RU2529148C1 - Лигатура для производства отливок из серого чугуна - Google Patents

Лигатура для производства отливок из серого чугуна Download PDF

Info

Publication number
RU2529148C1
RU2529148C1 RU2013121497/02A RU2013121497A RU2529148C1 RU 2529148 C1 RU2529148 C1 RU 2529148C1 RU 2013121497/02 A RU2013121497/02 A RU 2013121497/02A RU 2013121497 A RU2013121497 A RU 2013121497A RU 2529148 C1 RU2529148 C1 RU 2529148C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ligature
cast iron
iron
barium
calcium
Prior art date
Application number
RU2013121497/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Андреевич Агеев
Валерий Иванович Шкуркин
Николай Александрович Шенчуков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии"
Priority to RU2013121497/02A priority Critical patent/RU2529148C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2529148C1 publication Critical patent/RU2529148C1/ru

Links

Landscapes

  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и тракторостроении при производстве отливок из серого чугуна с перлитной структурой металлической основы. Лигатура содержит компоненты, мас.%: медь 45,0-65,0, олово 5,5-15,0, кремний 15,0-20,0, кальций 0,5-3,0, алюминий 0,1-1,0, барий 0,5-2,0, редкоземельные металлы 1,0-3,0 и железо остальное. Изобретение позволяет рафинировать серый чугун от неметаллических включений и вредных примесей. Кроме того, достигается высокая однородность состава лигатуры даже при дроблении ее до фракций размером не менее 0,3 мм. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии и может широко использоваться в машиностроении и тракторостроении при производстве отливок из серого чугуна с перлитной структурой металлической основы.
Известна лигатура для производства отливок из серого чугуна, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Медь 45,0-55,0
Олово 5,5-6,5
Кремний 15,0-20,0
Кальций 0,03-0,2
Алюминий 0,1-1,0
Железо остальное
Известный состав лигатуры представлен в описании изобретения «Лигатура» к патенту РФ №2360025 по классам МПК С22С 35/00, С21С 1/08, которую используют в дробленом виде с размером частиц 3,2-16 мм.
Недостатком известной лигатуры является невозможность рафинирования чугуна от неметаллических включений в виде оксидов и сульфидов, а также вредных примесных элементов, таких как мышьяк и сурьма, что снижает механические свойства, а именно твердость и прочность, отливок из серого чугуна. Также отрицательно на эти свойства влияют увеличенные размеры включений графита в производимых отливках.
Известная лигатура по патенту РФ №2360025 выбрана в качестве прототипа, т.к. является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой лигатуре для производства отливок из серого чугуна.
Задачей настоящего изобретения является повышение механических свойств (твердости и прочности) отливок из серого чугуна перлитного класса.
Технический результат при осуществлении изобретения заключается в рафинировании серого чугуна, то есть избавлении от неметаллических включений и вредных примесей. Кроме того, достигается высокая однородность состава лигатуры даже при дроблении ее до фракций размером не менее 0,3 мм.
Указанная задача решается за счет того, что лигатура для производства отливок из серого чугуна, включающая медь, олово, кремний, кальций, алюминий и железо, согласно изобретению дополнительно содержит редкоземельные металлы и барий в следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медь 45,0-65,0
Олово 5,5-15,0
Кремний 15,0-20,0
Кальций 0,5-3,0
Алюминий 0,1-1,0
Барий 0,5-2,0
Редкоземельные
металлы 1,0-3,0
Железо остальное
Заявляемая лигатура использована в дробленом виде с размером частиц не менее 0,3 мм.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемая лигатура для производства отливок из серого чугуна не известна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемая лигатура может быть получена в условиях металлургического производства или на предприятиях, специализирующихся на изготовлении лигатур, с применением известных технологий, материалов и стандартного отечественного или импортного оборудования. Она может широко использоваться на предприятиях, изготавливающих отливки из серого чугуна перлитного класса.
