Модификатор
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
„1 б (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 100178 (21) 2568346/22-02 (51) М Кл.2 с присоединением заявки ¹â€”
С 22 С 35/00
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 05.06.80. Бюллетень № 21
Дата опубликования описания 05р68р (5М 4 669. 15-198 (088. 8) В.Г.Горенко, И. Г. Раэдобарин, В.Д. Краля, В.Ф.Дурандин,A.Â.Êëèáóñ и A.A.Øåéêo (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
Институт проблем литья AH Украинской ССР (54) МОДИФИКАТОР (0
Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к вопросам получения
KoMIIJIpKcHhIx модификаторов и исполь 5 эования их для получения легированного высокопрочного чугуна.
Известна лигатура для производства качественных железоуглеродистых сплавов следующего сестава в вес.Ъ:
Магний 2-16
Кальций 2-12
Р3М 0,1 — 12
Алюминий 0,1-10
Марганец 0,1 — 10
Кремний 0,25-25
Цирконий 0 5-10
Бериллий 0,005-4
Медь Остальное (li.
Наличие отно=ительно высокой концентрации магния в данной лигатуре, а также РЗМ и бериллия свидетельствует о возможности ее применения для производства высокопрочного чугуна.
Однако при этом необходимо учитывать ее недостатки, ограничивающие использование для указанных целей.
Недостатком данной лигатуры является относительно высокое содержание в ней кальция, карбидообраэующих элементов, а также недостаточное ее графитиэирующее действие из-эа отсутствия в составе сильных элементов — графитиэаторов.
Указанные обстоятельства исключают воэможность получения высокопрочного чугуна беэ отбела. Высокая концентрация кальция приводит к заметному ошлаковыванию лигатуры тугоплавкими окислами при вводе в жидкий чугун и ухудшению усвоения компонен-. тов модифицируемым расплавом. Высокое содержание марганца в комплексе с цирконием при низкой концентрации кремния способствует кристаллизации чугуна по метастабильной системе и получению литья с отбелом. Алюминий в небольших количествах способствует графитиэации, увеличивает количество графитовых включений; однако ухудшает их форму и литейные свойства чугуна.
Цель изобретения заключается в разработке состава комплексного модификатора для получения легированного высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, обеспечивающего подавление выделения структур739124 но- свободного цементита при больших скоростях охлаждения в тонких сечениях отливок, измельчение первичных выделений металлической основы и графита при кристаллизации и, следовательно, повышение физико-механических свойств чугуна, особенно относительного удпинения.
Поставленная цель достигается путем ввода в состав комплексного модификатора никеля, кобальта, ванадия, ниобия, тория, бария и стронция при следующем соотношении компонентов в вес.Ъ:
Магний 2,5 — 5,0
Р3М 1,5-4,0
Кремний 7,0 — 35,0 i5
Бериллий 0,5-2,0
Медь 1,2-8,0
Никель 5,0-25,0
Кобальт 0,8-3,0
Ванадий 1,0-5,0 20
Ниобий 0,5-5,0
Торий 0,01-3,5
Барий 0,2 — 1,5
Стронций 0,2-2,5
Железо Остальное.
Никель обеспечивает значительное повышение упруго-пластических свойств металлической основы чугуна и улучшение формы и уменьшение размеров графитовых включений. При содержании в модификаторе меньше 5,0Ъ никеля он практически не оказывает влияния на микроструктуру и свойства чугуна, а содержание по верхнему пределу
25,0Ъ ограничено в связи с тем, что в составе модификатора необходимо иметь и другие модифицирующие и легирующие элементы.
