Способ получения антифрикционного чугуна с шаровидным графитом

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению антифрикционных чугунов с шаровидным графитом. Способ включает выплавку чугуна и обработку его расплава в разливочном ковше модифицирующей смесью компонентов, содержащей измельченную лигатуру и стальные отходы, выплавляемый чугун содержит до 0,7% марганца, до 0,05% хрома и до 0,08% серы, а его обработку в ковше проводят модифицирующей смесью компонентов, дополнительно содержащей силикобарий, олово, отходы меди, чугунные отходы и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%: лигатура 33-37, силикобарий 4,5-6,0, олово 1,8-2,2, стальные и чугунные отходы 20-25, плавиковый шпат 10-12, причем общее количество смеси составляет 4,5-6% от массы чугуна, а лигатура содержит кремний, магний, кальций, РЗМ, медь, алюминий и железо в следующем соотношении, мас. %: кремний 18-32, магний 4-9, кальций 3-8, РЗМ 3,5-10, медь 27-50, алюминий 1-3, железо остальное. Лигатуру измельчают до фракции менее 3 мм. Изобретение позволяет повысить стабильность процесса модифицирования и стабилизировать твердость чугуна в отливках, уменьшить пироэффект при модифицировании, повысить степень усвоения магния, увеличить степень сфероидизации графита и улучшить структуру чугуна в отливках. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению антифрикционных чугунов с шаровидным графитом.

Известен способ получения чугуна с шаровидным графитом [1], включающий выплавку чугуна, обработку его расплава комплексным модификатором в виде смеси материалов, содержащей магний, ферросилиций, плавиковый шпат и окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: Магний - 19-35 Ферросилиций - 15-20 Плавиковый шпат - 20-60 Окись железа - 5-26 Количество вводимого комплексного модификатора составляет 0,1-0,5% от массы обрабатываемого чугуна.

К недостаткам этого способа относятся значительный пироэффект при модифицировании, плохое усвоение магния и необходимость проведения термической обработки отливок с целью устранения отбела чугуна.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2], включающий выплавку чугуна, содержащего 3,5-4% углерода, 1-1,5% кремния и до 0,03% серы, и обработку расплава чугуна в ковше путем ввода модифицирующей смеси, содержащей лигатуру ФСМг-5, ферросилиций и стальные отходы, причем лигатура измельчается до фракции менее 1 мм.

Недостатками этого способа являются значительный пироэффект, плохое усвоение магния из лигатуры (менее 30%), очень жесткое ограничение содержания серы в выплавляемом чугуне (до 0,03%) и неблагоприятная структура чугуна в отливках (недостаточная стабильность сфероидизации графита, большое количество феррита в структуре отливок сечением 30 мм и более, значительное количество цементита и ледебурита в тонкостенных отливках).

Задача изобретения - уменьшение пироэффекта при модифицировании, повышение степени усвоения магния, обеспечение возможности использования выплавляемого чугуна с повышенным содержанием серы и улучшение структуры чугуна в отливках.

Технический результат - повышение стабильности процесса модифицирования и стабилизация твердости чугуна в отливках.

Это достигается тем, что в способе, включающем выплавку чугуна и обработку его расплава в разливочном ковше модифицирующей смесью компонентов, содержащей измельченную лигатуру и стальные отходы, выплавляемый чугун содержит до 0,7% марганца, до 0,05% хрома и до 0,08% серы, а в состав модифицирующей смеси дополнительно вводят силикобарий, олово, отходы меди, чугунные отходы и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Лигатура - 33-37 Силикобарий - 4,5-6,0 Олово - 1,8-2,2 Отходы меди - 20-25
Плавиковый шпат - 10-12
Стальные и чугунные отходы - Остальное [3]
причем общее количество смеси составляет 4,5-6% от массы чугуна, а лигатура содержит кремний, магний, кальций, РЗМ, медь, алюминий и железо в следующем соотношении, мас.%:
Кремний - 18-32
Магний - 4-9
Кальций - 3-8
РЗМ - 3,5-10
Медь - 27-50
Алюминий - 1-3
Железо - Остальное [3]
Лигатуру измельчают до фракции менее 3 мм.

Изменения в химический состав выплавляемого чугуна введены с целью обеспечения возможности использования более дешевого чугуна с повышенным содержанием серы, улучшения структуры и стабилизации твердости чугуна в отливках. Так как хром является сильным карбидообразующим элементом, то его содержание ограничено 0,05%. В большем количестве хром вызывает значительный отбел чугуна, особенно в тонкостенных отливках. Марганец также является элементом, способствующим отбелу чугуна, но в значительно меньшей степени, чем хром. Его содержание ограничено 0,7%, так как в таких количествах он способствует перлитизации структуры, что очень важно для антифрикционного чугуна.

