PL245269B1 - Sposób modyfikowania grafityzującego eutektyki grafitowej oraz ziaren pierwotnego austenitu żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza do masywnych odlewów - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób modyfikowania grafityzującego eutektyki grafitowej oraz ziaren pierwotnego austenitu żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza do masywnych odlewów. W procesie dokonuje się jednoczesnej modyfikacji grafityzującej oraz modyfikacji ziaren dendrytów austenitu pierwotnego w trzech kolejnych etapach, przy czym w etapie pierwszym w czasie przelewania ciekłego stopu do kadzi wprowadza się na strugę stopu modyfikator pierwszy na bazie FeSi75, w etapie drugim do kadzi z ciekłym stopem zawierającym modyfikator pierwszy wprowadza się w stacji modyfikująco-sferoidyzującej przewody elastyczne zawierające modyfikator drugi spełniający rolę podkładki do powstawania zarodów grafitu, podczas gdy rurka stalowa stanowi podkładkę do modyfikacji ziaren dendrytów austenitu pierwotnego, w etapie trzecim w czasie zalewania ciekłego stopu z kadzi do formy odlewniczej wprowadza się na strugę stopu drobny niskotopliwy modyfikator trzeci na bazie FeSi50.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikowania grafityzującego eutektyki grafitowej oraz ziaren pierwotnego austenitu dużej masy modyfikowanego żeliwa wysokojakościowego z wydzieleniem grafitu płatkowego, zwłaszcza do masywnych odlewów.

Masywne odlewy o wadze powyżej 1 Mg wykonywane z żeliwa modyfikowanego z wydzieleniami równomiernie rozmieszczonego w mikrostrukturze grafitu płatkowego, posiadające grubość ścianki w zakresie od 150 do 400 mm i zalewane ciekłym stopem o niskiej temperaturze nie przekraczającej wartości około 1300°C, napotykają na problemy natury technicznej przeprowadzenia skutecznego i efektywnego zabiegu modyfikowania żeliwa wyjściowego. Problemy te dotyczą skutecznego przeprowadzenia zabiegu modyfikowania grafityzującego i austenityzującego, w najkorzystniejszej dla procesu zalewania odlewów do formy temperaturze maks. 1300°C. Skutecznie przeprowadzony zabieg modyfikowania grafityzującego powinien doprowadzić do rozdrobnienia oraz zwiększenia liczby ziaren eutektyki grafitowej, a co za tym idzie do poprawy właściwości mechanicznych i technologicznych wytworzonego stopu, w związku z czym jest niezwykle istotnym elementem technologii produkcji odlewów z wysokojakościowego żeliwa modyfikowanego.

Podobnie korzystnym zabiegiem jest modyfikacja w zakresie tzw. strefy sprzężonego wzrostu eutektyki grafitowej, w tym też występujących ziaren austenitu pierwotnego i ich modyfikacja, czyli rozdrobnienie w strukturze tych ziaren pierwotnych dendrytów austenitu, a co za tym idzie zwiększenie ich liczby. Rozdrobnienie tych ziaren austenitu pierwotnego, występującego w strefie sprzężonego wzrostu eutektyki grafitowej, odbywa się przez wygenerowanie w ciekłym stopie podkładek zarodków o charakterze sieci krystalicznej ściennie-centrowanej, typu A1. Krystaliczna sieć ściennie centrowana A1 jest wspólna dla „żelaza” oraz pierwotnego austenitu, będącego roztworem węgla w żelazie gamma A1. Modyfikacja ziaren austenitu pierwotnego przeciwdziała wydzielaniu się niepożądanego grafitu typu D, tzw. międzydendrytycznego, na korzyść grafitu płatkowego typu A, równomiernie rozmieszczonego w osnowie modyfikowanego żeliwa wysokojakościowego. O ile cechą charakterystyczną zabiegu modyfikacji grafityzującej żeliwa jest zanik efektu modyfikacji w czasie, od momentu przeprowadzenia zabiegu do momentu zakończenia krystalizacji i stygnięcia tego masywnego odlewu, to modyfikację austenitu pierwotnego możne uznać za trwałą w czasie.

W pracy zbiorowej „Krzepnięcie Metali i Stopów”, PAN 1999, opisane są wybrane problemy wdrażania do praktyki przemysłowej metody sferoidyzacji żeliwa przy wykorzystaniu przewodu elastycznego. W pozycji „Odlewnictwo współczesne. Poradnik Odlewnika” pod redakcją Jerzego J. Sobczaka, Wydawnictwo Stowarzyszenia Technicznego Odlewników Polskich 2013, opisane są metody sferoidyzowania żeliwa, w tym metoda przewodu elastycznego PE (Cored Wire Injection Method). Ze zgłoszenia CN110029266A znany jest modyfikator do żeliwa oraz sposób otrzymywania modyfikatora. Modyfikator krzemowo-cyrkonowo-manganowo-chromowy do żeliwa zawiera następujące składniki: krzem 60-70%, cyrkon 3-12%, mangan 4-10%, chrom 5-9%, wapń 3-6% i żelazo 15-25%. Modyfikator krzemowocyrkonowo-manganowo-chromowy otrzymuje się w następujących etapach: ważenie stopu żelazokrzemu, stopu krzemowo-cyrkonowego, stopu krzemowo-manganowego, żelazochromu i wapnia metalicznego zgodnie ze proporcjami i rozbijanie tychże stopów na małe kawałki, umieszczenie rozdrobnionego surowca w elektrycznym piecu indukcyjnym i topienie go w temperaturze 1300-1400°C przez 20-30 minut z mieszaniem kąpieli, wlanie zawiesiny, po zakończeniu wytapiania, do chłodzonego wodą modelu wypełnionego obojętnym gazem ochronnym, oraz kruszenie wlewka, po ochłodzeniu, a następnie granulacja materiału.

