RU2201967C2

RU2201967C2 - Method of production of iron with compact graphite inclusions

Info

Publication number: RU2201967C2
Application number: RU2001108035A
Authority: RU
Inventors: М.Р. Хайруллин; Н.Н. Сафронов
Original assignee: ОАО "Камский литейный завод"
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2003-04-10

Abstract

FIELD: metallurgy; methods of production of malleable cast iron for small castings or shots for cleaning castings. SUBSTANCE: method includes melting cast iron and cooling it in salt bath to temperature of 750-850 C, after which salt bath is heated to temperature of 950-1100 C and is held for 0.5-2 h; then, it is cooled down. Proposed method ensures production of cast iron with stable microstructure at improved mechanical properties. There is no need in precision monitoring of chemical composition of starting materials. EFFECT: improved quality of cast iron. 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения чугуна с компактными формами графита (получение ковкого чугуна). The invention relates to metallurgy, in particular to methods for producing cast iron with compact forms of graphite (producing malleable cast iron).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения ковкого чугуна (Металловедение и технология металлов. /Под ред. Ю. П. Солнцева. - М.: Металлургия, 1988, с.133, п.6). Способ заключается в том, что белый чугун подвергают графитизирующему отжигу при температуре 950-1100^oС в течение 10-20 ч. Скорость охлаждения металла определяет размер и характер расположения дендритов.Closest to the claimed technical solution is a method for producing ductile iron (Metallurgy and metal technology. / Ed. By Yu. P. Solntsev. - M.: Metallurgy, 1988, p.133, p.6). The method consists in the fact that white cast iron is subjected to graphitizing annealing at a temperature of 950-1100 ^o C for 10-20 hours. The cooling rate of the metal determines the size and nature of the arrangement of dendrites.

Недостатком известного способа является длительность получения ковкого чугуна. The disadvantage of this method is the duration of the malleable cast iron.

Заявляемое техническое решение направлено на уменьшение длительности процесса получения чугуна с компактными включениями графита, на получение стабильных микроструктур и на повышение механических свойств чугуна с компактными включениями графита. The claimed technical solution is aimed at reducing the duration of the process for producing cast iron with compact graphite inclusions, at obtaining stable microstructures and at increasing the mechanical properties of cast iron with compact graphite inclusions.

Для получения чугуна с компактными включениями графита по заявляемому способу чугун плавят, охлаждают в соляной ванне до температуры 750-850^oС, после чего производят нагрев соляной ванны до температуры 950-1100^oС, при которой подвергают выдержке в течение 0,5-2 ч с последующим охлаждением.To obtain cast iron with compact inclusions of graphite according to the claimed method, cast iron is melted, cooled in a salt bath to a temperature of 750-850 ^o C, and then the salt bath is heated to a temperature of 950-1100 ^o C, at which it is exposed for 0.5-2 h followed by cooling.

На чертеже графически изображен режим охлаждения чугуна в соляной ванне, где
Т - температура чугуна, ^oС;
t - время:
I. время охлаждения (закалка из жидкого состояния),
II. время нагрева соляной ванны,
III. время выдержки (графитизирующий отжиг),
IV. время последующего охлаждения.The drawing graphically depicts the cooling mode of cast iron in a salt bath, where
T is the temperature of cast iron, ^o C;
t - time:
I. cooling time (quenching from a liquid state),
II. salt bath heating time,
III. holding time (graphitizing annealing),
IV. subsequent cooling time.

