SU1106845A1 - Модификатор - Google Patents

Abstract

МОДИФИЛ(АТОР дл  высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, содержащий магний, редкоземельные металлы, кальций, марганец, алюминий, медь, никель, железо и кремний, отличающийс  тем, что, с целью повышени  пластичночти , ударной в зкости при пониженных температурах, трещиноустойчивости и усталостной прочности, он дополнительно содержит титан, цирконий, бор и цинк при следующем соотношении элементов, мас.%: Магний 3,0-9,0 Редкоземельные 0,5-4,0 металлы Кальций 0,3-1,5 Марганец 0,1-2,0 Алюминий 0,5-2,0 4,0-10,0 Медь 4,0-10,0 Никель 0,5-1,0 Титан (Л 1,0-5,0 Цирконий 0,005 -0,06 Бор 0,05-0,5 Цинк 20-35 Железо Кремний Остальное

Description

О5 СХ) 4i

сл Изобретение относитс  к черной металлургии, в частности к состава модификаторов дл  производства выс копрочного чугуна. Известен модификатор дл  высоко прочного чугуна последующего сост ва, мас.%: Магний5-10 Кальций5-15 Железо1-15 РЗМ2-10 Никель10-20 Марганец 10-20 Углерод 0,5-6,0 Барий3-15 Медь10-20 Кремний Остальное Недостатком такого комплексного модификатора  вл етс  высокое соде жание суммы щелочноземельных метал лов (кальци  и бари ), поэтому он плохо усваиваетс  расплавом и треб ет дополнительного введени  флюса во избежание ошлаковывани  поверхн ти частиц модификатора и затормаживани  (или прекращени ) реакции взаимодействи  модификатора с расп вом. Кроме того, медь, никель и ма ганец в количествах 10-20% каждого ухудшают дробимость модификатора, также способствуют стабилизации пе литной составл ющей металлической матрицы, что снижает пластические свойства чугуна и требует проведен дополнительной термической обработ отливок. Высокое содержание углерода в модификаторе, значительно превышаю предел растворимости его в сплаве в значительной степени усложн ет изготовление модификатора и делает нестабильным его состав. Наиболееблизким к изобретению техническойсущности и достигаемо результату  вл етс  модификатор следующего состава, мас.%: Магний5,0-10,0 Кальций0,2-2,4 РЗМ0,1-5,0 Барий0,5-3,0 Медь0,1-1,0 Никель0,1-3,0 Марганец0,1-1 ,0 Углерод0,2-2,0 Алюминий0,2-8,0 Вольфрам0,01-2,8 Кремний45,0 -70,0 ЖелезоОстальное Однако чугун, обработанный известным модификатором, характеризуетс  низкими пластическими и в зкими свойствами при работе в услови х отрицательных температур, а также склонностью к деформации отливок и образованию трещин. Высокое содержание алюмини  (до 8%) не только ухудшает форму графита, но и может приводить к образованию в отливках сетовидной пористости. Введение в состав модификатора вольфрама удорожает его стоимость, практически не измен   формообразовани  графита. Целью изобретени   вл етс  повышение пластичности, ударной в зкости при пониженных температурах, трещиноустойчйвости и усталостной прочности . Поставленна  цель достигаетс  тем, что модификатор дл  высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита , содержащий магний, редкоземельные металлы, кальций, марганец, алюминий, никель, железо и кремний, дополнительно содержит титан, цирконий , бор и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%: Магний 3,0-9,0 Редкоземельные металлы 0,5-4,0 Кальций 0,3-1,5 Марганец 0,1-2,0 Алюминий 0,5-2,0 Никель 4,0-10,0 Медь 4,0-10,0 Цирконий 0,1-5,0 Титан0,5-1,0 БорО,005-0,Q6 Цинк0,05-0,5 Железо 20,0-35,0 Кремний Остальное Совместное введение титана, циркони  и бора обеспечивает прочную св зь азота, растворимого в чугуне , в стойкие нитриды, которые служат зародышевой фазой дл  вьщелени  графита и образование инокулирующей тугоплавкой зародышевой фазы диборида титана (TiBj) и диборида циркони  (ZrB-), котора  позвол ет получить ультрамелкое ферритное зерно в матрице. Это, в свою очередь, обеспечивает сохранение пластических и в зких свойств чугуна в услови х работы при отрицательных температурах и снижает склонность к образованию трещин и деформации отливок . Нижние пределы по содержанию титана, циркони  и бора (0,5, 0,1 и 0,005% соответственно) обусловлен про влением их эффекта, а верхние (1,0, 5,0 и 0,5% соответственно) ограничены возможностью стабилизации карбидной фазы. Алюминий в сост ве модификатора в количестве 0,32 ,0% CcfBMecTHo с кальцием и РЗМ спо собствует раскислению чугуна и измельчению графитовых включений, что приводит к стабилизации процесса мо дифицировани . Содержание алюмини  свыше 2% может вызвать образование сетовидной пористости и отрицательно вли ет на степень измельчени  графита, а при содержании алюмини  менее 0,5% диспергирующий эффект его не про вл ет с . Цинк повышает степень усвоени  магни  при модифицировании, позвол  снижать его содержание в модификаторе и тем самым значительно уменьшает пироэффект. Содержание цинка в модификаторе свыше 0,5% ухудшает экологические услови  уа литейном участке, а при содержании менее 0,05% эффект его вли ни  не про вл  етс . Совместное введение в состав модификатора никел  и меди обеспеч вает высокую степень растворимости магни  и кальци  и более однородное распределение этих элементов в составе модификатора при лучшем их усвоении жидким металлом. Кроме того, введение в чугун меди и никел  повы шает пластические свойства последнего за счет улучшени  формы и умен шени  размера графита. При содержании меди и никел  в модификаторе менее 4% каждого, их вли ние на свойства чугуна незамет но, а превышение 10% каждого приво дит к перлитизации металлической матрицы, что отрицательно вли ет на пластические свойства чугуна. Резкоземельные металлы св зываю примеси деглобул ризирующих элемен тов, таких как сурьма, висмут, оло во, свинец, теллур и др. в инертные соединени  (интерметаллиды). Содержание РЗМ 0,5% - минимально необходимое дл  св зывани  этих элементов, а верхний предел (4%) установлен из экономических сообра жений, чтобы не удорожать стоимост модификатора и не усилить его карбидостабилизирующее вли ние. Предлагаемый модификатор выплав лс  в индукционной печи ИСТ - 0,5 графитовым тиглем методом сплавени  составл ющих шихты. Содержание марганца и цинка в моификаторе регулируетс  использованием при выплавке чушкового магни  ; азличных марок, содержание алюмини  определ етс  использованием ерросилици  марки ФС65 и ФС45. Дл  исследовани  вли ни  предлагаемого модификатора на увеличение количества графита шаровидной формы, уменьшение размера графитовых включений, а также на повышение пластических и в зких свойств чугуна при отрицательных температурах и понижение склонности к треш11нообразованию и деформации в отливках бьши проведены плавки чугуна в электропечи с обработкой известным и предлагаемыми модификаторами. Химический состав чугуна был следующим , мас.%: 3,37-3,43 Углерод 2,6-2,9 Кремний 0,28-0,38 Марганец 0,041-0,047 Сера 0,06-0,07 Фосфор Количество вводимого модификатора в ковш емкостью 300 кг - 6 кг, что составл ет 2% от веса жидкого металла. Температура металла 1450 С. Составы известного и предлагаемых модификаторов, использованных при проведении экспериментов, приведены в табл. 1. Дл  исследовани  структуры и механических свойств модифицированного чугуна бьши отобраны трефовидные пробы и отливки с толщиной стенок от 5 до 40 мм. Одновременно заливали опытные пробы дл  сравнени  трещиноустойчивости отливок, которую оценивали по общей плотности гор чих трещин, возникающих в термическом узле. Испытани  на раст жение проводили в соответствии с ГОСТ 1497-61 на цилиндрических образцах диаметром 10 мм и расчетной длиной 50 мм. Ударную в зкость испытывали на образцах без надреза при 40 С. Износ образцов определ ли при возвратнопоступательном движении на машине трени  Ш-1 по стандартной методике при длительности эксперимента 8 ч и пути трени  12800 м.

