SU1488341A1 - Лигатура для чугуна - Google Patents

Description

Изобретение относится к металлургии. Цель изобретения - повышение длительности модифицирующего эффекта,

2

прочности и износостойкости чугуна. Лигатура содержит никель, кремний, медь, хром, кобальт, углерод,железо, кальций, бориды титана“и нитриды бария при следующем соотношении компонентов, мае. %: никель 3-7; кремний 3-7,5; медь 1-7; хром 1-3; кобальт 0,05-0,5; углерод 1,2-5; кальций 12,2-16,5; бориды титана 26,5-36; нитриды бария 11,3-27,5 и железо ~ остальное. Дополнительный ввод в состав лигатуры кальция, боридов титана и нитридов бария обеспечивает повышение в 1,3-1,5 раза прочности и износостойкости чугуна за счет создания мелкодисперсной структуры его матрицы. Модифицирующий эффект сохраняется в течение 31-45 мин после обработки чугуна. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к лигатурам для мо-> дифицирования чугуна.

Цель изобретения - повышение длительности модифицирующего эффекта, прочности и износостойкости чугуна достигается тем, что лигатура для чугуна, содержащая никель, кремний, медь, хром, углерод, кобальт и железо, дополнительно содержит кальций, бориды титана и нитриды бария при следующем соотношении компонентов, мае.

:. 2:
Никель	3-7
Кремний	3-7,5
Медь	1-7
Хром	1-3
Кобальт	0,05-0,5

1,2-5

12.2- 16,5 ' 26,5-36

11.3- 27,5 Остальное в лигатуру

7, как эффекУглерод

Кальций

Бориды титана

Нитриды бария

Железо

Бориды титана введены в количестве 26,5-36 мае

’тивная модифицирующая добавка, повышающая однородность и стабильность структуры чугуна и устраняющая образование в ней междендритного графита, что способствует повышению механических характеристик чугуна и их стабильности в отливках. Прь; концентрации боридов титана в лигатуре до '26,5 мае.Я модифицирующий эффект проявляется слабо и механические свойства чугуна в отливках находятся на

3

1488341

4

низком уровне, а при увеличении концентрации боридов титана более 36 мае.% увеличивается количество неметаллических включений в чугуне, что снижа- $ ет стабильность и механические свойства чугуна.

Ввод нитридов бария в состав лигатуры в количестве 11,3-27,5 мас.% существенно измельчает структурные составляющие чугуна, повышает равномерность модифицирования и усвоение лигатуры расплавленным металлом. При концентрации нитридов бария до 11,3 мае. % измельчение структуры и 15 повышение механических свойств недостаточно, а при увеличении концентра·; ции нитридов бария более 27,5 мас.% повышается угар металла и снижается однородность структуры, стабильность, 20 .механические и эксплуатационные свойства чугуна в отливках.

Кальций введен в количестве 12,216,5 мае. X как графитизирующий и сфероидизирующий компонент, способ- 25 ствующий равномерному распределению боридов, нитридов и неметаллических включений в чугуне, что способствует стабилизации процесса модифицирования, структуры и. механических свойств. _ Кремний (3-7,5 мас.%) и углерод (1,2—

5 мае. %) являются основными графитизирующими и ферритйзирующими компонентами, повышающими стабильность модифицирования и механических свойств, но при увеличении их концентрации более 7,5 и,5 мае. % снижается стабильность прочности и износостойкости чугуна.

Хром в лигатуре является отбелива4и

ющим компонентом, повышающим дисперсность структуры, прочность и стабильность износостойкости чугуна. При содержании хрома до- 1 мае. % стабильность износостойкости и механических

„ 45

свойств низкая, а при увеличении концентрации хрома более 3 мае. % снижается стабильность модифицирующего эффекта, структуры и упруго-пластических свойств чугуна.

Медь в количестве 1-7 мае. % уп- ^0 рочняет матрицу и измельчает графит, что значительно повышает механические свойства. При концентрации меди до 1 мае. % стабильность структуры чугуна недостаточна, а при концентрации 55 меди более 7 мае. 7, усиливаются ликвация и пористость чугуна, снижается •его износостойкость.

Введение в лигатуру никеля в за- данных пределах повышает растворимость нитридов бария и кальция в чугуне, повышает плотность и вязкость чугуна, увеличивает продолжительность сохранения модифицирующего эффекта и стабильность упруго-пластических свойств.

