SU1735422A1 - Смесь дл обработки чугуна - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано дл  изготовлени  чугунных изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах. Цель изобретени  - повышение ростоустойчивости при повышенных температурах, жидкотекучести чугуна и снижение стоимости обработки. Предлагаема  смесь содержит, мае.%: сурьму 10-20, чугунную стружку 70-87 и алюминий остальное. Дополнительный ввод в состав предлагаемой смеси чугунной стружки позвол ет после обработки его чугунного расплава увеличить ростоустойчивость в 2- 2,5 раза, повысить жидкотекучесть в 1,54- 1,68 раза, а также снизить расходы на обработку чугуна в 2,18-3,5 раза. 1 табл.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к литейному производству, преимущественно к смес м дл  обработки чугуна, и может быть использовано дл  улучшени  качества отлитых из него изделий, эксплуатируемых при повышенных температурах.

Известна смесь дл  обработки чугуна, содержаща  компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Церий2-5

Алюминий20-30

Кремний30-35

Сурьма6-10

Барий5-8

ЖелезоОстальное

Недостатками этой смеси  вл ютс  короткий по времени графитизирующий эффект ее действи , значительное феррити- зирующее вли ние бари  на структуру чугуна , а также многокомпонентность ее состава , что усложн ет ее использование.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности, составу и достигаемому эффекту  вл етс  смесь дл  обработки чугуна, содержаща  компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Сурьма10-40

Порошок графита10-40

АлюминийОстальное

Недостатками известной смеси  вл ютс  мала  стабильность структуры чугуна при повышенных температурах, что приводит к его росту и снижению эксплуатационной стойкости отлитых из него изделий, а также высока  стоимость обработки. В св зи с большим количеством алюмини  в составе смеси ухудшаютс  литейные свойства чугуна и применение смеси сопр жено с высоким браком лить .

VJ

СО

ел

ND 1ЧЭ

Цель изобретени  - уменьшение роста чугуна при повышенных температурах, улучшение его литейных свойств, снижение стоимости обработки и брака лить .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в качестве графитизирующей добавки в составе смеси используетс  чугунна  стружка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий3-10

Сурьма10-20

Чугунна  стружкаОстальное

Снижение эксплуатационной стойкости чугунных изделий, работающих в услови х теплосмен с длительным нахождением в области повышенных температур, например кокилей дл  отливки прокатных валков, св зано с образованием на рабочей поверхности сетки трещин термической усталости, основной причиной которых  вл ютс  фазовые превращени  и рост графитных включений , происход щие с увеличением объема (рост чугуна), а поэтому увеличивающих напр женное состо ние. Смесь дл  обработки чугуна должна обеспечить получение однородной перлитной структуры металлической матрицы при малых размерах эвтектических зерен, а также обеспечить создание барьеров из примесей между графитом и матрицей, преп тствующих переходу при повышенных температурах атомов углерода из твердого раствора к графитным включени м.

В наибольшей степени этим требовани м должна отвечать смесь, содержаща  сурьму, котора  не только  вл етс  наиболее сильным перлитизаторующим элементом , но и поверхностно-активным элементом, образующим на включени х графита адсорбционные слои толщиной 3-4 нм.

Широкие промышленные испытани  содержащей сурьму смеси-прототипа показали , что вследствие высокого содержани  в ней алюмини  - сильнейшего элемента- ферритизатора в структуре чугуна имеет место аномальность перлита в виде ферритной каймы на междендритных границах . Ферритна  кайма дестабилизирует перлит в процессе нагрева чугуна при тер- моциклировании,способствует его распаду на ферритно-графитную эвтектоидную смесь, что сопровождаетс  существенным увеличением объема ввиду небольшого удельного веса графита, значительным повышением уровн  фазовых напр жений и, в конечном счете, способствует росту чугуна. Нар ду с этим алюминий способствует повышению растворимости водорода в жидком чугуне, который затем при охлаждении отливки после затвердевани  и особенно

при повторном ее нагреве выдел етс  в матрице чугуна в свободном виде, образу  микротрещины - флокены, резко снижающие ростоустойчивость чугуна. Кроме того, алюминий в составе смеси про вл ет сильное пленообразующее действие, что значительно ухудшает литейные свойства чугуна и способствует образованию дефектов в теле отливки в виде плен, заворотов, раковин и

0 пористости. Однако полное устранение алюмини  из состава смеси нежелательно, поскольку последний повышает термостойкость и окалиностойкость чугуна, образу  на поверхности изделий устойчивую окисную

5 пленку, преп тствующую проникновению газов внутрь отливки.

