее содержание компонента по результатам химического анализа плавки,мас7;Кв, - количество компонента,вводимое согласно расчету.шихты, мас.7,Стабильность химического составаоценивали после статистической обработки величиной среднего квадратического отклонения результатов химического анализа аналогичных плавок.Отлитые заготовки поршневых колец и образцы подвергали термическойи механической обработке последующим механическим испытаниям.Отливки из опытов 1-6 перед механообработкой были подвергнуты отпусоку при 600 С в течение 45 мин дляснятия внутренних напряжений, а отливки из опытов 7-11 в связи со значительным количеством цементита в литой структуре и невозможностью механообработки были подвергнуты предварительному отжигу на феррит прио950 С в течение 3 ч, затем черновой механообработке шлифовке торцов и далее двухстадийной термообработке для обеспечения технических требований по микроструктуре и свойствам, Режим двухстадийной термообработки;5 12701нагрев до 950 С, выдержка 30 мин изаливка в масле, затем отпуск при600 С в течение 45 мин и охлаждениена воздухе, После этого проведенаокончательная механообработка и испытания, Попученные результаты сведены в табл,2,Анализ результатов показывает,что при использовании предлагаемогоспособа усвоение магния увеличивает Ося на 10-15% и более, а меди - на 104% сравнительно с известным способом, При этом в обоих случаях усвоение магния резко уменьшается при увеличении дозы сфероидизирующего модификатора, Наибольшее усвоение кремнияи наименьшую потерю температуры обеспечивает предлагаемый способ с повторным использованием одного и тогоже ковша для сфероидиэирующего и граФитизирующего модифицирования с последующей разливкой чугуна по формам( плавки 4,5 и 61, а использование чистой стальной стружки или в смеси сграфитовым порошком позволяет регулировать содержание углерода в ВЧ 1 ЦГ на0,20 , т.е, на б . абсолютного содержания компонента (плавки 5 и 6,При использовании известного способа с оптимальными дозами модифика- З 0торов усвоение магния составляет 5967%, меди 78-82% и кремния 80-90 ,Предлагаемый способ обеспечивает усвоение до 73-85% магния, 92-96 Х медии 90-96% кремния.35Стабильность химического состава,при использовании предлагаемого способа увеличивается в 1,5-3,0 раза посодержанию магния и в 1,5-2,0 раза посодержанию меди, Микроструктура порш невых колец, отлитых по предлагаемому способу, более стабильна по строению графита и по металлической основе, Степень сфероидизации графитаза счет более полного усвоения магния в плавках с использованием предлагаемого способа составляет 95-97 ,а по известному способу - 85-95 ,Количество феррита в заготовках,отлитых по предлагаемому способу, 50составляет 6-12 , а в заготовках,отлитых по известному способу - 24%, количество цементита составляет20-60 и 0-4% соответственно,Испытание механических свойств по казало, что использование предлагаемого способа сравнительно с.извест 73 6ным обеспечивает повышение пределапрочности образцов д 34-54 МПа истабилизирует их относительное удлинение (табл.2) . Предел прочностипоршневых колец увеличился на 220650 МПа, модуль упругости - на 900012000 МПа, а твердость - на 2-4 НН В,При использовании известного способа лучшие результаты получаютсяпри вводе 0,3-0,6 лигатуры,Формула изобретения1, Способ получения чугуна с шаровидным графитом, включающий послойную укладку на дно ковша сфероидизирующей лигатуры, защитного покрытияс легирующими или модифицирующимикомпонентами и слоя стружки или кусков лома черных металлов размером неболее 20-30 мм с содержанием серы .неболее 0,02% и двойное модифицирование, отличающийся тем,что, с целью упрощения технологического процесса, уменьшения расхода модифицирующих и легирующих компонентови стабилизации химического составачугуна, в качестве легирующего илимодифицирующего компонента используютферросплав или металл с температуройплавления 1000-1300 С и уд.в, не менее 7,0 г/см , ковш заполняют распЭлавленным чугуном с температурой1520-1620 С и после выдержки до окончания реакции расплав. переливают вразливочный ковш, причем вторичноемодифицирование графитиэирующим модификатором производят одновременнос переливом,2, Способ по и,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве легирующего компонента используют катодную медь, которую засыпают на сфероидизирующий модификатор кусками неболее 40 х 40 мм в количестве 0,3-1,2 от массы чугуна в ковше.3, Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве ломачерных металлов используют стальнуюстружку в смеси с графитовым порошком,4. Способ по и,1, о т л и ч а ю,щ и й с я тем, что вторичное моди-.фицирование производят в том же ковше, что и первичное, для чего расплавпосле окончания реакции сливают впечь и затем снова наполняют ковш,вводя одновременно вторичный модификатор,оом 1 бЦЭЭ ,"ф а, 1бюЖЭЭ СО 31 А А о СО цЪеФв Э х х ф 1щР фРЕо щ о А х й 3 Э Г Ж цл ф Э ГллС 4 Л 3 о фС ЖоХ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1сс Н щ о б ф х Ц 1111111ц1 1 щоР, есо1 Оф фС Ей 1 1 111111м111111 Э Мщ о и о Эцои 4 еЭ Ж СО о но Эоои 1 е. Э Ж О о но Э ЫС 4 о и 1 е. 1 1 1 -( Э щ1 . "х Э Р( э оЮ ф 3 Рф Р Ю д о В щДР ИДМЮ ЩСОО 1 Ц д ои к м Э ф ф З х хо НщоСКД Эд Е 1-"х оцц Гъ ло 1:щ 1щ ЮйбЮ оо, оо. лЕ 1 о ф Ж Р Р( О о о щ Э о хо Ж Я Р щ Э Эб ИоЮ СЧо ои е- - о Нщо оИощ 1ох фцЖ Ж ц 1ф лС 1 СОооо уЕЮ13 1270173 Таблица 2 Предлагаемый способ Иваестный способ Поршневые кольца ав" Обравцы ые кол Т Порви иэ от 30 мм цы нв ог Ю 30 лнвок, ИПа Пй е, нп 0 12 30 0-1 22,0 9,4 1250 7500 103 3 16700064 21 106"08 ОО 4 22,10 160000 4"106 1 4 2- 05 оставитель Т, Морозоваехред А.Кравчук Корректор М, Демчи едактор И, Рь 1 бченко аз 6202/2 исное ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Жоткрыти ская на 1150 17200 230 16900 102-05 104-108