Способ обработки рабочей поверхности чугунной изложницы

Способ обработки рабочей поверхности чугунной изложницы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсккк

Социалисткческкк

Республик

< » 742034

Ф

J (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 15.08.77 (21) 2519580/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5l)M. Кл.

В 22 0 27/18

В 22 0 7/06

Гееударетванный комитет

Опубликовано 25.06.80. Бюллетень Ле 23

Дата опубликования описаний 25 06 80 на делан нэабретеиий н открытий (53) УДК 621.746. .58 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. А. Ефимов, Н. Н. Дронюк, М. В. Волощенко и А. Я. Олексеенко (71) Заявитель

Институт проблем литья АН Украинской ССР gpss 1 д) е 94 (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕЙ

ЧУГУННОЙ ИЗЛОЖНИЦЫ

Изобретение относится к металлургии и ли тейиому производству, в частности к способу повышения долговечности чугунных отливок, преимущественно с пластннчатой формой графита, в том числе изложниц любого развеса, кокилей, поддонов.

Известен способ повышения долговечности чугунных изложниц, состоящий в том, что для получения шаровидной формы графита в поверхностном рабочем слое стенок изложниц, 10 обеспечивающей повышение их эксплуатационной стойкости, на, литейную форму наносят краски, содержащие модификаторы, и заливают немодифицированным жидким чугуном (1).

Недостатком этого способа является его

15 низкая эффективность вследствие незначительного насыщения, особенно по глубине, поверхностного слоя изложниц сфероидизаторами графита. Вследствие этого образуется слой чугуна с шаровидным и компактным графитом на небольшую глубину — до 0,4=0,8 мм. Это объясняется кратковременностью процесса взаимодействия жидкого немодифнцированного чугуна и сфероидизирующих элементов. Кроме того, в процессе эксплуатации изложниц, кокилей при термоциклировании происходит обезуглероживание поверхностного слоя и выгорание модификаторов, что приводит к ухудшению форм графита, понижению физико-механических свойств поверхностного слоя, а также к резкому падению сопротивляемости трещинообразованию и ускоряет выход из строя указанных деталей. В связи с тем, что данный способ применим только в период изготовления изложниц и эффективен лишь на первых наливах при разливке стали, он не позволяет осуществлять многократное повторение нроцесса поверхностного модифицированкя с целью,. повторного повышения физико механических свойств поверхностного слоя и увеличения общей эксплуатации стойкости таких изделий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обработки рабочей поверхности чугунной изложницы, включающий поверхностное модифицирование (алитирование) ее в твердом состоянии добавками в виде пасты, наносимой на рабочую поверхность изложницы с последующим нагре742034

3 вом последней до температуры протекания диффузионных процессов (700 С) путем залив. ки в полость изложницы расплавленного металла. При нагреве диффузионно-активные элементы насыщают поверхностный рабочий слой изложницы (алитируют), что позволяет предохранять ее от неблагоприятного воздействия термических ударов (2).

Однако известный способ не обеспечивает прочности, пластичности н других физико-механических свойств, которые зависят от глубины диффузионного слоя на рабочей поверхности изложницы, а это, в свою очередь, отрицателько сказывается на сроке службы изложницы.

Цель изобретения — повышение физико-механических свойств поверхностного рабочего слоя стенок изложниц за счет улучшения качества структуры на максимальную глубину до ввода их в эксплуатацию, а также восстановление этих свойств в поверхностном слое стенок изложниц после определенной степени их эксплуатации для дополнительного увеличения общей долговечности изложниц. Указанная цель достигается тем, что дополнительно вводят экзотермические смеси„причем диффуэиокноактивные добавки и экзотермичес.кие смеси вводят в виде расплава при содержании в нем диффузионноактивных добавок в количестве 10 — 70% и выдерживают 3 — 20 мин.

В качестве диффузконноактивных добавок используют сфероидизирующие графит элементы, при этом нагрев изложницы производят до

800-1030 С.

Способ осуществляют следующим образом.

