Способ легирования чугуна

Способ легирования чугуна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕГЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>954425 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250480 (21) 2915157/22-02 с присоединением заявки ¹

Р1 М К з

С 21 С 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300882. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 300882 (БЗ) УДК 621. 745 ° . 3 (088. 8) t, Хосен Ри, Н.И. Клочнев, В.А. Тейх, Е.В. Ирс уасойа,-.

Е.И. Корж, Г.Ф. Стасюк, О.Б. Боровский И Й.„ Н. Иек>к лов, / .", г с; „ - --" .... .Э

Хабаровский политехнический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ЧУГУНА.*Изобретение относится к литейному производству в металлургии.

Известны способы введения легирующих элементов на дно тигля совместно с шихтой (1) .

Недостатками данного способа является то, что в течение двухчасовой плавки в индукционных печах угар хрома достигает 15Ъ, ванадия 10Ъ, молибдена 12Ъ.

Известно, что легирующие элементы целесообразно вводить непосредственно в жидкий металл для 1получения стабильных свойств чугуна в отливках и снижения угара самих легирующих добавок $2) .

Однако до настоящего времени нет способа выбора оптимальных температ турных режимов легирования чугуна,что приводит к недостаточному усвоению легирующих элементов, удалению нвметаллических включений,,низким механическим.и эксплуатационным свойствам чугуна.

Цель изобретения — достижение максимально возможных механических и эксПлуатационных свойств чугунов путем повышения усвоения легирующихэлементов и эффективного удаления неметаллических включений.

Укаэанная цель достигается тем,что согласно способу легирования чугуна, заключающемуся во введении легирующих элементов непосредственно в жидкий расплав, определяют температурный порог упорядочения расплава путем измерения одного иэ параметров структурно-чувствительных свойств жидких чугунов, например плотности, вязкости, электросопротнвления, после чего ocv ществляют нагрев вышеустановленного температурного порога на 30-50 С и одновременно вводят легирующие элементы.

Температура перед введением легирующих элементов может быть определена достаточно точно.

Пример 1. Плавку осуществляют в высокочастотной индукционной печи ЛПЗ-67 с кислой футеровКой.Определяют температурный порог упорядочения жидкого чугуна состава 3,1-3, 2ЪС;

1,6-1,8Ъ S!; 0,5-0,8Ъ Мп; 0,1Ъ P, 0,05Ъ .S; В процессе охлаждения расплава измеряют плотность жидкого чугуна методом проникающего гамма-излучения.

Температурный порог начала упорядочения расплава определяют по резкому уплотнению на политермах плотности жидкого чугуна. После чего осуществ954425 ляют нагрев на 30-50ОС выше температурного порога и вводят легирующие элементы.

По данным известного и предлагае мого способа, с увеличением температуры перегрева и легирования от 5

1400 до 1500 С наблюдается повышение усвояемости легирующих элементов и прочностных свойств чугуна вышеуказанного состава. Поскольку температура начала упорядочения расплава 10 соответствует 1520 С, то рассмотренные в прототипе температурные интервалы (1400-1500 С) не являются оптимальными для достижения максимального эффекта легирования (табл. 1 ).

Оптимальная температура перегрева и легирования находится выше температурного порога начала упорядочения на 30-50 С. При перегреве выше этого порога (1520 С) на 30-50ас происходит интенсивное дорастворение графитных частиц, удаление неметаллических включений и повышение механических свойств. Чрезмерный перегрев приводит к окислению металла, 25 взаимодействию его с материалами футеровки тигля, что в конечном итоге приводит к снижению механических свойств (табл. 2 и 3).

Пример 2. Исходный чугун (3,1-3,2Ъ С, 1,6-1,8Ъ 5 I, 0,50,8Ъ Мп, 0,1Ъ Р, 0,05Ъ 5):-перегревают до различных температур и легируют при этих же температурах. При этом определяют температуру перегрева 35 и легирования, при которой достигается максимум предела прочности, износостойкости и герметичности отливки.