Кобальт является межфазно-активным, элементом в чугуне и при модифицировании железоуглеродистого расплава преимущественно располагается на поверхностях раздела графит - расплав, способствуя повышению межфазного Натяжения, измельчению структуры, повышению механических свойств и их стабильности. При содержании кобальта ниже 0,05 мае.. % его поверхностная активность и стабильность модифицирующего эффекта недостаточны и механические свойства чугуна снижаются.

При увеличении концентрации кобальта более 0,5 мае. % снижаются однородность структуры, продолжительность сохранения модифицирующего эффекта и ударная вязкость модифицирующего чугуна.

Лигатуру получают в открытых индукционных печах сплавлением чистых компонентов с ферросплавами при 13501370°С. В качестве шихтовых материалов используют никель полуфабрикатный НПАН, медь М1, кобальт К1, расплавляемые под слоем флюса, содержащего фтористый кальций и древесный . уголь, взятые по 0,8% от массы расплава, и ферросплавы: феррохром ФХ650, силикокальций СК20, нитриды бария ФБа2Н, бориды титана, сплав КХК-2, а также бой электродов. Бориды титана вводят в конце плавки при 13501370°С, выдерживают при перемешивании 2-5 мин и производят разливку расплава в плоские металлические изложницы. Обработку чугуна лигатурой проводят при 1420-1450°С при выпуске расплава из печи в ковш. Лигатуру измельчают до фракции 2-10 мм. Отливают технологические пробы, отливки и цилиндрические заготовки диаметром от 16 до 60 мм. Лигатуру вводили в ковш в количестве 2% от массы жидкого металла.

Результаты модифицирования чугуна контролировались путем отбора проб из каждого ковша до заливки в формы на технологических пробах в соответствии с РТМ МТ 20-2-76 с последующей оценкой качества модифицирования по дисперсности микроструктуры чугуна. Мето1488341

6

дика испытаний модифицированных чугунов на изнашивание соответствовала требованиям и производилась в условиях многократных прямых ударов о металлическую поверхность без смазки при температурах от 0 до -20°С. В качестве контрольных образцов использовали образцы из стали 45 твердостью 220 НВ. [Длина образца 20+0,05 мм, 10 мм.

Составы известной и предлагаемой лигатур приведены в табл. 1.

Свойства полученного чугуна представлены в табл. 2.

Металлографические исследования 1 показали, что лигатура позволяет получить более мелкозернистую структуру

металлической основы и компактный графит в отливках, повысить износостойкость и механические свойства.

Как видно из табл. 2, при использовании предложенной лигатуры для модифицирования чугуна достигаются боЛее длительное сохранение модифицирующего эффекта и значительное повышение износостойкости и механических свойств, чем при использовании базовой лигатуры.

Экономический эффект достигается за счет снижения количества вводимой лигатуры, повышения качества чугуна и эксплуатационных свойств.

Claims (1)

1. Формула изобретен ия

   Лигатура для чугуна, содержащая никель, кремний, медь, хром, углерод кобальт и железо, отличающа я с я тем, что, с целью повышения длительности модифицирующего эффекта прочности и износостойкости чугуна, она дополнительно содержит кальций, бориды титана и нитриды бария при следующем соотношении компонентов,

   мае. %: 3-7 Никель 20' Кремний 3,0-7,5 Медь 1-7 Хром 1-3 Кобальт 0,05-0,50 Углерод 1,2-5,0 25 Кальций 12,2-16,5 Бориды титана 26,5-36,0 Нитриды бария 11,3-27,5 Железо Остальное

   .Таблица 1

   Компоненты Содержание элементов, мае. % в лигатуре Известная Предложенная 1²___ ³ 1 ⁴ 1 ⁵ I⁶ к.

   Никель 5,6 7 3 5,5 7 2,7 7,3 Кремний 5,3 7,5 3 5,5 7,5 2,5 3,5 Медь 3,1 7 1 4 7 0,5 8 Хром 2 3 1 2,1 3 0,5 3,5 Кобальт 0,3 0,35 0,05 0,1 0,5 0,01 0,6 Углерод 1,5 3,5 1,2 3,2 5 1 5,2 Кальций - - 12,2 13,6 16,5 6,1 16,7 Бориды титана - - 36 27,8 26,5 37 12,4 Нитриды бария - - 27,5 18,3 1 1,3 28 6,7

   Железо Остальное

   7

   1488341

   8

   Таблица 2

   Опыт Длительность модифицирующего эффекта, мин Механические свойства чугуна Предел прочности при растяжении, МПа Относительная износостойкость при сухом трении 1 12 360 1,22 2 13 373 1,30 3 31 381 1,51 4 42 425 1,63 5 45 397 1 ,66 6 25 375 1,32 7 28 . 370 1,37