Следовательно, заявляемая лигатура соответствует критерию «промышленная применимость».
Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявляемому изобретению новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу.
Кальций в количестве 0,5-3,0 мас.% вводится в лигатуру для повышения механических свойств чугуна за счет его рафинирующего действия и удаления из чугуна неметаллических включений: оксидов, сульфидов и других. При содержании кальция в лигатуре выше верхнего предела в процессе ее растворения увеличиваются шлакообразование и содержание неметаллических включений, снижаются механические свойства чугуна. При содержании кальция в лигатуре ниже нижнего предела он не оказывает влияния на свойства чугуна. Кальций в пределах 0,5-3,0 мас.% стабилизирует жидкое состояние лигатуры, а при ее охлаждении способствует измельчению зерна и получению однородного по химическому составу металла, что позволяет вовлечь в производство чугунных отливок и более тонкие, чем у прототипа, фракции с размером частиц 0,3 -3,2 мм.
Редкоземельные металлы (далее РЗМ) используют для рафинирования чугуна от вредных примесных элементов (мышьяка и сурьмы), снижающих его механические свойства. Содержание мышьяка и сурьмы обычно составляет 0,003-0,006 мас.%. Если навеска используемой для обработки чугуна лигатуры составляет 1% от веса чугуна, то для нейтрализации вредных примесных элементов необходимо ввести в лигатуру около 1 мас.% РЗМ. Как показали опыты, снижение в лигатуре РЗМ ниже 1 мас.% и повышение сверх 3 мас.% не приводит к повышению механических свойств чугуна.
Поскольку заявляемая лигатура предназначена для использования при производстве отливок из серого чугуна с перлитной основой, необходимо предусмотреть создание большого количества мелких зародышей графита в жидком чугуне и уменьшение размеров включений графита в отливках. С этой целью наряду с введением в заявляемую лигатуру РЗМ вводится также барий в пределах 0,5-2,0 мас.% для создания центров кристаллизации и измельчения включений графита. При концентрации бария в лигатуре менее 0,5 мас.% он не оказывает существенного влияния на механические свойства чугуна. Увеличение концентрации бария выше 2 мас.% нецелесообразно, т.к. дальнейшее его увеличение приводит к уменьшению механических свойств чугуна за счет ошлаковывания лигатуры. Кальций является графитизатором чугуна, хотя и более слабым, чем барий. Поэтому с увеличением концентрации кальция концентрацию бария в лигатуре следует уменьшать.
По сравнению с прототипом в заявляемой лигатуре увеличены верхние пределы меди до 65 мас.% и олова до 15 мас.% соответственно. С увеличением содержания олова в лигатуре следует увеличивать и содержание кальция для получения однородного по химическому составу металла. Верхний предел содержания олова, равный 15,0 мас.%, в лигатуре ограничен невозможностью увеличения в ней концентрации кальция выше 3 мас.%. Верхний предел концентрации меди 65 мас.% ограничен невозможностью при более высоких ее содержаниях обеспечить в лигатуре требуемую концентрацию других элементов.
Путем химического анализа заявляемой лигатуры различного фракционного состава на содержание меди, олова и кремния установили, что в частицах лигатуры размером менее 0,3 мм уменьшается содержание меди и олова и увеличивается содержание кремния. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Размер частиц, мм менее 0,3 0,3-1,0 1,0-3,2 3,2-32
Содержание, мас.% Cu 43,2 50,2 49,5 50,4
Sn 4,9 6,02 6,07 6,04
Si 23,2 16,4 16,1 16,3
Таким образом, заявляемая лигатура за счет снижения нижнего предела размера частиц до 0,3 мм позволяет по сравнению с прототипом расширить фракционный состав лигатуры с сохранением однородности химического состава. Во фракциях с размером частиц менее 0,3 мм, как видно из таблицы 1, химический состав лигатуры не был однороден.
Для изучения влияния на механические свойства чугуна дополнительного введения в лигатуру РЗМ и бария, а также расширения пределов кальция был взят базовый состав чугуна, содержащий, мас.%:
Углерод 3,32
Марганец 0,71
Кремний 2,23
Хром 0,13
Никель 0,10
Титан 0,03
Сера 0,08
Фосфор 0,09
Мышьяк и
сурьма вместе 0,004
Чугун плавили в дуговой печи марки ДППТУ-12.
