Наполнитель порошковой проволоки для модифицирования чугуна

 

Использование: литейное производство и металлургия. Сущность: наполнитель порошковой проволоки для модифицирования чугуна содержит сплав кремния с барием, в качестве которого используется ферросиликобарий, дополнительно введены порошок графита и легкоплавкое азотсодержащее вещество, при следующем соотношении компонентов, мас.%.: ферросиликобарий 10 - 25; порошок графита 0,5 - 5; легкоплавкое азотсодержащее вещество остальное. 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству и металлургии, в частности к разработке составов наполнителей порошковой проволоки для модифицирования чугуна.

Известен модификатор чугуна, состоящий из легкоплавкого азотсодержащего вещества (дициандиамида) и ферросилиция, взятых в равных массовых количествах (Новые данные о влиянии азота на свойства серого чугуна. З.Гостинский, М.Ржезничек, Р.Кветон. 32-й Международный конгресс литейщиков. 13-17 сентября 1965 г., Варшава, М.: Машиностроение, 1969, с.162-166).

Недостатками этого модификатора являются низкая прочность чугуна и недостаточное снижение его склонности к отбелу, причинами чего являются низкое усвоение азота и слабая инокулирующая способность ферросилиция.

Известен модификатор чугуна, состоящий из легкоплавкого азотсодержащего вещества (ферроцианида натрия) и ферросилиция, в соотношении 3:5 (см. статью The influence of nitrogen on the strength, Soundness and Structure of grey cast iron / F.A.Mountford // The British Foundryman, April 1966, pp. 141-151).

Этому модификатору присущи те же недостатки, что и вышеупомянутому, так как ферросилиций является одним из наименее эффективных инокуляторов чугуна и состав модификатора не обеспечивает высокое усвоение азота чугуном.

Наиболее близким по составу к заявляемому является наполнитель порошковой проволоки для азотирования железоуглеродистых расплавов, состоящий на 100% из легкоплавкого азотсодержащего вещества карбамида.

К недостаткам известного наполнителя порошковой проволоки относится то, что он не обеспечивает получение высокой прочности и снижение склонности к отбелу чугуна. Объяснимо это тем, что легкоплавкое азотсодержащее вещество, входящее в состав наполнителя, не обладает инокулирующими свойствами по отношению к чугуну, растворение наполнителя в чугуне идет с чрезмерно большой скоростью, что фиксируется пониженными значениями усвоения азота.

Низкое усвоение азота и отсутствие инокулирующего эффекта не позволяют получить высокую прочность и малую склонность к отбелу чугуна.

Целью изобретения являются повышение прочности и снижение склонности к отбелу чугуна.

Для достижения указанной цели, в состав известного наполнителя порошковой проволоки для модифицирования чугуна, содержащего легкоплавкое азотсодержащее вещество, дополнительно вводят ферросиликобарий и порошок графита, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ферросиликобарий 10-25 Порошок графита 0,5-5 Легкоплавкое азотсо- держащее вещество Остальное Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав наполнителя отличается от известного введением новых компонентов, а именно: ферросиликобария и порошка графита. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Дополнительный ввод в состав наполнителя порошковой проволоки ферросиликобария и порошка графита обеспечивает повышение прочности и снижение склонности к отбелу чугуна. Ферросиликобарий вводится в состав наполнителя как инокулятор. Барий, входящий в состав ферросиликобария, обладает высоким сродством к азоту, образующемуся при разложении легкоплавкого азотсодержащего вещества в чугуне, образует с ним мелкодисперсные, равномерно распределенные в объеме чугуна нитридные включения, обладающие инокулирующим эффектом. Образование в чугуне нитридов бария приводит к снижению склонности чугуна к отбелу и повышению его прочности. Оптимальное содержание ферросиликобария в наполнителе порошковой проволоки находится в пределах 10-25 мас.%. При содержании в наполнителе менее 10% ферросиликобария - цель изобретения не достигается, так как количество образующихся нитридов бария оказывается недостаточным для повышения прочности и снижения склонности к отбелу чугуна (таблица, опыт 2). При содержании более 25% ферросиликобария в наполнителе, происходит частичная ферритизация металлической основы чугуна, его прочность снижается (таблица, опыт N 7).