Ввод в состав комплексного модификатора кобальта обусловлен тем, что для получения сплава могут и=- 40 пользоваться более дешевые никель и кобальтовые материалы. Кроме того, кобальт-способствует получению тонкодисперсной металлической основы и повышению упруго-пластических свойств 45 чугуна. Нижний предел по содержанию кобальта обусловлен его количеством в никель-кобальтовом сплаве. При содержании в модификаторе кобальта ниже 0,8Ъ его влияние на свойства чугуна не обнаруживается. В то же время при увеличении содержания кобаль-.а больше 3,0Ъ дальнейшего повышения дисперсности фаз микроструктуры не происходит и повышение прочностных свойств чугуна не наблюдается.
Ванадий вводится в состан модификатора для повышения количества связанного углерода и повышения дисперсности конечной микроструктуры чугуна. При содержании ванадия мень- ф() ше 1,0% он практически не оказывает влияния на количество связанного углерода, а при его содержании больше 5,0Ъ заметного улучшения микроструктуры чугуна не наблюдается и поэтому дальнейшее повышение содержания ванадия является нецелесообразным.
Ниобий и торий, входящие в состав модификатора, обеспечивают измельчение первичных фаз при кристаллизации чугуна. При содержании ниобия меньше
0,5Ъ и тория 0,01Ъ заметного переохлаждения чугуна при кристаллизации и измельчении первичных фаз не происходит. При увеличении содержания ниобия больше 5,0Ъ и тория 3,5Ъ их влияние на измельчение первичных фаз уменьшается, что приводит к незначительному росту прочностных свойств. Поэтому увеличение содержания этих элементов выше указанных пределов нерационально.
Барий обеспечивает хорошую дегазацию чугуна и в зависимости от его концентрации н чугуне и модификаторе может проявлять графитизирующее или стабилизирующее действие.
Как графитизирующий элемент барий действует тогда, когда его концентрация в модификаторе находится в пределах 0,2-1,5о. При меньшем содержании данного элемента, чем
0,2-% его действия на структуру и свойства чугуна не проявляется. При большей концентрации, чем 1,5 он способствует появлению увеличения отбела в тонкостенных отливках.
Стронций введен в состав модификатора для повышения его графитирующей способности, а также измельчения энтектических зерен металлической основы.
Особенно эффективно влияние стронция в комплексе с Р3М, барием, бериллием для получения отливок, охлаждающихся с большими скоростями. Они по-. давляют выделение структурно свободного цементита и повышают упругопластические свойства чугуна. Для обеспечения модифицирующего действия стронция его содержание в модификаторе должно быть н пределах 0,22,5%. Содержание стронция меньше нижнего предела не обеспечивает образование дополнительных центров графитизации и .не оказынает заметного влияния на количество и размер эвтектических зерен. Содержание стронция выше верхнего предела вследствие ограниченной его растворимости в чугуне приводит к микроликвации данного элемента по границам зерен и снижению механических свойств металла.
Железо служит базовым сплавом для выплавки предлагаемого модификатора.
Пример . Для оценки эффективности модификатора предложенного состава были проведены специальные опытные плавки. Модификаторы выплавляли в лабораторных условиях.Планку осуществляли н печи Таммана, в кото739124 рую устанавливали вакуумную камеру с огнеупорным тиглем, содержащим исходные шихтовые материалы. Выплавка мо- дификаторов производилась в атмосфеТ а б л и ц а 1
Химический состав модификаторов
Номера плавок модификаторов
III Iy У yl У1I
Компоненты
r ° 1" 1
yIII
4,7 4,85
4,9
4,3
5,0
2 5
14,Ь
2,8
Магний
Кальций
P 3 М
2, /
11,5
10,3
1,9Ь
2,45
3,87
3,25
4,0
1,5
0,9
8,9
1,3
Алюминий
1,2
9,1
22,8 33,4
12,1
32,6
35,0
0,78 7,0
22,3
0,9
9,3
1,28 0,9. 4,25 1,27
1,64
1,85
0,5
0,12 2,0
3,9
6,3
12,3
7,8
8,0
1,2 ост. ост
13,4
18,6
22,4
5,0
25,0
1,6
1,2
2,6
2,1
3,0
0,8
Кобальт
3,8
4,6
2, 1
1,7
1,0
5,0
0,8
2,3
3,7
4,7
О;=
5 0
2,89 3, 42
2,21
0,85
0,36
2,35
0,01
3,5
0,8i
1,42
1,12
0,2
1,5
0,2 ост.