Для испытания опытного состава лигатуры №10 таблицы 2 (см. в приложении) с максимальным содержанием олова 14,6 мас.% изготовили чугун, который наряду с указанными выше элементами содержал дополнительно 0,31 мас.% меди.
Обработку жидкого чугуна лигатурой с размером частиц 0,3-16 мм производили в ковше емкостью 1,5 тонны. Навеску лигатуры, рассчитанную из условия получения в чугуне 0,06% Sn и 0,54% Cu, задавали единой порцией на дно ковша непосредственно перед выпуском металла из печи.
Механические свойства чугуна, полученные при испытании стандартных проб отливки «Головка цилиндров», представлены в таблице 2.
Как видно из опытов 2, 5, 6 и 8 таблицы 2, использование лигатуры с оптимальным содержанием хотя бы одного из химически активных компонентов, таких как кальций, барий и РЗМ, приводит по сравнению с опытом 1 (прототипом) к некоторому повышению механических свойств чугуна. При содержании кальция в лигатуре менее нижнего предела (см. опыт 7) он не оказывает влияния на свойства чугуна. При концентрации бария в лигатуре менее 0,5 мас.%, как видно из опыта 3, он также не оказывает существенного влияния на механические свойства чугуна. Из опыта 4 видно, что увеличение концентрации бария выше 2 мас.% приводит к уменьшению механических свойств чугуна. Опыт 9 показывает, что снижение в лигатуре РЗМ ниже 1 мас.% не приводит к повышению механических свойств чугуна. Однако лучшие результаты могут быть получены при наличии в лигатуре одновременно всех трех компонентов, а именно кальция, бария и РЗМ, если их концентрации лежат внутри заявленных пределов - см. опыты 10-13.
Сравнение результатов опыта 1 (прототип) и опытов 10-13 (лигатура заявляемого состава) свидетельствует, что дробление заявляемой лигатуры позволяет по сравнению с прототипом повысить на 8-9% выход годного для микролегирования чугуна продукта.
Лигатура должна полностью растворяться в металле в течение времени заполнения ковша чугуном. Чем больше размер частицы, тем больше время ее растворения.
Таблица 3
Емкость ковша, кг 10-50 50-100 100-250 250-1000 1000-1500 1500-2200
Максимальный размер частиц лигатуры, мм 1,2 2,0 3,2 10 16 32
Минимальный размер частиц лигатуры, мм 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Таким образом, минимальный размер частиц дробленой лигатуры 0,3 мм определен необходимостью получения лигатуры однородного химического состава, а максимальный, как видно из таблицы 3, определяется емкостью ковша, в котором производится обработка чугуна лигатурой. Для ковша большей емкости, чем указано в таблице 3, максимальный размер частиц лигатуры увеличивается и определяется опытным путем.
Пример получения лигатуры
Плавление заявляемой лигатуры осуществляется в дуговых или индукционных электропечах. В качестве шихтовых материалов используют чистый лом меди или катодную медь, элементарное олово в слитках, кремний, ферросилиций, высокопроцентные силикокальций и силикобарий. Для получения 100 кг товарной крупки с размером частиц 0,3-16 мм и содержанием 6% олова в печь загружают 6,75 кг олова, 56,4 кг меди, 1,1 кг РЗМ, 5,2 кг силикокальция марки СК15, 9,4 кг силикобария с содержанием бария 20-22% и 32,1 кг 65%-ного ферросилиция.
Для получения 100 кг товарной крупки с размером частиц 0,3-16 мм и содержанием олова 15% в печь загружают 16,2 кг олова, 63,5 кг меди, 10,0 кг силикокальция марки СК30, 7,8 кг высокопроцентного силикобария с содержанием бария 20-22%, 3,5 кг РЗМ и 11 кг кремния.
После расплавления шихты и нагрева до образования гомогенного расплава лигатуру разливают в чугунные изложницы и после охлаждения подвергают дроблению и рассеву.
Лигатуру с размером частиц 0,3-16 мм или с иным максимальным размером частиц упаковывают в стальные барабаны или мягкие специализированные контейнеры и отправляют потребителям.
При микролегировании лигатуру определенными порциями загружают на дно ковша мерной емкостью непосредственно перед выпуском чугуна из плавильной печи.
Заявляемая лигатура по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:
- повышение механических свойств чугуна;
- повышение выхода годного продукта при дроблении.
Таблица 2
Лигатура для производства отливок из серого чугуна