По предлагаемому способу структура белого чугуна получается при быстром охлаждении при температуре 750-850^oС. Охлаждение при температуре менее 750^oС позволяет получить такую же структуру чугуна, но при процессе выдержки будет необходим подогрев чугуна до 950-1100^oС. Именно при такой температуре происходит быстрая графитизация чугуна. Охлаждение же при температуре более 850^oС влечет за собой некачественное и проблематичное получение структуры белого чугуна. Далее происходит нагрев соляной ванны до 950-1100^oС. Свыше 1100^oС нагрев не рекомендован, так как далее следует линия фазового равновесия. Если же нагрев соляной ванны меньше чем 950^oС - процесс графитизации замедляется.According to the proposed method, the structure of white cast iron is obtained by rapid cooling at a temperature of 750-850 ^o C. Cooling at a temperature of less than 750 ^o C allows you to get the same structure of cast iron, but during the aging process it will be necessary to heat the cast iron to 950-1100 ^o C. It is at this The temperature is rapid graphitization of cast iron. Cooling at a temperature of more than 850 ^o With entails poor-quality and problematic obtaining the structure of white cast iron. Then, the salt bath is heated to 950-1100 ^o С. Over 1100 ^o С, heating is not recommended, as the line of phase equilibrium follows. If the heating of the salt bath is less than 950 ^o C - the graphitization process slows down.

При температуре 950-1100^oС происходит выдержка чугуна в течение 0,5-2 ч для разложения цементита с образованием компактных форм графита. Ускоренному процессу графитизации способствует большая скорость затвердевания чугуна. За это время происходит наибольшая графитизация чугуна. При увеличении времени выдержки свыше 2 ч скорость графитизации уменьшается, что не дает большого технологического и экономического эффекта. При выдержке менее 0,5 ч в чугуне остается большое количество карбидной (цементитной) структуры, что повлечет за собой повышение твердости и хрупкости отливки.At a temperature of 950-1100 ^o C, the iron is held for 0.5-2 hours to decompose cementite with the formation of compact forms of graphite. The accelerated graphitization process is facilitated by the high speed of solidification of cast iron. During this time, the greatest graphitization of cast iron occurs. With an increase in the exposure time over 2 hours, the rate of graphitization decreases, which does not give a large technological and economic effect. When holding for less than 0.5 hours, a large amount of carbide (cementite) structure remains in the cast iron, which will entail an increase in the hardness and brittleness of the casting.

Дисперсные структурные составляющие увеличивают количество центров и степень графитизации, а также сокращают пути диффузии углерода и самодиффузии железа. Большая скорость кристаллизации чугуна приводит к пересыщению аустенита углеродом и неравномерному распределению последнего между аустенитом и эвтектикой, что также облегчает графитизацию. При изготовлении чугунных отливок таким способом наблюдается взаимосвязь теплофизических условий затвердевания с кристаллизацией дендритов, графитообразованием и величиной первичного зерна, а следовательно, и более высоких механических свойств. Повышение свойств чугуна литой заготовки связано также с влиянием первичной структуры на эвтектоидное превращение. По сравнению с чугуном, залитым в песчано-глинистую форму, в отливках, полученных в соляных ваннах, увеличивается количество связанного углерода и перлита. Dispersed structural components increase the number of centers and the degree of graphitization, as well as reduce the pathways of carbon diffusion and self-diffusion of iron. The high crystallization rate of cast iron leads to supersaturation of austenite with carbon and the uneven distribution of austenite between austenite and eutectic, which also facilitates graphitization. In the manufacture of iron castings in this way, there is a correlation between the thermophysical solidification conditions and the crystallization of dendrites, graphite formation and the size of the primary grain, and therefore higher mechanical properties. Improving the properties of cast iron billets is also associated with the influence of the primary structure on the eutectoid transformation. Compared to cast iron poured into a sand-clay form, the amount of bound carbon and perlite increases in castings obtained in salt baths.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Исследовали доэвтектический чугун, содержащий, %:
Углерод - 3,36
Кремний - 1,83
Марганец - 0,49
Хром - 0,23
Никель - 0,10
Медь - 0,26
Титан - 0,022
Фосфор - 0,068
Сера - 0,052
Железо - Остальное
Химический состав образца определяли спектральным методом.Investigated pre-eutectic cast iron containing,%:
Carbon - 3.36
Silicon - 1.83
Manganese - 0.49
Chrome - 0.23
Nickel - 0.10
Copper - 0.26
Titanium - 0.022
Phosphorus - 0.068
Sulfur - 0.052
Iron - Else
The chemical composition of the sample was determined by the spectral method.