1,63 0,29
1,91
2,5 ост.
1,2
1,4 ост. ост. ост.
Из данных табл.1 видно, что модификаторы состав 1 и П соответствуют сплаву прототипу, а составы
УТ?1 — предполагаемому. Модификаторы 50 .данных составов применяли для модифицирования чугуна следующего состава в вес.Ъ, углерод — 3,43, кремний
2,17, марганец — 0,21, сера — 0,03, фосфор — 0,02, железо — остальное. 55
Чугун выплавляли в печи МГП-102.
Температура выплавки 1480-1500 С, температура модифицирования 13401360 С. Модификаторы с размером фракМарганец
Кремний
11ирконий
Бериллий
Медь
Никель
Ванадий
Ниобий
Торий
Барий
Стронций
Железо ре аргона под небольшим избыточным цавлением. Вес плавки 2 кг. В табл.l приведены составы выплавленных модификаторов. ций 8-14 мм помещали на дно ковша и нагружали стальными пластинами. Выплавленный чугун разливали мерным ковшом на 8 равных порций по.20 кг.
Количество вводимого модификатора во всех случаях составляло 2,0Ъ от веса жидкого чугуна. Для исследования структуры и физико-механических свойств чугуна отливали специальные образцы.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
739124
Таблица
Механические свойства модифицированного чугуна б6 к г/мм б кг/мм Ъ т
Номера плавок модификаторов ак, нй кгм/см кг/мм
58,9 39,2 2,1 2,5 225
59,4
39,5
2,2 2,4 230
75,3 55,8 14,8 6,1 205
74,3 54,8 13,4 5,9 210
lу
55,2 14,3 5,8 208
74,6
74,1 54,4 13,7 6,0 210 уl
53,6 12,8 5,6
72,9
215
УП
/3,3 52,6 13,2 5,8 210
УП1
Формула изобретения
Составитель Г.Платицины
Редактор М.Васильева Техред М. Петко Корректор М.Коста
Эаказ 2780/25 Тираж 694 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4 с.т
Из Данных таблицы 2 видно, что благодаря вводу в состав модификатора никеля, кобальта, ванадия, ниобия, тория, бария и стронция значительно повышаются физико-механические свойства чугуна, особенно относительное удлинение. Предел прочности увеличивается с 59,5 до 75,3 кг/мм, 2 предел текучести — с 39, 5 до
55, 8 кг/мм, ударная вязкость — C 2 5
2
I до 6, кгм/см и относительное удлинение с 2,2 до 14,8Ъ.
Предварительные расчеты показывают, что ожидаемый экономический эффект QT применения предлагаемого комплексного модификатора составляет 40
12,1-13,5 руб. на тонну годного литья за счет повышения физико-механических свойств металла, особенно относительного удлинения.
Модификатор, содержащий магний, редкоземельные металлы, кремний, бериллий, медь, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повь1шения механических свойств чугуна, он дополнительно содержит никель, кобальт, ванадий, ниобий, торий, барий,стронций, железо при следующем соотношении компонентов в вес.В:
Магний 2,5-5,0
Редкоземельные металлы 1,5-4,0
Кремний 7,0 — 35,0
Бериллий 0,5-2,0
Медь 1,2-8,0
Никель 5,0-25,0
Кобальт 0,8-3,0
Ванадий 1,0-5,0
Ниобий 0,5-5,0
Торий 0,01-3,5
Барий 0,2-1, 5
Стронций 0,2-2,5
Железо Остальное
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
М 511375, кл. С 22 С 35/00, 1974