(54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА Изобретение относитс к литейному производству, в частаост к вопросу получе ни модифишфованного металла путем его работки присадками вводимыми в элементы литниковой системы. Известен способ изготовлени отливок лз высокопрочного чугуна, заключающийс в TOMi что куски лигатуры укладываютс либо в литниковую систему Одежду сто ком и шлакоуловителем), либо в специаль ную закрытую чашу над сто ком, причем шлакоуловитель (в первом случае) и сто {во втором случае) отдельны от емкости, в которую укладываютс куски лигатуры, специальной сетки l. Дл обработки металла в форме известен .способ, заключающийс в том что из мелкоизмельченного модн})икатора изготовл ют кольцевой вкладьпи, помещаемый в литниковую систему заливаемой формы. Дл улучшени растворени и распределени модификатора литникова снстаиа в зоне вкладыша расшир етс , а испольВ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ зуемый моди|)шсатор имеет крупность частиц 1,5-3,0 мм 2. Эти способы не обеспечивают стабильное и равномерное распределение модификатора в весь период залиЬки м§талла. В качестве прототипа изобретени выбран способ, который заключаетс в том, что между реакционной камерой и задерживающей шлак и нерастворившийс модификатор перегородкой, устанавливает- с легкоплавка пробка, изготовленна из пенополистирола. Пробка увеличивает, длительность контакта первой порции металла с моди}}шсатор6м и способствует получению в микроструктуре шаровидной формы графита 3J. Этот способ имеет существенные недостатки . Действие пенополистироловой пробки заключаетс в увеличении времени контакта первой поршю металла с измельченным модификатором. Длительность ди-. струкции пенополистщюла пробки опреде- л етс температурой и ферростатнческим напором заливаемого металла, что подаетс регулированию в небольших пределах .. Поэтому способ, выбратшый в качестве прототипа, позвол ет только повысить степень растворени модификатора в первой порции металла и не вли ечг на дальнейший процесс его растворени благодар чему в металл в середине заливки переходит лишнее количество модификатора, а в конце заливки он часто оказываетс недомодифишфованным и в микростр -ктуре чугуна по вл етс графит пластинчатой формы. Цель изобретени - сокращение расхо да модификатора, повышение равном ного его распределени по сечению отливки улучшени микроструктуры и повышени физико-механических свойств обрабатываемогчэ металла. Это достигаетс тем, что первую пор цию металла, составл юшЗЮ 4,5-8,0% от чернового веса отлив1ш заливают в форму с секундной скоростью 0,6514 ,5 кг/с.см, затем ее увеличивают за 1,2-2,8 с, в 1,2-2,3 раза по сравнению с первоначальной и в дальнейшем, до полной заливки формы, секундную скорость постепенно уменьшают например, по линейному закону таким образом, чтобы в конечный момент заливтш она была в 1,05-1,15 раза больше, чем первоначальна . Кинетика растворени модификатора, помещенного в реакционную камеру литниковой системы, металлом, поступающим в форму в процессе ее заливки, сос тоит из трех периодов. Первый период затслючаетс в процессе нагрева модификатора до температуры, обеспечивающей его, растворение первой порции металла Длительность этого периода зависит от температуры плавлени и теплофизических свойств модификатора, температуры металла, его ферростатического напора и секу 1дной скорости заполнени формы. Изменение ферростатического напора ( Нц ) и секундной скорости (Q ), при заполнении формы дл отливки небольшой высоты и простой конфигурации происходит по линейному закону. Однако , степень растворени модификатора () мен етс по сложной зависимости , В первый период до момента LJ происходит прогрев модификатора, врем его контакта с первой порцией металла оказываетс малым и чугун получаетс недомодифишфованным со смешанной формой графита. При достижении оптрла ного количества растворенного модифик тора (т-)„у ) форма графита полу шетс шаровидной. В период последующей за временем с, , до максимума на кривой m - i ( t ) происходит интенсивное растворение модификатора, благодар наличию его большого количества и продолжению его прогрева за счет теплоты протекающего металла. В третий период модификатор уже достиг максимальной температуры прогрева и уменьшение степени его растворени протекающим металлом объ сн етс уменьшением количества модификатора в реакционной камере . Недостатком этого способа модифицировани металла в форме вл етс мала степень мод5«})ицировани первой порции металла и сравнительно повыше1шый расход модификатора во второй и третий период его растворени . Поэтому средНИИ расход модифшсатора находитс в пределах 0,8-1,0%. При использовании пенополистироловых пробок, устанавливаемых в литниковой системе, благодар диструкции пенополистирола , увеличиваетс до 1,5-2,0 с длительность контакта первой порции металла с модификатором. В этом случае не наблюдаетс изменение величин ферростатического напора ( h ) и секундного расхода (ср металла, однако в первый период увеличиваетс врем контшсха металла с модификатором и это обеспечивает получение шаровидной формы графита и первой порции металла. Расход модификатора остаётс таким же, как и в первом случае. Модифицирование металл а в форме, при использовании дл ее заполнени низкого регулируемого давлени происходит иначе. Избыточное .