Способ изготовления отливок из железохромистых сплавов

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок из железохромистых сплавов с повышенными механическими и служебными свойствами. Способ включает расплавление шихты, перегрев расплава до заданной температуры, выдержку 1-15 мин, раскисление, ввод модифицирующей добавки, выдержку расплава и разливку его в литейную форму. Раскисление ведут лигатурой, содержащей щелочно-земельные металлы и/или редкоземельные металлы, из расчета ввода в расплав ЩЗМ и/или РЗМ в количестве 0,01-0,05% от веса шихты, выдерживают 0,1-5 мин. Вводят модифицирующую добавку, содержащую порошок одного или нескольких веществ из группы: никель, железо, хром, железохромистый сплав и ультрадисперсные частицы пироуглерода при следующем соотношении компонентов, мас.%: ультрадисперсные частицы пироуглерода 1-25, порошок одного или нескольких веществ из группы: никель, железо, хром, железохромистый сплав - остальное из расчета ввода в расплав пироуглерода в количестве 0,005-0,1% от веса шихты, выдерживают 0,5-10 мин. Изобретение позволяет повысить механические свойства отливок, в частности ударную вязкость. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок из железохромистых сплавов с повышенными механическими и служебными свойствами.

Известен способ изготовления отливок из высокохромистых чугунов, включающий расплавление шихты, перегрев расплава до температуры 1550^o...1650^oС, ввод ультрадисперсных порошков тугоплавких соединений из группы: нитрид, карбид, карбонитрид, оксид, борид в количестве 0,05...0,2% от веса шихты и при температуре 1450^o. . .1600^oС, ввод дисперсных порошков нитридов, карбидов и оксидов с частицами 1...300 мкм в количестве 0,05...0,6% от веса шихты [1].

Недостатком данного способа являются невысокие пластические свойства отливок в результате формирования структуры с неблагоприятной морфологией неметаллических включений.

Наиболее близким техническим решением по достигаемому эффекту является способ изготовления отливок, включающий расплавление шихты, перегрев расплава до температуры 1600^o. ..1700^oС, выдержку 1...15 минут, охлаждение до температуры 1450^o. . . 1600^oС, ввод смеси порошка из окиси хрома с порошком силикокальция и фтористого кальция при следующем соотношении компонентов, вес.%: Окись хрома - 10 - 35 Фтористый кальций - 5 - 30 Силикокальций - Остальное при этом порошок окиси хрома используют в количестве 0,03%...0,30% [2].

Недостатком данного способа изготовления отливок является невысокий уровень пластических и служебных свойств отливок в результате инокулирующего действия модифицирующих добавок на металлические включения. Ввод в расплав окиси хрома в предложенных пределах обеспечивает измельчение карбидных фаз, но не способствует существенному изменению их морфологии. Отсутствие предварительного раскисления расплава и последующий ввод оксида хрома приводит к дальнейшему загрязнению отливок неметаллическими включениями, оказывающими упрочняющее действие на матрицу сплава, сопровождаемое дальнейшим снижением уровня пластических свойств. Использование данного способа при изготовлении отливок из высокохромистых сталей типа 20Х13Л, 08Х17Л и др. не позволяет достичь требуемой ударной вязкости при эксплуатации отливок при температурах до -60^oС.

Целью изобретения является повышение механических свойств отливок, в частности ударной вязкости, из железохромистых сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно к известному способу изготовления отливок из железохромистых сплавов, включающему расплавление шихты, перегрев расплава до требуемой температуры, выдержку 1...15 минут, раскисление, ввод модифицирующей добавки, выдержку расплава и разливку его в литейную форму, расплав раскисляют лигатурой, содержащей щелочно-земельные металлы (ЩЗМ) и/или редкоземельные металлы (РЗМ), из расчета ввода в расплав щелочно-земельных металлов и/или редкоземельных металлов в количестве 0,01...0,05% от веса шихты, затем выдерживают 0,1...5 минут, вводят модифицирующую добавку, содержащую порошок одного или нескольких веществ из группы: железо, хром, никель, железохромистый сплав и ультрадисперсные частицы пироуглерода при следующем соотношении компонентов (мас.%): Ультрадисперсные частицы пироуглерода - 1...25 Один или несколько веществ из группы: железо, хром, никель, железохромистый сплав - Остальное из расчета ввода в расплав пироуглерода в количестве 0,005-0,1% от веса шихты и выдерживают 0,5-10 минут.