Celem wynalazku jest jednoczesne wydłużenie efektu modyfikacji grafityzującej oraz modyfikowanie wydzieleń pierwotnych ziaren austenitu w wytwarzanej dużej masie ciekłego stopu.

Sposób modyfikowania grafityzującego eutektyki grafitowej oraz ziaren pierwotnego austenitu żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza do masywnych odlewów polegający na tym, że do płynnego żeliwa dodaje się modyfikatory, charakteryzuje się tym, że jednocześnie dokonuje się modyfikacji grafityzującej oraz modyfikacji ziaren dendrytów austenitu pierwotnego w trzech kolejnych etapach, przy czym - w etapie pierwszym w czasie przelewania ciekłego stopu do kadzi dodaje się na strugę stopu modyfikator pierwszy na bazie FeSi75, przy czym modyfikator podaje się w ilości 0,2% wagowych,

- w etapie drugim do kadzi z ciekłym stopem zawierającym modyfikator pierwszy wprowadza się modyfikator drugi w postaci stalowego przewodu elastycznego PE, zawierającego składniki stanowiące podkładki do powstawania zarodków grafitu i do modyfikacji ziaren dendrytów austenitu pierwotnego, przy czym ilość modyfikatora podawana do masy stopu wynosi od 0,2 do 0,3% wagowych,

- w etapie trzecim w czasie zalewania ciekłego stopu z kadzi do formy odlewniczej dodaje się na strugę stopu drobny niskotopliwy modyfikator trzeci na bazie FeSi50 w ilości od 0,1 do 0,2% wagowych, przy czym etap pierwszy stanowi pierwszy stopień modyfikacji grafityzującej eutektyki grafitowej, drugi etap stanowi drugi stopień modyfikacji grafityzującej i jednocześnie pierwszy stopień modyfikacji austenitu pierwotnego, natomiast trzeci etap jest trzecim stopniem modyfikacji grafityzującej i jednocześnie drugim stopniem modyfikacji dendrytów austenitu pierwotnego. Korzystnie, modyfikator pierwszy zawiera krzem w ilości od 60 do 70% wagowych, wapń w ilości od 0,5 do 1,8% wagowych oraz bar ilości od 8 do 12% wagowych. Korzystnie, modyfikator pierwszy zawiera 12% wagowych baru. Korzystnie, modyfikator pierwszy podaje się w formie granulatu o uziarnieniu od 3 do 8 mm. Korzystnie, modyfikator drugi zawiera 45% wagowych krzemu i 10% wagowych manganu. Korzystnie, modyfikator trzeci zawiera krzem w ilości 44,50% wagowych, aluminium w ilości 0,5% wagowych, węgiel w ilości 0,1% wagowych, fosfor w ilości 0,03% wagowych oraz siarkę w ilości 0,02% wagowych. Korzystnie, modyfikator trzeci podaje się płynnie w formie granulatu o uziarnieniu do 3 mm.

Zaletą zastosowanej metody modyfikacji jest jednoczesna modyfikacja grafityzująca ciekłego stopu oraz modyfikacja dendrytów austenitu pierwotnego w sprzężonej strefie wzrostu eutektyki grafitowej. Połączenie tych zabiegów bardzo korzystnie wpływa na rozdrobnienie eutektyki grafitowej oraz rozdrobnienie ziaren dendrytów austenitu pierwotnego, co przyczynia się do powstania w mikrostrukturze stopu korzystnego grafitu typu A, regularnie rozmieszczonego w metalowej osnowie. Ponadto, rozłożenie w czasie zabiegu modyfikowania grafityzującego przedłuża jego działanie zasilając ciekły stop w nowe podkładki grafitu w czasie etapu zalewania formy odlewniczej tym stopem. Zastosowanie niskotopliwych modyfikatorów pozwala również zalewać masywne odlewy do form w najkorzystniej niskiej temperaturze zalewania nie przekraczającej 1300°C, co pozwala uniknąć wielu wad odlewniczych eliminujących takie odlewy z użytkowania.

Rozwiązanie według wynalazku zostało zilustrowane przykładem wykonania.