Содержание серы ограничено в выплавляемом чугуне 0,08%. Это в несколько раз больше, чем в прототипе (до 0,03%), что значительно облегчает и удешевляет получение чугуна. Количество и составы модифицирующей смеси и лигатуры рассчитаны на удаление в процессе обработки жидкого чугуна 0,06-0,07% серы, что обеспечивает стабильное получение шаровидного графита в чугуне отливок.

Состав смеси выбран, исходя из следующих соображений.

Учитывая, что медь в чугуне является перлитизатором и графитизатором структуры, использована лигатура с медью по патенту [3] и дополнительно медь введена в состав смеси с целью обеспечить получение антифрикционного чугуна с перлитной структурой при отсутствии отбела даже в тонкостенных отливках. Отходы меди, используемые в составе смеси совместно со стальными и чугунными отходами, служат также для пригружения лигатуры с целью предотвращения ее всплывания и взаимодействия с кислородом воздуха. При этом предпочтительнее использовать в большей степени чугунные отходы по сравнению со стальными, так как они более легкоплавки и по химическому составу ближе к выплавляемому чугуну.

Олово используется в составе смеси для микролегирования чугуна с целью стабильного получения перлитной структуры в отливках различного сечения.

Силикобарий введен в состав смеси с целью более глубокой очистки чугуна от вредных примесей и устранения отбела чугуна в тонкостенных отливках.

Плавиковый шпат используется в измельченном состоянии в виде смеси с измельченной лигатурой с целью улучшения усвоения лигатуры жидким чугуном и уменьшения пироэффекта.

Комплексная обработка жидкого чугуна проводится в разливочном ковше при температуре 1400-1440^oС, причем на дно ковша смесь укладывается послойно в виде "сандвича" (смесь лигатуры и плавикового шпата, затем силикобарий и олово, а сверху пригружение отходами стали, чугуна и меди).

Плавку чугуна проводили в различных агрегатах: в индукционных тигельных печах емкостью 50, 150 и 500 кг и электродуговой печи емкостью 1500 кг с кислой футеровкой. Использовали шихту, состоящую из литейного и передельного чугунов, стальных и чугунных отходов, электродного боя, ферросплавов и отходов электротехнической меди. Модифицирование проводили в разливочных ковшах различной емкости (от 50 до 1500 кг в зависимости от количества выплавляемого чугуна). Процесс получения чугуна оценивали по интенсивности пироэффекта, степени усвоения магния, твердости чугуна и характеристикам его структуры (степени сфероидизации графита, степени перлитизации структуры и количества в ней свободного цементита и ледебурита) в стандартных клиновых пробах толщиной 30 мм, отливаемых в сухие песчано-глинистые формы. По каждому варианту заливали по 2-3 пробы в разные периоды разливки чугуна.

Варианты выплавки чугуна и его ковшевой обработки приведены в табл.1 в сопоставлении со способом-прототипом. Химический состав выплавленных чугунов по всем вариантам приведен в табл.2, а характеристики процессов - в табл.3.

Видно, что предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом значительно более стабильные результаты при пониженном пироэффекте, более высокой степени усвоения магния и степени сфероидизации графита, а также более качественные характеристики структуры чугуна в отливках.

Источники информации
1. Патент РФ 2130496, кл. 6 С 21 С 1/00, 1/08.

2. Патент РФ 2134302, кл. 6 С 21 С 1/10.

3. Патент СССР 1745127, кл. С 22 С 35/00.

Формула изобретения

1. Способ получения антифрикционного чугуна с шаровидным графитом, включающий выплавку чугуна и обработку его расплава в разливочном ковше модифицирующей смесью компонентов, содержащей измельченную лигатуру и стальные отходы, отличающийся тем, что выплавляемый чугун содержит до 0,7% марганца, до 0,05% хрома и до 0,08% серы, а его обработку в ковше проводят модифицирующей смесью компонентов, дополнительно содержащей силикобарий, олово, отходы меди, чугунные отходы и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Лигатура - 33-37
Силикобарий - 4,5-6,0
Олово - 1,8-2,2
Отходы меди - 20-25
Плавиковый шпат - 10-12
Стальные и чугунные отходы - Остальное
причем общее количество смеси составляет 4,5-6% от массы чугуна, а лигатура содержит кремний, магний, кальций, РЗМ, медь, алюминий и железо в следующем соотношении, мас.%:
Кремний - 18-32
Магний - 4-9
Кальций - 3-8
РЗМ - 3,5-10
Медь - 27-50
Алюминий - 1-3
Железо - Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лигатуру измельчают до фракции менее 3 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1