Из табл. 2 следует, что при низ- 4О ких температурах легирования (13501450 С) жидкого чугуна медью в количестве 1,0Ъ наблюдается отрицательный эффект легирования. Значения 6g, износостойкости и герметичности зна- 45 чительно ниже исходного чугуна при тех же температурах перегрева. Только при высоких температурах легирования (более 1520 С) проявляется легирующее действие меди. Следовательно, оптимальная температура легирования должна быть выше порога статического упорядочения расплава на 30-50 С. От8 рицательное влияние меди на механические и эксплуатационные свойства чугуна при небольших перегревах.над точкой ликвидус (1235 C) связано с интенсивным ростом нератсворенных графитных частиц под влиянием ее графитизирующего действия.

В случае легирования чугуна кар- 69 бидообразующими элементами, например 0,5Ъ хромом (табл. 2), значение прочностных и эксплуатационных свойств Значительно выше, чем у нелегированного, во всем интервале 65 исследованных температур перегрева.

Это явление связано с дорастворением графитных частиц в присутствии хрома. Максимальные свойства достигаются при перегреве выше порога статического упорядочения расплава на 30-50 С. Аналогичные результаты получены при сложном легировании чугуна.

Пример 3. Разработка оптимальных температурных режимов плавки и легирования чугунов для изготовления лопастей дробеметного аппарата.

Современные дробеметные аппараты с производительностью по дроби

600 кг/мин требуют значительного повышения стойкости быстроизнашивающихся лопастей, плит защиты распределительных камер, импеллеров. Качество таких отливок, получаемых из высоко- легированных чугунов, определяется условиями выплавки исходных чугунов и их легирования.

-Применяется чугун следующего химического состава: ?,8-3,2Ъ С; 0,30,65Ъ Ип, 0,8-1,2Ъ 5, Р 0,2Ъ;

5 0,06Ъ, 13-18Ъ Сг; О, 3-1,0Ъ У ;

0,2-0,6Ъ V; 0,2-0,6Ъ Мо.

Плавка производится в кислой индукционной печи ИСТ",04 с использованием стального лома, передельного чугуна, науглероживающей присадки и ферросплавов.

Учитывая, что ферросплавы и никель являются тугоплавкими, их вводях на дно тигля совместно с углеродным боем. Это приводит к значительному окислению легирующих элементов при плавлении шихты. В течение двухчасовой плавки угар хрома достигает 15Ъ, ванадия — 10Ъ, молибдена

12Ъ.

Для уменьшения окисления и лучшего усвоения легирующих элементов ферросплавы ФХ 650, Вд 2, ФМ 1, Ти 2 и никель вводят в расплав при различных температурах 1400, 1500, 1550 и

1600 С.

Результаты химического и спектрального анализа показали, что ввод ферросплавов в жидкий чугун при

1500-1550 С является наиболее оптимальным с точки зрения повышения механических свойств, износостойкости, усвоения легирующих элементов и количества удаленных неметаллических рключений (табл. 4).

Структура литых лопаток дробеметного аппарата отличается более равномерным чередованием дисперсных участков карбида и матрицы, что обеспечивает равномерность свойств в различных сечениях и более высокие эксплуатационные свойства.

Оптимальная температура перегрева и легирования оказалась выше температурного порога (1480-).500 C) на 30954425 с 0 эО С. Ввод Ферросплавов и никеля в жидкий чугун при 1500-1550 С позволяет повысить усвоение хрома, никеля, молибдена и ванадия соответственно на 10,0, 10,8, 16,7, 25% в сравнении с заводской технологией ввода Ферро 5 сплавов на дно тигля, снижает количество неметаллических включений на

28,6Ъ и ликвидирует брак по.недоливам и заворотам. Предел прочности на

Температура перегрева и легирования, С (>4oo (o4so (1475 Jo.ooo (aors (oooo/zsvol