п/п
Состав лигатуры, мас.% Выход годного продукта, мас.% Навески лигатуры, кг Содержание в отливках, мас.% HB** σв***,МПа
Sn Cu Si Ca Ba РЗМ Al Fe Sn Cu
1* 5,9 50,1 16,3 0,04 - - 0,48 ост. 86,5 16,1 0,061 0,54 221 246
2 6,10 50,8 16,8 0,03 1,5 - 0,53 ост. 85,5 16,0 0,059 0,55 233 270
3 6,15 51,2 17,2 0,03 0,2 - 0,67 ост. 86,1 16,0 0,061 0,52 218 250
4 6,02 51,4 17,0 0,04 2,5 - 0,54 ост. 85,7 16,0 0,057 0,52 215 240
5 5,9 50,5 16,4 2,8 - - 0,61 ост. 94,7 16,0 0,060 0,57 232 265
6 6,03 50,1 17,1 0,6 - - 0,58 ост. 95,2 16,0 0,059 0,55 228 261
7 5,85 49,5 16,9 0,20 - - 0,43 ост. 87,6 16,0 0,063 0,50 220 243
8 5,9 50,3 16,1 0,04 - 1,07 0,45 ост. 85,5 16,0 0,058 0,51 232 275
9 6,1 50,7 17,1 0,04 - 0,68 0,56 ост. 87,2 16,0 0,062 0,48 225 256
10 14,6 56,3 17,9 2,7 1,3 2,3 0,65 ост. 94,6 6,2 0,058 0,56 248 310
11 7,53 64,4 16,0 1,30 1,1 1,46 0,55 ост. 95,8 17,6 0,062 0,53 242 302
12 6,05 50,1 16,3 0,8 1,45 1,08 0,61 ост. 95,1 16,0 0,060 0,49 246 305
13 5,6 45,4 15,1 0,66 1,52 1,06 0,61 ост. 95,3 17,0 0,061 0,53 240 310
Примечание: * опыт 1 - прототип;
* * НВ - твердость чугуна;
*** σв - временное сопротивление разрыву при растяжении.