давление воздуха в тигле { Рр ) по мере заполнени формы под низким давлением, увеличиваетс . При этом секундный расход (Qj-p) остаетс неизменным или увеличиваете на большую величину. При этом следует отметить , что характер зогоетики растворени модификатора tn г f ( ) остаетс подобным случаю, когда форма заливаетсд обычным металлом. Аналогичным остаетс также и расход модификатора. Преимуществом модифицировани металла в форме при использовании дл ее заливки низкого давлени вл етс возможность регулировани в процессе заливки избыточного давлени в тигле в довольно широких пределах. Как показали исследовани , дл сокращени расхода модификатора, повышени его рас творени в первой порции металла, стабилизации растворени модификатора в период все заливки формы, улучшени микроструктур и повышени физико-механических свойст металла, избыточное давление в тигле и секундный расход заполнени формы металлом измен ли так, чтобы перва порци металла, составл юща 8,О% от чернового веса отливки поступала в форму при избыточном давлении в тигле 0,26 кгс/см и секундной весовой скорости 2,63 кг/с.см, затем давление воздуха увеличивали со скоростью 0,115 кгс/см в секунду и повышали секундную скорость заполнени формы металлом в 1,2--2,3 раза (т.б.) по сравнению с первоначальной и в дальнейше до полной заливки формы, секундную скорость заливки уменьшали по линейному закону, измен избыточное давление со скоростью О,О7 кгс/см в секунду и в конечный момент заливки и в обеспечивали давление 0,35 кгс/см и оптимальную секундную скорость заполне ни формы. Ограничительные пределы в формуле изобретени выбраны по следующим сооб ражени м. Перва порци жидкого металла , котора прогреваег- модификатор до температуры металла составл ет 4,58 ,0% от чернового веса стливки. 4,5% получаетс при высокой температуре заливаемого металла, а 8% при температуре металла равной минимальной, котора обеспечивает заполнение форм металлом. Минимальна секундна скорость заливки металла равна 0,65 кг/с. см. При меньшей скорости заливки ввиду большой теплоотдаче металла на нагрев литниковой системы и модификатора, жидкотекучесть чугуна значительно уменьшаетс и металл при заполнешш формы затверде вает, что приводит к образованию спаев. При скорости заливки больше 14,5 кг/с.с врем контакта металла с модификатором оказываетс малым и при увеличении скорости заливки во второй период в 1,2-2,3 раза металл может получитьс недомодифииирова шым. Увеличение секундной скорости залив1ш в 1,2-2,3 раза уменьшает врем контакта модификатора с протекающим метал лом и тем самым уменьшает степень растворени модификатора. Нижний предел (в 1,2 раза} используетс при заливке в форму чугуна с температурой 1320135О с, а верхний предел дл чугуна С температурО 142О-1460°С, Дальнейшее уменьше а1е секундной скорости запо1шени форм возможно благодар y ieньшелию количества модификатора и стабилизашш его растворени в процессе всей заливки форм. Установлено, что если при обычной заливке форм, во второй период количество растворенного модификатора превышает опт№дальное в 2,1 раза, то при использовании предлагаемого способа заливки оно не превышает 1,251 ,3 раза. Уменьшение скорости заливки по линейному закону необходимо проводить потому, что уменьшение количества рас-г твор юшего модификатора происходит по закону близкому к линейному. В конечный период заливки скорость должна быть больше первоначальной в 1,05-,, 15 раза. При скорости большей чем первоначальна в 1,15 раза металл может получитьс недомодифишфованным, а если величина скорости по сравнению с первоначальной меньше, чем в 1,5 раза, то заполнение металла в форму происходит медленно и в плоских стенках могут образоватьс дефекты. Дл модифицировани использовалс исходный чугун следуюшего химического состава ,вес,%: 3,37-3,41С; Ь62-2,675; 0,24-0,26 Мп ; 0,06,09 и 0,О2O ,O3S. Модификатор содержал, вес.%: 6,8-7,8 Mg; ; 54,8-55,6 5ч; 1,422 ,17 Са; 1,26-1,38 РЗМ; 0,93 1,02 А 6 и остальное - железо. Дл зал11вки под низким давлением форм использовалс исходный чугун с температурой 1320-146О°С. Проведеиные исследовани показали, что использова1ше дл получени форм регулируемого низкого давлени , измен емого по предлагаемым режимам, позвол етсократить общий расход модифжатора с О,8-1,О9 до О,65-О,85%. Заполнение литшпсовой системы первой порции металла осуществл етс при минимальном давленш, которое обеспечивает оптимальное врем контакта металла с модификатором и получение в чугуiie шаровидной формы графита. Благодар вьфавниван ю химического состава чугуна в различных част х отливок наблюдаетс значительное вьфавнивание микроструктуры чугуна. Опреде-. лено, что микроструктура и свойства чугуна , полученного в течение всего периоца аалнвки аналогично.