Увеличени  ростоустойчивости чугуна можно добитьс  только при определенном соотношении сурьмы и алюмини  в составе

0 смеси, равном примерно 2,5. При этом алюминий , увеличива  температуру выделени  предэвтектического аустенита, способствует сегрегации сурьмы по границам зерен непосредственно в местах возможного об5 разовани  ферритной каймы, в результате чего подавл етс  процесс возникновени  аномальности перлита. При этом снижение содержани  алюмини  в составе смеси позволило снизить насыщение чугуна водоро0 дом и повысить жидкотекучесть металла. Однако повышение в составе смеси доли сурьмы относительно алюмини  увеличивает склонность чугуна к отбелу, что снижает его ростоустойчивость, Исследовани  пока5 зали, что применение порошка графита как графитизирующей добавки нецелесообразно , поскольку последний при введении его в чугун в составе смеси в значительной степени выноситс  конвективными потоками

0 гор чего воздуха или ошлаковываетс  быс- трообразующимис  окислами А120з. Поэтому в качестве графитизирующей добавки в смеси используетс  чугунна  стружка, содержаща  структурно-свободный графит,

5 инициирующий выделение графита при кристаллизации чугуна, имеюща  большой объемный вес, что облегчает ее взаимодействие с металлом. Металлическа  составл юща  стружки облегчает процесс зарождени  и

0 роста предэвтектического аустенита, что повышает сегрегацию сурьмы и, следовательно , ростоустойчивости чугуна. Часть стружки, оставша с  на поверхности металла , разрушает сплошность окисной пленки,

5 что повышает жидкотекучесть чугуна и уменьшает возможность образовани  дефектов .

Таким образом, комплексное вли ние алюмини , сурьмы и стружки в указанных пределах содержани  компонентов позвол ет достичь увеличени  ростоустойчивости чугуна при повышенных температурах, улучшени  литейных свойств металла и снижени  брака лить . При этом стоимость смеси значительно уменьшаетс  в результате использовани  малоценной чугунной стружки и снижени  содержани  алюмини .

Сурьма в пределах 10-20 мас.% обеспечивает получение однородной перлитной структуры и способствует ее стабильности при повышенных температурах, а также ликвиру  на межфазные границы, создает барьеры, преп тствующие диффузии углерода . При содержании сурьмы менее 10 мас.% в структуре чугуна по вл етс  фер- ритна  микроструктурна  составл юща  на междендритных границах, а при содержании более 10 мас.% начинает про вл тьс  ее отбеливающее вли ние и в структуре чугуна по вл етс  структурно-свободный цементит . При таких изменени х структуры возрастает ее неоднородность а росто- устойчивость чугуна снижаетс .

Алюминий в пределах 3-10 мас.% обеспечивает раскисление чугуна, что способствует его графитизации в процессе затвердевани . Образование на рабочей поверхности издели  устойчивой окисной пленки (AlaOa) способствует уменьшению вли ни  газовой коррозии, интенсифицирующей образование сетки термических трещин . При содержании алюмини  менее 3 мас.% вли ние алюмини  про вл етс  незначительно , а при содержании более 10 мас.% в структуре чугуна по вл ют  флоке- ны и ферритна  кайма, а также ухудшаютс  литейные свойства металла.

Чугунна  стружка используетс  в составе смеси в качестве инокулирующей и гра- фитизирующей добавки, способствует сегрегации сурьмы по границам зерен и нарушению сплошности оксидной пленки на поверхности чугуна. Оказыва  захолажива- ющее действие при обработке чугунна  стружка способствует лучшему усвоению сурьмы. При содержании ее менее 70 мас.% снижаютс  графитизирующий эффект и однородность структуры чугуна а увеличение более 87 мас.% уменьшает полезную долю

сурьмы и алюмини , а также делает затруднительным получение необходимой температуры заливки.

Результаты представлены в таблице.

Пример. В индукционной печи ИЧТ-6

с кислой футеровкой плавили чугун дл  отливки кокилей весом 4,5 т, которые имеют следующий химический состав, мас.%: углерод 3,5; кремний 2,4; марганец 0,5; фосфор

0,06; сера 0,04. Смесь загружали на дно ковша перед выпуском чугуна из печи в количестве 2% от массы обрабатываемого металла, имеющего температуру 1400 ± 15°С. После окачивани  шлака при температуре металла

1350 ± 5°С отбирали металл дл  заливки стандартной спирали Керн и производили заливку литейной формы. При механической обработке отливок кокилей от их нижнего торца отрезали темплеты, из которых

вырезали образцы дл  проведени  испытаний на ростоустойчивость и металлографических исследований. Рост чугуна изучали объемным методом в термоциклическом режиме1100°С 650°С с длительностью цикла 1,5 ч после 30 термоциклов.

Таким образом, внедрение предлагаемой смеси обеспечивает повышение ростоустойчивости чугуна в 2-2,6 раза, улучшение его жидкотекучести на 47-66%, снижение стоимости смеси, и брака лить  по плене и заворотам в 4,8 раза. Кроме того, достигаетс  снижение расхода и увеличение оборачиваемости кокилей, изложниц и прочей оснастки, работающей при повышенных температурах, а также снижение себестоимости литьй.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Смесь дл  обработки чугуна, содержа- ща  сурьму и алюминий, отличающа - с   тем, что, с целью повышени  ростоустойчивости при повышенных температурах , жидкотекучести чугуна и снижени  стоимости обработки, она дополнительно содержит чугунную стружку при следующем соотношении компонентов, мас.%: Сурьма10-20

   Чугунна  стружка70-87

   АлюминийОстальное

   Получение чугуна с использованием смеси-прототипа.

   Получение чугуна с использованием предлагаемой смеси.