Ввод в качестве раскислителя лигатуры, содержащей ЩЗМ и(или) РЗМ, гарантирует эффективное раскисление перед вводом основной добавки. Выдержка в течение 0,1. . .5 минут обеспечивает удаление продуктов раскисления в шлак. Последующий ввод пироуглерода в составе лигатуры приводит к созданию в расплаве вокруг частиц пироуглерода поверхности раздела "частица - расплав", являющегося местом стока поверхностно-активных элементов, таких как кислород, сера, азот, марганец, и где происходит образование оксикарбидов, оксисульфидов, оксикарбонитридов глобулярной формы, расположенных внутри зерен с размерами, обеспечивающими максимальный уровень пластических свойств.

Использование лигатуры предлагаемого состава и ввод пироуглерода в предлагаемых пределах позволяет применять данный способ как при изготовлении отливок из высокохромистых чугунов, так и из низкоуглеродистых нержавеющих сталей типа 20Х13Л.

Для сравнения эффективности изготовления отливок по известному и предлагаемому способу проводили опытные плавки в индукционной печи ИСТ-0,06 с основной футеровкой. Отливали образцы для исследований макро- и микроструктуры и уровня механических свойств.

В качестве объекта исследований выбрали сталь 20Х13Л по ГОСТ 2176-77 и высокохромистый чугун ИЧ 190Х30Г3 следующего состава, %: углерод 1,9...2,0, кремний 0,7...0,9, марганец 3,2...3,8, хром 28...30,5, железо - остальное.

Полученные данные приведены в табл. 1 для стали 20Х13Л и в табл. 2 для чугуна ИЧ 190Х30Г3.

Из полученных данных видно, что предложенный способ изготовления отливок обеспечивает формирование структуры с мелкими глобулярными избыточными фазами и неметаллическими включениями, позволяющими достичь стабильный и более высокий уровень пластических свойств. Для стали 20Х13Л данный способ позволяет повысить уровень ударной вязкости при отрицательных температурах, что обеспечивает увеличение хладостойкости отливок, обуславливающее повышение надежности работы узлов машин и механизмов в условиях "Крайнего Севера" при температурах до -60^oС.

Источники информации 1. Способ изготовления отливок из высокохромистых чугунов, Патент 2017578, Миннеханов Г.Н., Сабуров В.П. и др.

2. Способ изготовления отливок из высокохромистых чугунов, Патент 2021379, Миннеханов Г.Н., Сабуров В.П. и др.

Формула изобретения

Способ изготовления отливок из железохромистых сплавов, включающий расплавление шихты, перегрев расплава до заданной температуры, выдержку 1-15 мин, раскисление, ввод модифицирующей добавки, выдержку расплава и разливку его в литейную форму, отличающийся тем, что раскисление осуществляют лигатурой, содержащей щелочно-земельные металлы и/или редкоземельные металлы, из расчета ввода в расплав щелочно-земельных металлов и/или редкоземельных металлов в количестве 0,01-0,05% от веса шихты, затем выдерживают 0,1-5 мин, вводят модифицирующую добавку, содержащую порошок одного или нескольких веществ из группы: железо, хром, никель, железохромистый сплав и ультрадисперсные частицы пироуглерода при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Ультрадисперсные частицы пироуглерода - 1-25
Один или несколько веществ из группы: железо, хром, никель, железохромистый сплав - Остальное
из расчета ввода в расплав пироуглерода в количестве 0,005-0,1% от веса шихты и выдерживают 0,5-10 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3