(54) METHOD OF METAL MODIFICATION The invention relates to foundry, in particular, to the question of obtaining modified metal by processing it with additives introduced into the elements of the gating system. There is a known method for manufacturing castings of high-strength cast iron, which consists in TOMi that pieces of ligature are placed either into the sprue system Clothing with a stove and a slag-trap), or into a special closed bowl above the stand, and a slag-trap (in the first case) and a hundred (in the second case) are separate from the container in which the pieces of ligature, special mesh l. For the treatment of metal in a mold, a method is known, which consists in the fact that a finely ground fashionable}) catcher is used to make an annular insert placed in the gating system of a cast mold. To improve the dissolution and distribution of the modifier, the gating in the area of the liner is expanded, and the modifier used has a particle size of 1.5-3.0 mm 2. These methods do not provide a stable and uniform distribution of the modifier during the entire casting period. § Tall As the prototype of the invention, a method is chosen which consists in that between the reaction chamber and the trapping slag and the undissolved modifier by a partition, a plug made of expanded polystyrene is installed with a low-melting point. The cork increases the duration of the contact of the first portion of the metal with the mod}} shsator6m and contributes to the formation in the microstructure of the spherical shape of graphite 3J. This method has significant drawbacks. The effect of the styrofoam plug is to increase the contact time of the first metal piston with the ground modifier. Duration di. The structures of the expanded polystyrene plug are determined by the temperature and ferrostatic pressure of the cast metal, which is supplied to the regulation within small limits. Therefore, the method chosen as a prototype only allows to increase the degree of dissolution of the modifier in the first portion of the metal and does not affect the further process of its dissolution. whereby an excess amount of the modifier passes into the metal in the middle of the pouring, and at the end of the pouring it often turns out to be uncompleted and a graphite of the iron appears in the microstructure of the cast iron chatoy form. The purpose of the invention is to reduce the consumption of the modifier, increase its equal distribution over the cross section of the casting, improve the microstructure and improve the physicomechanical properties of the machined metal. This is achieved by the fact that the first portion of the metal, made up 4.5-8.0% of the rough weight of the casting, is poured into the mold at a second rate of 0.6514.5 kg / s.sm, then it is increased in 1.2-2 , 8 s, 1.2-2.3 times in comparison with the initial one and further, until the mold is completely filled, the second speed is gradually reduced, for example, according to a linear law so that at the final moment it is filled at 1.05 1.15 times more than the original. The kinetics of the dissolution of the modifier placed in the reaction chamber of the gating system by the metal entering the mold during its pouring process consists of three periods. The first period is lost in the process of heating the modifier to a temperature that ensures it, dissolving the first portion of the metal. The duration of this period depends on the melting temperature and thermal properties of the modifier, the temperature of the metal, its ferrostatic head and the sectoral filling rate of the form. The change of the ferrostatic head (Hz) and the second speed (Q), when filling the mold for casting of small height and simple configuration, occurs according to a linear law. However, the degree of dissolution of the modifier () varies according to a complex relationship. In the first period before LJ, the modifier is heated, the time of its contact with the first portion of the metal is small and the cast iron is not fully modified with a mixed form of graphite. Upon reaching the optimum amount of the dissolved modifier (t -) „y), the shape of graphite is spherical. During the period following the time from,, to the maximum, the modifier intensively dissolves on the m - i (t) curve, due to the presence of a large amount of it and the continuation of its warming up due to the heat of the flowing metal. In the third period, the modifier has already reached the maximum heating temperature and the decrease in its dissolution by the flowing metal is explained by a decrease in the amount of modifier in the reaction chamber. The disadvantage of this method of modifying the metal in the form is a small degree mod5}) which initiates the first portion of the metal and the relatively high consumption of the modifier in the second and third period of its dissolution. Therefore, the average flow rate of the modifier is in the range of 0.8-1.0%. When using polystyrene foam plugs installed in the gating system, due to the distribution of polystyrene foam, it increases to 1.5-2.0 with the duration of the contact of the first batch of metal with the modifier. In this case, there is no change in the ferrostatic head (h) and the second flow rate (cf. the metal, however, in the first period the contact time of the metal with the modifier increases and this ensures that the spherical shape of graphite and the first batch of metal is obtained. The flow rate of the modifier remains the same the first case. Modifying metal a in the form, when used to fill it with low regulated pressure, occurs differently. Excessive air pressure in the crucible (Pp) as the form is filled under low pressure increases ichivaets. At the same time, the second consumption (Qj-p) remains unchanged or increases by a large amount. It should be noted that