SU1270173A1 - Способ получени чугуна с шаровидным графитом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области литейного производства и может использоватьс  дл  получени  отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Целью изобретени   вл етс  упрошение технологического процесса , уменьшение расхода модифицирующих и легирующих компонентов и стабилизаци  химического состава чугуна. Это достигаетс  тем, что операцию первичного модифицировани  осуществл ют путем ввода сфероидизирующего модификатора на дно ковша под двухслойной засыпкой из легирующего металла с т.пл. 1000 и уд.в. не менее 7,0 г/см и очищенной стружки или дробленого лома черных металлов . Новым в способе  вл етс  испольi зование двухслойной засыпки, согласно которой нижний слой состоит из ле€Л гируюПвго компонента, а верхний - из металла, близкого по составу выплавл емому чугуну, 3 з,п,ф-лы, 2 табл, i

Description

1 Изобретение относитс  к металлургии черных сплавов и может быть использовано дл  отливки деталей из вы сокопрочного чугуна с шаровидным гра фитом (ВЧШГ) с применением сфероидизирующих модификаторов. Целью изобретени   вл етс  упрощение технологического процесса, уменьшение расхода модифицирующих и легирующих компонентов и стабилизаци  химического состава чугуна. Поставленна  цель достигаетс  тем что по способу, включающему послойную укладку на дно ковша сфероидизирующей лигатуры, защитного покрыти  с легирующими или модифицирующими компонентами и сло  стружки или кусков лома черных металлов размером не более 20-30 мм с содержанием серы не более 0,02% и двойное модифицирование , в качестве легирующего или мо дифицирующего компонента используют ферросплав или металл с т.пл. 10001300 С и удельным весом не менее 7,0 г/см, ковщ заполн ют расплавленным чугуном с температурой 15201620С и после вьщержки до окончани  реакций расплав переливают в разливочный ковш, причем вторичное модифи цирование граЛитизирующим модификатором производ т одновременно с пере ливом . В качестве легирующего компонента используют катодную медь, которую за сыпают на сфероидизирующий модификатор кусками не более 40x40 мм в коли честве 0,3-1,2% от массы чугуна в ковше. В качестве лома чернь1Х металлов используют стальную стружку в смеси с графитовым порошком. В тех случа х, когда еъжость промежуточного ковша равна емкости плавильной печи, дл  уменьшени  потерь температуры при переливах и транспортировке , жидкий чугун после обработки первичным сфероидизирующим модификатором сливают обратно в печь, а вторичное модифицирование провод т ввод  графитизирующий модификатор при повторном выпуске чугуна в этот же ковш, который в дальнейшем исполь зуют в качестве разливочного. Этим достигаетс  еще больша  стабильность химического состава по всему объему плавки за счет перемешивани  при переливе и уменьшаетс  общее количест3а во ковтчей, необходимых дл  осуществлени  техпроцесса. Использование двухслойного насыпного покрыти  предохран ет сфероидизирующий модификатор от непосредственного контакта с расплавленным чугуном в начальный период заполнени  коБща. Контакт происходит только после расплавлени  части покрыти , когда ковщ частично или полностью заполнен чугуном, т.е. под слоем жидкого металла без доступа воздуха, что предотвращает его окисление, увеличивает усвоение и уменьщает пироэффект . Преимуществом предлагаемого способа  вл етс  то, что с модификатором реагирует не обычный жидкий чугун, а сплав, обогащенный сравнительно легкоплавким и в то же врем  т жель компонентом, что уменьшает угар модификатора , а пары и газы, выдел ющиес  при реакции, проход  через расплав , перемешивают его, обеспечива  равномерное содержание легирующих . компонентов во всем объеь е. Кроме того, обогаща  первый защитный слой углеродом, сравнительно легко добитьс  той или иной заданной структуры металлической матрицы от цементита до феррита, уменьща  при этом расход вторичного модификатора. Пример. Проводили отливку порщневых колец к двигател м внутреннего сгорани  Д-240, Д-180 и СМД-18/19 КН и образцов из ВЧШГ, обработанного по предложенному и известному способам. Чугун выплавл ли в индукционной электропечи Ш1-67 с нейтральным тиглем емкостью 50 кг, Шихта состо ла; из 50% литейного рафинированного чугуна ЛР, 45„8-47,0% возврата, 0,4% гранулированного металлического никел  НЗ, 1.,0% катодной меди, 0,51 ,5% ферросилици  ФС-75Л, 0,16-1,5% лигатуры Ni-Mg-Ce и 0,15-0,5% силикокальци  СК-25. Лигатуру, содержащую 17% Mg, ,0% Се и 81,5-82,5% Ni, вводили в качестве сфероидизирующего модификатора (СМ). В качестве графитизирующих модификаторов (ГМ) использовали ферросилиций и.