51

Определение усталостной прочности проводили в соответствии с ГОСТ 2860-65 на машине МУИ 6000 с частотой 100 Гц.

Результаты испытаний, приведенные в табл. 2,  вл ютс  средними из 10 образцов.

Металлографический анализ микроструктуры показал, что в отливках, обработанных известным модификатором , число включений шаровидного графита меньше и они крупнее, чем в чугуне, обработанном предлагаемым модификатором. Матрица чугуна, обработанного известным модификатором , состоит из феррита с 15-20% перлитй, величина зерна феррита 4-5 баллов шйалы ГОСТ 5639-65, в то врем , как при иЬпользовйнии предлагаемого модификатора метрика чугуна полностью ферритна  с ультрамелким зерном 7-8 балла. Meлkoдйcперсные гл.обулы в сочет нии с такой матрицей обеспечивают высокие пластические свойства, ударную в зкость

68456

при отрицательных температурах, повышают усталостную прочность чугуна, износоустойчивость и трещиноустойчивость отливок. Чугун, обработанный

5 модификатором состава 2 и 6, выход щих по содержанию большинства элементов за пределы предлагаемого, имеет свойства значительно ниже, чем 3-5 составов.

10 Технико-экономическа  эффективность применени  предлагаемого модификатора по сравнению с базовой никельмагниевой лигатурой по техническим услови м 48-21-5013-72, примен е15 мой дл  производства отливок из высокопрочно о чугуна с шаровидным графитом , определ етс  прежде всего снижением брака по механическим свойствам , трещинам и деформации в отлив20 ках В 2-3 раза а также снижением стоимости модификатора.

Годовой экономический эффекг от использовани  изобретени  по сравнению базовым объектом составит

25 662 тыс. руб.

Таблица 1

Известный

1,3 2,8 1,7 0,3 1,5 0,4

1 7,2 Предлагаемый

5,3 2,1 50,5 Остальное

0,7 - Осталь- 35,0 ное

1,5

0,2 0,7 0,001 0,02

Продолжение табл. 1

Таблица2

Claims (1)

1. МОДИФИКАТОР для высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, содержащий магний, редкоземельные металлы, кальций, марганец, алюминий, медь, никель, железо и кремний, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичночти, ударной вязкости при пониженных темДературах, трещиноустойчивости и усталостной прочности, он дополнительно содержит титан, цирконий, бор и цинк при следующем соотноше-

   нии элементов, мае Л: Магний 3,0-9,0 Редкоземельные металлы 0,5-4,0 Кальций 0,3-1,5 Марганец 0,1-2,0 Алюминий 0,5-2,0 Медь 4,0-10,0 Никель 4,0-10,0 Титан 0,5-1,0 Цирконий 1,0-5,0 Бор 0 ,005 -0,06 Цинк 0,05-0,5 Железо 20-35 Кремний Остальное

   SU .... 1106845