Жидкий чугун получили путем переплава в дуговых печах, причем температура перегрева жидкого чугуна составила 1530-1550^oС. При этой температуре была произведена заливка в форму, размещенную в соляной ванне. Температура соляной ванны составляла 750-850^oС. (Вообще соляная ванна представляет собой емкость с расплавом соли NaCl, BaCl или других солей, имеющих температуру плавления от 750 до 850^oС и температуру кипения свыше 1400-1500^oС.) После охлаждения чугуна, залитого в форму, до температуры соляной ванны произвели нагрев ванны до температуры 950-1100^oС и далее при этой температуре происходила выдержка в течение 0,5-2 ч. После выдержки соляную ванну с образцами в форме охладили до комнатной температуры. Время охлаждения составило 20 мин.Liquid cast iron was obtained by remelting in arc furnaces, and the superheat temperature of liquid iron was 1530-1550 ^o C. At this temperature, casting was carried out in a mold placed in a salt bath. The temperature of the salt bath was 750-850 ^o C. (In general, the salt bath is a container with a molten salt of NaCl, BaCl or other salts having a melting point from 750 to 850 ^o C and boiling point above 1400-1500 ^o C.) After cooling the cast iron , poured into the mold, the bath was heated to the temperature of the salt bath to a temperature of 950-1100 ^o C and then at this temperature there was exposure for 0.5-2 hours. After aging, the salt bath with the samples in the mold was cooled to room temperature. The cooling time was 20 minutes.

Образцы имели сферическую форму размерами от 3 до 15 мм. The samples had a spherical shape with sizes from 3 to 15 mm.

На полученных образцах изучали структуру. On the obtained samples studied the structure.

Результаты исследования структуры следующие. The results of the study of the structure are as follows.

Графит точечный равномерно распределенный, размер графитовых включений 15-20 мкм. Металлическая основа: тростит + карбиды дендритного строения (микроструктура отбеленного чугуна). The graphite is dot evenly distributed, the size of graphite inclusions is 15-20 microns. Metal base: reed + carbide dendritic structure (microstructure of bleached cast iron).

Заявляемый способ получения чугуна с компактными включениями графита может быть успешно применен при получении мелких отливок или дробей для очистки отливок. Такой способ дает возможность получить высокопрочные чугуны при широком диапазоне химического состава, что исключает точный контроль химического состава исходных материалов. На механические свойства отливок можно повлиять режимом охлаждения и выдержки. The inventive method for producing cast iron with compact inclusions of graphite can be successfully applied in the manufacture of small castings or fractions for cleaning castings. This method makes it possible to obtain high-strength cast iron with a wide range of chemical composition, which excludes precise control of the chemical composition of the starting materials. The mechanical properties of castings can be influenced by the cooling and holding conditions.

Заявляемое техническое решение в сравнении с известными имеет весомое преимущество - уменьшение длительности технологического процесса получения чугуна с компактными включениями графита за счет быстрого охлаждения из жидкого состояния расплава при температуре 750-850^oС. Кроме того, значительно снижаются дополнительные затраты на подготовку жидкого чугуна к сфероидизирующей модификации, что приводит к уменьшению стоимости продукции. Заявляемый способ отличается стабильностью результатов.The claimed technical solution in comparison with the known ones has a significant advantage - reducing the duration of the technological process for producing cast iron with compact graphite inclusions due to rapid cooling from the liquid state of the melt at a temperature of 750-850 ^o C. In addition, the additional costs of preparing liquid cast iron for spheroidizing modifications, which leads to a decrease in the cost of production. The inventive method is stable results.

Claims

A method of producing cast iron with compact inclusions of graphite, including cast iron melting, cooling and heat treatment followed by cooling, characterized in that the cooling is carried out in a salt bath to a temperature of 750-850 ^o C, and heat treatment involves heating the salt bath to a temperature of 950-1100 ^o C, at which exposure is carried out for 0.5-2 hours