Расплав добавок при 1100 — 1250 С заливают в подогретую и герметически закрытую с одной стороны изложницу. При указанных температурах расплава и поверхности изложницы осуществляется диффузия сфероидизирующих графит элементов Mg, Са, Р3М, Ва и др. из расплава вглубь поверхностного слоя стенок изложницы. В этом слое образуются карбиды магния, кальция, железа, бария, а их распад при охлаждении/нагреве приводит к образованию слоя высокопрочного чугуна с графитом шаровидной и компактной формы. Кроме того, имеющийся в экзотермической смеси алюминий при 675-850 Ñ образует пленки, состоящие из соединений AI3Fe, AI Fe5, которые существенно препятствуют окислению поверхности изложницы при термоциклировании. Таким образом, получают чутун с различной структурой: во внутреннем поверхностном. рабочем слое— структуру высокопрочного чугуна с шаровидной и компактной формой графита, что обеспечивает высокие физико-механические свойства чугуна и повышенную сопротивляемость развитию сетки трещин разгара, а, следовательно, существенное увеличение срока службы иэ10

4 ложкиц, в остальной же части по сечению стенки — структуру серого чугуна с пластинчатой формой графита, имеющую высокую теплопроводность, низкий модуль упругости, а также высокую сопротивляемость необратимым процессам формоизменения, являющегося основным препятствием применения высокопрочного чугуна в качестве материала для крупных изложниц.

Экзотермические шлакообразующие смеси, содержащие легкоплавкие флюсы, например плавкковый шлат, натриевую селитру, повышают жидкотекучесть расплава и понижают его температуру плавления. Применение расплава с содержанием менее 10% суммы элементов — сфероидизаторов графита не обеспечивает значительную глубину и достаточно эффективную степень насыщения ими поверхностного слоя изложниц, а при содержании их свыше 70% незначительно увеличивается степень насыщения ими поверхностного слоя, вязкость же расплава существенно повышается.

Чем выше температура изложницы перед ее заливкой расплавом, тем интенсивнее, на большую глубину и за более короткий промежуток времени осуществляется процесс диффузии элементов — сфероидизаторов графита в поверхностный слой чугуна стенки изложницы. Однако повышение температуры изложницы свыше 1030 С обуславливает резкое понижение прочности свойств чугуна изложницы, а их большая масса может привести к нарушению геометрии. При более низких температурах изложницы (ниже 800 С) скорость диффузии

Mg, Са, Ва, Р3М в поверхностный слой чугуна стенок изложниц уменьшается и для достижения модифицированного слоя даже минимальной глубины (1 — 2 мм) необходимо значительно увеличить время выдержки расплава в изложнице. Поэтому оптимальной температурой изложниц перед их заливкой расплавом является 800 — 1030 С. Температура расплава при заливке в изложницы должна быть в пределах

1100-1250 С, длительность выдержки расплава в изложнице определяется необходимой глубиной модифицированного слоя и зависит от температуры изложницы перед ее заливкой расплавом, температуры расплава и процентного содержания сфероидизаторов графита в расплаве. При длительности выдержки расплава в изложнице до 3 мик глубина модифицированного слоя достигает значительной толщины (до 1 — 2 мм).

Выдержка расплава в изложнице 3 — 20 мин обеспечивает глубину модифицированного слоя до 6 — 9 мм. Так как выдержка расплава в изложнице до 20 мин обеспечивает достаточную глубину модифицированного слоя, то более длительная выдержка является нецелесообраз4 6 в цветной металлургии при получении отливок того же назначения. В литейном производстве этот способ можно использовать для повышения долговечности кокилей различного развеса, в том числе. применяемых для изготовления прокатных валков центробежных труб, а также для получения высокопрочного чугуна по всему сечению тонкостенных отливок. Способ повышения долговечности отливок за счет поверхностного модифицирования в твердом состоянии путем их на грева и контактирования с расплавом, содержпцим сфароидизаторы графита, может успешно заменитьв ряде случаев широко применяемый в настоящее время спо соб повышения долг:эвечности отливок путем жидкого модифицирования чугуна. При этом поверхностное модифицирование можно осуществлять также путем погружения предварительно нагретых отливок в приготовленный расплав, выдержки в этом расплаве, удаления из него и охлаждения их на воздухе или с последующим термоциклированием при 500—

850 С.