W celu uzyskania wysokojakościowego żeliwa modyfikowanego z regularnie rozmieszczonymi wydzieleniami grafitu płatkowego, zastosowano trzystopniowy zabieg polegający na tym, że w czasie przelewania ciekłego stopu do kadzi wprowadzono na strugę przelewanego stopu modyfikator na bazie FeSi75 w ilości 0,2% wagowych, dostarczając w ten sposób podkładki do zarodkowania grafitu. Następnie kadź z ciekłym stopem przetransportowano do stanowiska wprowadzania modyfikatora w postaci stalowego przewodu elastycznego PE, zawierającego składnik obejmujący 45% wagowych krzemu i 10% wagowych manganu, spełniający role podkładek do kształtowania zarodków grafitu, oraz rurkę stalową pełniącą rolę podkładki do modyfikacji ziaren dendrytów austenitu pierwotnego. Ilość tego modyfikatora podawana do masy stopu wynosiła od 0,2 do 0,3% wagowych. Etap ten stanowił drugi stopień modyfikacji grafityzującej z jednoczesnym pierwszym stopniem modyfikacji austenitu pierwotnego. W kolejnym etapie, w czasie zalewania ciekłego stopu z kadzi do formy odlewniczej wprowadzono na strugę ciekłego stopu drobny, niskotopliwy modyfikator na bazie FeSi50 w ilości od 0,1 do 0,2% wagowych, co stanowiło trzeci stopień modyfikacji grafityzującej, a jednocześnie drugi stopień modyfikacji dendrytów austenitu pierwotnego.

Pierwszy wprowadzony modyfikator zawierał krzem w ilości od 60 do 70% wagowych, wapń w ilości od 0,5 do 1,8% wagowych oraz bar w ilości od 8 do 12% wagowych, przy czym najlepszy efekt modyfikacji zaobserwowano przy zawartości baru na poziomie 12% wagowych. Modyfikator FeSi75 podawano w formie granul o wielkości od 3 do 8 mm.

Podany w trzecim etapie modyfikator na bazie FeSi50 miał postać drobnych cząstek o uziarnieniu do 3 mm, zawierających krzem w ilości 44,50% wagowych, aluminium w ilości 0,5% wagowych, węgiel w ilości 0,1% wagowych, fosfor w ilości 0,03% wagowych i siarkę w ilości 0,02% wagowych. Spowodował on modyfikację stopu poprzez wydzielenie grafitu płatkowego oraz jednoczesną modyfikację ziaren austenitu pierwotnego. Zastosowanie modyfikatora FeSi50 daje też możliwość przeprowadzenia procesu zalewania odlewów w temperaturze poniżej 1300°C.

Claims (7)

1. Sposób modyfikowania grafityzującego eutektyki grafitowej oraz ziaren pierwotnego austenitu żeliwa wysokojakościowego, zwłaszcza do masywnych odlewów polegający na tym, że do płynnego żeliwa dodaje się modyfikatory, znamienny tym, że jednocześnie dokonuje się modyfikacji grafityzującej oraz modyfikacji ziaren dendrytów austenitu pierwotnego w trzech kolejnych etapach, przy czym

- w etapie pierwszym w czasie przelewania ciekłego stopu do kadzi dodaje się na strugę stopu modyfikator pierwszy na bazie FeSi75, przy czym modyfikator podaje się w ilości 0,2% wagowych,

- w etapie drugim do kadzi z ciekłym stopem zawierającym modyfikator pierwszy wprowadza się modyfikator drugi w postaci stalowego przewodu elastycznego PE, zawierającego składniki stanowiące podkładki do powstawania zarodków grafitu i do modyfikacji ziaren dendrytów austenitu pierwotnego, przy czym ilość modyfikatora podawana do masy stopu wynosi od 0,2 do 0,3% wagowych,

- w etapie trzecim w czasie zalewania ciekłego stopu z kadzi do formy odlewniczej dodaje się na strugę stopu drobny niskotopliwy modyfikator trzeci na bazie FeSi50 w ilości od 0,1 do 0,2% wagowych, przy czym etap pierwszy stanowi pierwszy stopień modyfikacji grafityzującej eutektyki grafitowej, drugi etap stanowi drugi stopień modyfikacji grafityzującej i jednocześnie pierwszy stopień modyfikacji austenitu pierwotnego, natomiast trzeci etap jest trzecim stopniem modyfikacji grafityzującej i jednocześnie drugim stopniem modyfikacji dendrytów austenitu pierwotnego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikator pierwszy zawiera krzem w ilości od 60 do 70% wagowych, wapń w ilości od 0,5 do 1,8% wagowych oraz bar w ilości od 8 do 12% wagowych.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że modyfikator pierwszy zawiera 12% wagowych baru.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że modyfikator pierwszy podaje się w formie granulatu o uziarnieniu od 3 do 8 mm.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikator drugi zawiera 45% wagowych krzemu i 10% wagowych manganu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikator trzeci zawiera krzem w ilości 44,50% wagowych, aluminium w ilości 0,5% wagowych, węgiel w ilości 0,1 % wagowych, fosfor w ilości 0,03% wagowych oraz siarkę w ilości 0,02% wagowych.

7. Sposób według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że modyfikator trzeci podaje się płynnie w formie granulatu o uziarnieniu do 3 mm.