силикокальций. Кроме того, при модифицировании в качестве защитных покрытий использовали стружку ВЧШГ, стальную высечку и стружку И графитовый порошок (всего 0,3-1,5% от металлозавалки). Чугун, возврат, никель и часть ка тодной меди, не вход щую в защитное покрытие, вводили в печь по мере рас плавлени  металлозавалки. После расплавлени  шихты и нагрева до заданной температуры чугун вьтускали в ковш, на дно которого предварительно укладывали модификаторы и защитные покрыти , как показано в табл,1. Температуру перегрева и выпуска чугуна из печи измер ли термопарой ТПП-ОЗЗЗ (платина - платинородий), а температуру заливки форм - оптическим пирометром (Проминь). Всего проведено 11 опытов, в том числе 6 (с 1-го по 6-й) по предлагае мому способу и 5-по известному. Плавки 7 и 11 проводили без допол нительного легировани , плавки 8, 9 и 10 дл  обеспечени  сопоставимости результатов проводили с дополнительным легированием никелем и медью, которые вводили в печь с металлозавалкой , В опытах 1-6 первичньм  вл лось сфероидизирующее модифицирование, а вторичным - графитизИРующее. При это в плавках 1-3 ГМ вводили при переливе чугуна из промежуточного ковша в разливочный, которьй использовали затем дл  заливки форм, а в плавках 4-6 после выпуска в ковш и завершени  реакции между СМ и чугуном расплав переливали обратно в печь и ГМ вводили при повторном выпуске чугуна в этот же ковш, который затем исполь зовали дл  заливки форм. В опытах 7-11 первичным  вл лось графитизирующее модифицирование, а вторичным сфероидизирующее, в соответствии с последовательностью контакта жидкого чугуна со сло ми модификатора . Технологические режимы модифицировани , в том числе количество модификаторов и температуры перегрева и заливки чугуна, сведены в табл,1. Формы дл  заливки поршневых колец собирали в стопки по 14 шт. В одной форме отливали по 4-5 заготовок, В каждой плавке заливалось последовательно по 4 стопочные формы и отливалось по 220-280 заготовок поршневых колец. Образцы дл  химического и микроструктурного анализа отбирали из верха и низа .стопочной формы. Кроме того, отливали цилиндрические пробы 0-5,10,30 мм и пр моугольные образцы сечением 4x2,7x5 и 15x10 мм длиной 150 мм каждый. Результаты химического анализа показали, что содержание марганца, фосфора, никел  и серы практически не изменилось при различных способах получени  ВЧШГ и составл ло соответственно в образцах из всех плавок 0,3-0,5% Mg, 0,08-0,18% Р, 0,32 0 ,46% Ni (кроме плавок 7 и 11) и 0,015-0,018% S. Эффективность использовани  различных способов оценивали сравнением степени усвоени  и стабильности содержани  магни ,кремни , меди, а также сравнением структуры отливок и механических свойств обработанных образцов и поршневых колец. Усвоение компонентов определ ли по формуле X 100%, где Кцрв. - коэффициент усвоени ,- %j . - среднее содержание компонента по результатам химического анализа плавки, мас.%; К в вод, - количество компонента , вводимое согласно расчету шихты, мас,%. Стабильность химического состава оценивали после статистической обработки величиной среднего квадратического отклонени  результатов химического анализа аналогичных плавок. Отлитые заготовки поршневых колец и образцы подвергали термической и механической обработке, последующим механическим испытани м, I Отливки из опытов 1-6 перед механообработкой были подвергнуты отпуску при 600 С в течение 45 мин дл  сн ти  внутренних напр жений, а отливки из опытов 7-11 в св зи со значительным количеством цементита в литой структуре и невозможностью механообработки были подвергнуты предварительному отжигу на феррит при 950 С в течение 3 ч, затем черновой механообработке шлифовке торцов и далее двухстадийной термообработке дл  обеспечени  технических требований по микроструктуре и свойствам. Режим двухстадийной термообработки:

S1

Harjjeij до 950° (, выдержка 30 мин и залиика в масле, затем отпуск при 600 С в течение 45 мин и охлаждение на воздухе. После этого нроведена окончательна  механообработка и испытанн . Полученные результаты сведены в табл,2,

.Анализ результатов показывает, что при использовании предлагаемого способа усвоение магни  увеличиваетс  на 10-15% и более, а меди - на 1014% сравнительно с известным способом . При этом в обоих случа х усвоение магни  резко уменьшаетс  при увеличении дозы сфероидизирующего модификагора . Наибольшее усвоение кремни  и наименьшую потерю температуры обеспечивает предлагаемый способ с повторным использованием одного и того же ковша дл  сфероидизирующего и графитизирующего модифицировани  с последующей разливкой чугуна по формам (плавки 4,5 и б, а использование чистой стальной стружки или в смеси с графитовьм порошком позвол ет регулировать .содержание углерода в ВЧШГ на 0,20%, т.е. на 6% абсолютного содержани  компонента (плавки 5 и б).

При использовании известного способа с оптимальными до&ами модификаторов усвоение магни  составл ет 59б7% , меди 78-82% и кремни  80-90%, Предлагаемый способ обеспечивает усвоение до 73-85% магни , 92-96% меди и 90-96% кремни ..

Стабильность химического состава , при использовании предлагаемого способа увеличиваетс  в 1,5-3,0 раза по содержанию магни  и в 1,5-2,0 раза п содержанию меди. Микроструктура порш невых колец, отлитых по предлагаемому способу, более стабильна по строению графита и по металлической основе . Степень сфероидизации графита за счет более полного усвоени  магни  в плавках с использованием предлагаемого способа составл ет 95-97%, а по известному способу - 85-95%,

Количество феррита в заготовках, отлитых по предлагаемому способу, составл ет 6-12%, а в заготовках, отлитых по известному способу - 24% , количество цементита составл ет 20-60 и 0-4% соответственно.

Испытание механических свойств показало , что использование предлагаемого способа сравнительно с.извест736

Claims (4)

1.Способ получени  чугуна с шаровидным графитом, включающий послойную укладку на дно ковша сфероидизирующей лигатуры, защитного покрыти 

с легирующими или модифицирующими компонентами и сло  стружки или кусков лома черных металлов размером- не более 20-30 мм с содержанием серы .не более 0,02% и двойное модифицирование , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  технологического процесса, уменьшени  расхода модифицирующих и легирующих компоненто и стабилизации химического состава чугуна, в качестве легирующего или модифицирующего компонента использую ферросплав или металл с температурой плавлени  1000-1300°С и уд.в, не менее 7,0 г/см, ковш заполн ют расплавленным чугуном с температурой 1520-1620 С и после выдержки до окончани  реакции расплав переливают в разливочный ковш, причем вторичное модифицирование графитизирующим модификатором производ т одновременно с переливом.

2.Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что в качестве легирующего компонента используют катодную медь, которую засыпают на сфероидизирующий модификатор кусками не более 40x40 мм в количестве 0,3-1,2% от массы чугуна в ковше,

3.Способ поп,1,отлича ющ и и с   тем, что в качестве лома черных металлов используют стальную стружку в смеси с графитовым порошком .

4.Способ по п.1, о т л и ч а -ю|щ и и с   тем, что вторичное модифицирование производ т в том же ковше , что и первичное, дл  чего распла после окончани  реакции сливают в печь и затем снова наполн ют ковш, ввод  одновременно вторичный модификатор .

t;

XD

n)

H. 0)

s к

0)

о

a G

icd S

СЛ

Тавлица 2