74203 ной. Кроме того, при длительности выдержки свыше 20 мин весьма незначительно увеличивается глубина поверхностно-модифицированного слоя, которая прямо пропорциональна температуре изложницы и расплава, процентному содержанию сфероидиэаторов графита в расплаве, а также длительности выдержки расплава ч изложнице.

Примером конкретного выполнения является поверхностное модифицирование в условиях завода "Днепроспецсталь" стенок сталераэливочных глуходонных изложниц типа ДСС 3, 4 массой 4 т, отлитых из доменного передельного чугуна с пластинчатым графитом, расплавом, состоящим из 56% суммы сфероидизирующих элементов (%: Mg 39, Са 18, РЗМ 16, остальное — кремний 21, сумма железа, алюминия угжрода и др, естественных примесей 6), и 44% экзотермических шлакообразующих смесей состава, %. "алюминиевый порошок 11, алюмомагниевый порошок 6, натриевая селитра 10, марганцевая руда 20, плавиковый шлат 22, силикатная глыба 20, доменный шлак ll. После нагрева изложниц до 950 — 1000 С и закрытия отверстия кропкой, обеспечивающей герметичность, заливают в ее полость приготовленный расплав при 1180 С, выдерживают 8 мин и выливают..Использованный расплав доводят до прежнего химического состава, подогревают и применяют для обработки последующих изложниц. При этом температура расплава поддерживается не ниже 1150 С. В результате при указанных температурах из расплава диффундируют вглубь стенки изложницы сфероидизирующие графит weменты — Mg, Ca, РЗМ, образующие в этом слое глубиной до 6 — 9 мм карбиды, а их распад приводит к образованию графита шаровидной и компактной форм, Результаты анализа химического состава металла поверхностно-модифицированного слоя опытной изложницы показывают, что на глубине до 9 мм содержание магния находится в пределах от

0,01 до 0,25%, а кальция — от 0,03 до 1,2% и выше. Включения графита в этом слое имеют шаровидную и компактную формы. Резуль45 таты механических испытаний показывают, что ударная вязкость металла поверхностно-MD фицированного слоя увеличивается в среднем в

3,5 раза, термостойкость — в 2,8 раза, а окалиностойкость — в 3,3 раза по сравнению с. металлом немодифицированного слоя. Эксплуатационная стойкость опытных изложниц превышает стойкость изложниц из серого чугуна в среднем в 2,4 раза.

Способ применим как в черной металлургии для повышения долговечности различного развеса изложниц, поддонов и других отливок из чугуна сталеразливочного назначения при получении стальных слитков разных марок, так и

Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень насыщения, а также большую глубину (до 6 — 9 мм) поверхностного слоя чугуна стенок изложниц сфероидизируницими графит элементами и образование в этом слое высокопрочного чугуна; позволяет увеличить срок службы изложниц в 2 — 3,5 раза за счет увеличения общей толщины и повышения физикомеханических свойств поверхностно-модифици- . рованного слоя изложниц до ввода их в эксплуатацию, а также за счет возобновления физико-механических свойств этого слоя при повторном процесса поверхностного модифицирования после определенной степени эксплуатации изложниц.

Формула изобретения

1. Способ обработки рабочей поверхности чугунной изложницы, включающий нагрев изложницы и введение диффузионноактивных добавок, отличающийся тем, что, с целью улучшения физико-механических свойств рабочей поверхности и повышения срока службы изложницы, дополнительно вводят экзотермические смеси, причем диффузионноактивные добавки и экзотермические смеси вводят в виде расплава при содержании в нем диффуэионноактивных I äîáàâîê в количестве

10-70% и выдерживают 3-20 мин.

2. Способ по п. l, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в качестве диффуэионноактивных добавок используют сфероидизирующие

Составитель Т. Королева

Техред Н.Бабурка

Редактор И. Михеева

Корректор Н. Грнгорук

Подлисное

Эакаэ- 3564/3 Тираж 889

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москве, Ж-35, Рвушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 742034 г1 афит элементы, при этом нагрев изложницы производят до 800 — 1030

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Акцептованная заявка Яцонни

N 38-42429, кл. 11 А 221, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР У 251149, кл. В 22 О 7/06, 1968.