Порошок графита вводится в состав наполнителя порошковой проволоки, как замедлитель реакции растворения азотсодержащего вещества в чугуне. Будучи химически нейтральным, обладая высокой температурой плавления, порошок графита тормозит реакцию между азотсодержащим веществом и чугуном, реакция идет более спокойно, что сопровождается повышением усвоения азота и прочности чугуна. Оптимальное содержание порошка графита в наполнителе порошковой проволоки 0,5-5 мас.%. При содержании порошка графита в составе наполнителя менее 0,5 мас. % растворение его в чугуне происходит со слишком большой скоростью, усвоение азота низкое, высокая прочность чугуна не достигается (таблица, опыт N 8).

При содержании порошка графита в составе наполнителя более 5 мас.% происходит ухудшение формы графита и частичная ферритизация металлической основы чугуна вследствие инокулирующего действия порошка графита, прочность чугуна снижается (таблица, опыт N 12).

П р и м е р. Проверку преимуществ заявляемого изобретения проводили путем выполнения опытов по модифицированию чугуна порошковой проволокой с наполнителями известного и заявляемого составов. Опыты выполнялись в опытном производстве Института проблем литья АН УССР. Условия проведения опыта выдерживались идентичными при использовании известного и заявляемого наполнителей.

Чугун химического состава, мас.%: углерод, 3,4-3,6, кремний 2,0-2,2, марганец 0,3-0,5, сера 0,02-0,04, фосфор 0,08; выплавляли в индукционной печи с кислой футеровкой, емкостью 150 кг металла. Шихта состояла из чушкового чугуна, стального лома, ферросилиция. По расплавлении шихты, металл перегревали до температуры 1450±20^оС, счищали шлак и вводили порошковую проволоку. Скорость ввода проволоки во всех опытах была постоянной и равной 8,4 м/мин.

Расход наполнителя порошковой проволоки на модифицирование чугуна в каждом опыте выбирался таким, чтобы обеспечить ввод в расплав 0,25 мас.% легкоплавкого азотсодержащего вещества (в опытах использовали карбамид). Из модифицированного порошковой проволокой чугуна отливали технологические пробы для оценки склонности к отбелу и определения предела прочности при растяжении чугуна. Усвоение азота определялось по результатам газового анализа; металлографический анализ проводили на разрывных образцах после их испытания. Результаты испытаний приведены в таблице. В наполнитель порошковой проволоки заявляемого состава входили: карбамид гранулированной марки А (температура плавления 130^оС), ферросиликобарий СБ-30 дисперсностью менее 2 мм, порошок графита дисперсностью менее 0,1 мм. Опыт 1 выполнен с использованием известного наполнителя порошковой проволоки, опыты 2-12 - с заявляемым наполнителем. В опытах 2, 7, 8, 12 цель изобретения достигнута не была, так как содержание компонентов в наполнителе выходило за заявляемые пределы.

Результаты испытаний показали, что использование наполнителя порошковой проволоки заявляемого состава взамен известного позволило: повысить прочность чугуна (так σ_в увеличилось с 272 МПа до 319-372 МПа); снизить склонность чугуна к отбелу (так глубина отбела на технологической пробе уменьшилась с 17 до 10-13 мм).

Формула изобретения

НАПОЛНИТЕЛЬ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА, содержащий сплав кремния с барием, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и снижения склонности к отбелу чугуна, он дополнительно содержит порошок графита и легкоплавкое азотсодержащее вещество, а в качестве сплава кремния с барием используется ферросиликобарий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ферросиликобарий 10,0 - 25,0 Порошок графита 0,5 - 5,0 Легкоплавкое азотсодержащее вещество Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2