Легирующие элементы,Ъ

1350 1бОО

Способ

Предел прочности на растяжение кгс см". известный

19 22,2 24,1 24,2 25,2

25,0 25,3 26,3

21;3 23,5

19 22,1

Предлагаемый

21,3 23,5 25,0 25,3 26,0 27,4 29,4 30,4 28, 1

Т а б л и ц а 2

Содержание легирующих элементов, вес.В

Чугун

Ni Al Mo Cu Сг Sn V

Нелегированный

1,0

0,5

0,06

0,2

1,01,35

0,25

0,6

0,3

0,5

0,15

0,2

1,01,2

0,4О,б

1,3

1,5

Продолжение табл. 2 (JI 1

Чугун

1350 С 1400 С 1450ОС 1500ОC 1550 С 1600 С

Нелегированный

12,8

9,3 10,8

10,1

11,6

12,3

12,8

8,4

7,2

10,1

11,8

13,2

6,8

3,9

3,4

7,1

4,0

3,8

Р 3

Р 4

6, 1

3,3

3,0

7,4

4,6

4,1

8,1

5,3

4,7

8,8

6,4

5,1

Р 5

Cr 0,1-0,3

Ni 0,4-0,6

Си 0,8-1,0

Cr 0,1-0,3

Ni 0,4-0,6

Си 0,8-1, О изгиб возрастает с 59, 5 до 72, 3 кгс/м., а износостойкость — с 9,5 r/÷ до

3,0 г/ч (табл..4).

Преимущества предлагаемого способа в сравнении с общепринятыми техническими условиями легирования чугунов заключаются в том, что обеспечивается достижение стабильных и максимальных эффектов легирования.

Т а блица 1

24,1 24,2 25,1 26,2 28 29,1 26

954425

Таблица 3, I

Герметичность, 6 кгс/см мм 2

Чугун

1350®С 14000С 1450 С 1500 С 1550 С 1600 С

Нелегированный Р 1

20,6

18,6

23,1

24,5

27,9

25,3

19,6 20, 8

18 1

28,7

30, 1.

25,1

30,4 . 32у4

51 3 58,2

62,7 65,2

30,1

27,8

24,1

21,8

46,7 28,7

44,1

52,6

9 4

60,7

60,4

55,1

51, 2

Р 5

Таблиаа 4

Влияние способа и темлературы ввода ферросплавов в жидкий чугун на механические свойства и количество неметаллических вклщчений

С

Механические свойства м»

6.„,, кгс/мм мм «.кс

М»

Кол-во неметал. включе- ний, Ъ

1 короста износа, г/ч

Кол-во удален" ных неме таллов, Ъ

Химический состав, Ъ пособ вода ерро" планов е

С Сг 5! нл et но

0,21

2 .47 9i5

0,3 на дно тигля

0,58 0,35

2,96 14, 0 .0 96 О, 55

59,5

0,3 В расплав при

1400оС 0 019

0,47 0,60 0,35

3,05 15,0 0,90

48 5,8

63,1

9,6

2.)87. 15у4Р 0,95

ы гу ,:10,35 В расплав при.

1500ос 0 016

0,39

0,52 0,60

48 Зг5

24,б

68,2

0,4 В расплав при

1550 С

0,42 В расплав при

1600 С

2 1 15 5 0 78 О 5 0 65

0,42

47 . 3<0

0,015 28, б.

72,3

49 . 4,5

67,8

0,018 14,0

«ФФ а

Формула изобретения

Способ легирования чугуна, заключающийся во введении легирующих элементов непосредственно в .жидкий раси плав, отличающийся тем, что, с целью достижения лучшего усвоения легирующих элементов, повышения механических.и эксплуатационных свойств чугуна и удаления неметаллических включений, перед легированием определяют температурный порог упорядочения расплава, измеряя:един из параметров структурно-чувствительных

ВНИИПИ Заказ 6369/22 Тираж 587 Подписное

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

2 98 15 2 0 8 О 55 0 63 0 40 свойств жидких чугунов, после чего нагревают расплав вышеустановленного температурного порога на 30-50 С и одновременно вводят,легирующие элементы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник по чугунному литью.

Под ред. Л.A. Гиршовича; Иэд. З-е.

5 Л., "Машиностроение"; 1978, с.757.

2. Труды XVI совещания по теории литейных процессов. М., "Наука", 1974, с ° 74.