Способ получения высокопрочного чугуна

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. С целью снижения количества неметаллических включений в чугуне и повышения его относительного удлинения обработку расплава чугуна осуществляют в реакционной камере литейной формы механической смесью кремний-магниевой лигатуры с ферросилицием ФС75. Количество ферросилиция определяют по формуле G = n(Mg - K), %, где G - количество ФС 75 в смеси; Mg - содержание магния в лигатуре; K - коэффициент, учитывающий марку лигатуры; n - коэффициент пропорциональности. 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в чугунолитейных цехах и может быть использовано при выплавке высококачественных чугунов.

Известен способ получения высокопрочного чугуна, включающий обработку расплава чугуна в реакционной камере литейной формы модифицирующей смесью гранулированного магния с ферросилицием.

Недостатками такого способа являются неоднородность структуры, нестабильность усвоения магния из модифицирующей смеси, невысокое относительное удлинение чугуна, т. е. низкие пластические свойства и загрязнение чугуна неметаллическими включениями.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения высокопрочного чугуна, включающий обработку расплава чугуна в реакционной камере литейной формы кремний-магниевой лигатурой (ФСМг).

Однако данный способ имеет следующие недостатки: повышенное содержание неметаллических включений, невысокие пластические свойства чугуна, нестабильность состава лигатуры по содержанию кремния и магния, т.е. нестабильность и неэффективность процесса модифицирования чугуна и, как следствие, - дефекты, неоднородность и нестабильность структуры.

Задача предлагаемого способа - повышение эффективности и стабильности процесса модифицирования чугуна.

Целью данного изобретения является снижение количества неметаллических включений в чугуне, повышение относительного удлинения.

Цель достигается тем, что обработку расплава чугуна осуществляют в реакционной камере литейной формы механической смесью кремний-магниевой лигатуры (ФСМг) с ферросилицием ФС75, при этом количество ферросилиция в смеси определяют по формуле: G=n(Mg-K),%, где G - количество ФС75 в смеси, %; Mg - содержание магния в лигатуре, %; К - коэффициент, учитывающий марку лигатуры (К=4,1 для ФСМг-5, К=6,2 для ФСМг-7; К=8,2 для ФСМг-9); n- коэффициент пропорциональности.

Модифицирование чугуна механической смесью ФСМг с ФС75 позволяет стабилизировать состав модификатора по содержанию магния, прийти к оптимальному соотношению кремния и магния в этом составе, что является первостепенным в проведении качественного и эффективного модифицирования расплава чугуна, а также сводит к минимуму количество неметаллических включений.

Ферросилиций, находящийся в смеси, активно растворяется в чугуне с выделением большего количества тепла, чем при растворении кремния из лигатуры, что положительно сказывается на комплексе процесса модифицирования.

Увеличение тепловыделения важно как с точки зрения скорости и полноты растворения лигатуры, так и степени равномерности распределения элемента - сфероидизатора в объеме расплава чугуна.

Кроме того, растворение в жидком чугуне ФС75 сопровождается мгновенным увеличением локальной концентрации кремния у фронта растворения до такого уровня, что эта локальная зона перенасыщается углеродом и в ней выделяются зародыши графита.

Для осуществления предлагаемого способа в индукционной печи готовили чугун следующего химического состава, мас.%: С - 3,9; Si - 1,8; Mn - 0,43; S - 0,012. Модифицирующую смесь готовили механическим смешиванием ФСМг-7 и ФС75 (состав ФСМг-7; Mg-7,2%; Si-52%).

В соответствии с уравнением количество ФС75 составляет 26,4%.

Количество модифицирующей смеси составляет 0,9-1,05% от массы металла в форме. Расплав чугуна из разливочного ковша при температуре 1400^оС заливали в формы, где в реакционной камере осуществляли обработку расплава модифицирующей смесью. Химический состав чугуна после обработки следующий, мас.%: C - 3,9; Si - 2,3; Mn - 0,43; S - 0,008.

Эффективность способа оценивали по количеству неметаллических включений (по площади, занятой неметаллическими включениями в образцах и отливках, % ), по величине относительного удлинения и структуре чугуна (по форме и размеру графитовых включений и по металлической основе).

Для получения сравнительных данных проводили испытания заявляемого способа с оптимальными (варианты 1, 2, 3) и выходящими за заявление параметрами (варианты 4, 5), а также способа-прототипа.

Данные сведены в таблицу.

Ввод в расплав модифицирующей смеси с содержанием в количестве 24,8-27,9% ФС75 (варианты 1, 2, 3) способствует снижению количества неметаллических включений, повышает относительное удлинение и позволяет увеличить количество зародышей графита и следовательно измельчить глобули графита, что повышает пластические свойства чугуна.

Снижение количества ФС 75 в смеси (вариант 4) ведет к появлению излишнего магния в химическом составе чугуна, что вызывает увеличение количества неметаллических включений и появление остаточного перлита в структуре, а также потерю пластичности чугуна.

Увеличение количества ферросилиция ФС 75 в смеси (вариант 5) приводит к преобладающему действию кремния при затвердевании чугуна. Ускорение графитизации ведет к образованию в структуре отливок вермикулярного графита, снижающего пластические свойства высокопрочного чугуна.

Из приведенных в таблице данных видно, что предлагаемый способ получения высокопрочного чугуна обеспечивает снижение количества неметаллических включений, повышение относительного удлинения и улучшение структуры чугуна при повышении эффективности, надежности и стабильности технологического процесса модифицирования чугуна.

Кроме того, применение модифицирующей смеси расчетного состава коренным образом изменяет ход кристаллизации чугуна, способствуя увеличению количества шаровидного графита на единицу площади шлифа, снижению структурной неоднородности в отливках из чугуна с шаровидным графитом, сводя к минимуму количество неметаллических включений и увеличению пластичности чугуна.

Проведенный анализ показывает, что решение соответствует критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА, включающий обработку расплава чугуна в реакционной камере литейной формы кремний-магниевой лигатурой ФСМг, отличающийся тем, что расплав чугуна в реакционной камере литейной формы дополнительно обрабатывают ферросилицием ФС75, при этом ферросилиций и кремний-магниевую лигатуру вводят в реакционную камеру в виде механической смеси, а количество G ферросилиция определяют по формуле G = n(Mg - K)%, где Mg - содержание магния в лигатуре, мас.%; K - коэффициент, учитывающий марку лигатуры (K = 4,1 для ФСМг = 5, K = 6,2 для ФСМг - 7, K = 8,2 для ФСМг - 9);
n = 8 - 9 - коэффициент пропорциональности.

РИСУНКИ

Рисунок 1