the character of the zoogetic of the dissolution of the modifier tn g f () remains similar to the case when the mold is filled with ordinary metal. The modifier consumption also remains the same. The advantage of modifying the metal in the mold when used to fill it with low pressure is that it is possible to regulate the overpressure in the crucible during the pouring process over rather wide limits. Studies have shown that to reduce the modifier consumption, increase its dissolution in the first portion of the metal, stabilize the modifier dissolution during the entire casting process, improve the microstructures and improve the physicomechanical properties of the metal, the overpressure in the crucible and the second consumption rate of filling the metal with the form changed so that the first portion of the metal, which is 8, O% of the draft weight of the casting enters the mold at an overpressure in the crucible of 0.26 kgf / cm and the second weight speed of 2.63 kg / s.sm, then the air pressure increases. were cast at a rate of 0.115 kgf / cm per second and increased the second rate of filling the mold with metal 1.2-2.3 times (tb) compared with the initial one and further up to full mold casting, the second fill rate was reduced along the linear According to the law, the excess pressure changed at a rate of O, O7 kgf / cm per second and at the final moment of pouring and in providing a pressure of 0.35 kgf / cm and an optimal second filling rate of the form. The limiting limits in the claims are selected as follows. The first portion of the liquid metal that warms the modifier to metal temperature is 4.58, 0% of the rough weight of the skimmer. 4.5% is obtained at a high temperature of the cast metal, and 8% at a metal temperature equal to the minimum, which ensures that the forms are filled with metal. The minimum rate of pouring metal is 0.65 kg / s. See. At a lower pouring rate, due to the large heat transfer of the metal to the heating system and the modifier, the fluidity of the cast iron is significantly reduced and the metal solidifies when filled, which leads to the formation of junctions. At a pouring rate greater than 14.5 kg / s, the time of contact of the metal with the modifier is small and with an increase in the pouring speed in the second period 1.2-2.3 times, the metal can be unmodified. An increase in the speed of seconds of filling up by 1.2-2.3 times reduces the contact time of the modifier with the flowing metal and thereby reduces the degree of dissolution of the modifier. The lower limit (1.2 times) is used when casting into a cast iron with a temperature of 1320135O s, and the upper limit for cast iron C is temperature of 142O-1460 ° C, a further decrease in a1 second second speed of the forms is possible due to y i am the amount of modifier and stabilization of its dissolution during the whole mold casting, it was found that if during the usual mold casting, in the second period the amount of the dissolved modifier is 2.1 times greater than the optical one, when using the proposed embedding method, it does not exceed 1.251, 3 times. the linearity of filling should be carried out because the decrease in the number of solutions of the lower modifier occurs according to a law close to linear. In the final period of filling, the speed must be 15 times faster than the original one. The metal can be 1.15 times uncompleted, and if the magnitude of the speed compared to the initial value is less than 1.5 times, the metal is slowly filled into the mold and defects can form in the flat walls. For the modification, the initial cast iron of the following chemical composition, weight,%, was used: 3.37-3.41 ° C; B62-2,675; 0.24-0.26 MP; 0.06.09 and 0, O2O, O3S. Modifier contained, wt%: 6.8-7.8 Mg; ; 54.8-55.6 5h; 1,422, 17 Sa; 1.26-1.38 REM; 0.93 1.02 A 6 and the rest is iron. For low pressure molds, raw cast iron with a temperature of 1320-146 ° C was used. Studies have shown that using the above to obtain forms of controlled low pressure, varying according to the proposed modes, allows to reduce the total flow rate of the modifier from O, 8-1, O9 to O, 65-O, 85%. The filling of the lithspice system of the first batch of metal is carried out at a minimum pressure, which ensures the optimal time of contact of the metal with the modifier and the production of spherical graphite in the iron. Due to the chemical composition of cast iron in various parts of the castings, a significant increase in the microstructure of cast iron is observed. Defined It has been shown that the microstructure and properties of cast iron obtained during the whole periocenum period are similar.
Установлено, что модвфишфование чугуна согласно щзедложенного способа позвол ет, по сравнешпо с прототипом повысить предел прочности при раст5ажении на 5-1О%, предел текучести на 613 ,5%, удлинение 20%, ударную в зкость на 8-17%, модуль упругюсти на 1,5« 2,5% и твфдосгь на 5-IO НВ.It has been established that modfishing of cast iron in accordance with the proposed method allows, in comparison with the prototype, to increase the ultimate tensile strength by 5-1О%, yield strength by 613.5%, elongation 20%, impact strength by 8-17%, modulus of elasticity by 1.5 "2.5% and tvfdosg on 5-IO HB.