Claims (2)

1. Лигатура для производства отливок из серого чугуна, включающая медь, олово, кремний, кальций, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит редкоземельные металлы и барий в следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медь 45,0-65,0 Олово 5,5-15,0 Кремний 15,0-20,0 Кальций 0,5-3,0 Алюминий 0,1-1,0 Барий 0,5-2,0 Редкоземельные металлы 1,0-3,0 Железо остальное
2. Лигатура по п.1, отличающаяся тем, что она использована в дробленом виде с размером частиц не менее 0,3 мм.
RU2013121497/02A 2013-05-07 2013-05-07 Лигатура для производства отливок из серого чугуна RU2529148C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121497/02A RU2529148C1 (ru) 2013-05-07 2013-05-07 Лигатура для производства отливок из серого чугуна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121497/02A RU2529148C1 (ru) 2013-05-07 2013-05-07 Лигатура для производства отливок из серого чугуна

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2529148C1 true RU2529148C1 (ru) 2014-09-27

Family

ID=51656552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121497/02A RU2529148C1 (ru) 2013-05-07 2013-05-07 Лигатура для производства отливок из серого чугуна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2529148C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734220C1 (ru) * 2020-02-27 2020-10-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1058401A (en) * 1962-09-20 1967-02-08 Metallgesellschaft Ag Master alloy for the treatment of iron and steel melts
DE1284433B (de) * 1959-07-03 1968-12-05 Res Inst Iron Steel Vorlegierung auf der Basis von Fe-Si-Ca zur Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit
SU401746A1 (ru) * 1971-12-13 1973-10-12 Комплексный модификатор для серого чугуна
RU2360025C1 (ru) * 2007-12-11 2009-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии" Лигатура для производства отливок из чугуна

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1284433B (de) * 1959-07-03 1968-12-05 Res Inst Iron Steel Vorlegierung auf der Basis von Fe-Si-Ca zur Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit
GB1058401A (en) * 1962-09-20 1967-02-08 Metallgesellschaft Ag Master alloy for the treatment of iron and steel melts
SU401746A1 (ru) * 1971-12-13 1973-10-12 Комплексный модификатор для серого чугуна
RU2360025C1 (ru) * 2007-12-11 2009-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургии" Лигатура для производства отливок из чугуна

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734220C1 (ru) * 2020-02-27 2020-10-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003521582A (ja) 鋼の細粒化方法、鋼の細粒化用合金及び細粒化用合金の製造方法
WO2006068487A1 (en) Modifying agents for cast iron
US20240093337A1 (en) Non-magnesium process to produce compacted graphite iron (cgi)
KR20180008612A (ko) 주철 용탕 처리 방법
CN110438390A (zh) 一种Φ280mm大规格圆棒材的石油管道阀体用钢及其生产方法
CN104651729B (zh) 工程机械斗齿用钢及斗齿的制备方法
RU2529148C1 (ru) Лигатура для производства отливок из серого чугуна
CN109468427B (zh) 一种铸铁用预处理剂及其制备方法
CN114525374A (zh) 一种高强度灰铸铁用含钪钇的钒锰铬孕育剂及制备方法
CN104651721B (zh) 斗齿用合金钢及斗齿的制备方法
RU2590772C1 (ru) Способ получения алюминиевого чугуна
ES2958750T3 (es) Aleación basada en silicio, método para la producción de la misma y uso de tal aleación
RU2360025C1 (ru) Лигатура для производства отливок из чугуна
Kopyciński et al. The influence of iron powder and disintegrated steel scrap additives on the solidification of cast iron
Kopyciński Analysis of the structure of castings made from chromium white cast iron resistant to abrasive wear
US20240167126A1 (en) Spheroidal Graphite Cast Iron, Method for Manufacturing Spheroidal Graphite Cast Iron, and Spheroidizing Treatment Agent
RU2708281C1 (ru) Способ внепечной обработки стали
RU2270266C2 (ru) Лигатура для модифицирования и легирования сплавов
RU2436860C1 (ru) Лигатура для модифицирования и легирования сплавов
JP2017106104A (ja) 溶鋼への硫黄添加原料及び硫黄添加鋼の製造方法
RU2337972C2 (ru) Наполнитель порошковой проволоки для десульфурации и модифицирования чугуна
JP5618065B2 (ja) 球状黒鉛鋳鉄用Bi系接種剤およびこれを用いる球状黒鉛鋳鉄の製造方法
CN117222769A (zh) 硅铁钒和/或铌合金、硅铁钒和/或铌合金的生产及其用途
RU2375461C2 (ru) Способ получения чугуна с шаровидным графитом
RU2495133C2 (ru) Способ производства высокопрочных чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом на основе наноструктурированного науглероживателя

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170508