Модифицирующая смесь

Изобретение относится к металлургии, в частности к модифицирующей смеси для обработки антифрикционного чугуна, используемой в литейном производстве. Смесь дополнительно содержит феррованадий, азотированный ферромарганец, ферроалюминий и ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись меди 12-20; борная кислота 16-24; силикобарий 6-13; феррованадий 10-16; азотированный ферромарганец 9-12; ферроалюминий 12-20; ферросилиций 12-18. Изобретение позволяет повысить антифрикционные свойства модифицированного чугуна, при этом трещиностойкость чугуна составляет 3,8…5,5 мм. 2 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицирующей смеси для обработки антифрикционного чугуна доэвтектического состава, и может быть использовано в массовом производстве деталей моторной группы автотранспорта и других машиностроительных отливок.

Известна модифицирующая смесь (а.с. СССР №740837, С21С 1/00, 1980 г.), содержащая, мас.%:

Силикобарий	10-30
Силикомишметалл	10-30
Силикокальций	10-29
Известь	15-30
Магний	1-5
Корунд	5-10
Плавиковый шпат	5-10

Модифицирующие компоненты этой смеси недостаточно усваиваются расплавом и не обеспечивают повышение износостойкости, антикоррозионных и эксплуатационных свойств чугунов в отливках.

Известна также модифицирующая смесь для чугунов (Патент ПНР №113556, С22С 35/00, 1982 г.) следующего состава мас.%:

Ферросилиций	60-80
Силикокальций	10-30
Флюс или графит	1-20

Известная смесь не обеспечивает существенного измельчения структуры и повышения механических, служебных свойств и трещиностойкости чугуна в отливках.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является модифицирующая смесь для чугуна (SU 1232688 А1, С21С 1/10, 23.05.1986), содержащая карбидообразующую составляющую, графитизирующую составляющую и борную кислоту, отличающуюся тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна и сокращения продолжительности его отжига, она в качестве карбидообразующей составляющей содержит в совокупности борную кислоту и окись меди, а в качестве графитизирующей - силикобарий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись меди	20-30
Борная кислота	50-60
Силикобарий	10-30

При использовании этой модификации чугуна отмечаются недостаточные антифрикционные свойства и трещиностойкость.

Задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств и трещиностойкости модифицированного чугуна в отливках.

Поставленную задачу решает модифицирующая смесь для обработки антифрикционного чугуна, содержащая карбидообразующую составляющую (силикобарий) и графитизирующую, содержащую в совокупности борную кислоту и окись меди, при этом дополнительно содержит феррованадий, азотированный ферромарганец, ферроалюминий и ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись меди	12-20
Борная кислота	16-24
Силикобарий	6-13
Феррованадий	10-16
Азотированный ферромарганец	9-12
Ферроалюминий	12-20
Ферросилиций	12-18

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в задаче изобретения.

Дополнительное введение в состав модифицирующей смеси феррованадия обеспечивает повышение дисперсности структуры, твердости чугуна и стабильности изотропной структуры, антифрикционных свойств и прочности чугуна, что способствует увеличению износостойкости, стойкости к пробуксовке и эксплуатационных свойств. Микролегирующий эффект феррованадия при его содержании до 10 мас.% недостаточен, не обеспечивается получение дисперсной изотропной структуры и повышение твердости, износостойкости и антифрикционных свойств чугуна, а при концентрации феррованадия более 16 мас.% увеличивается содержание карбидов ванадия по границам зерен, снижаются механические и антифрикционные свойства, трещиностойкость и износостойкость.

Содержание борной кислоты в модифицирующей смеси снижено 16-24 мас.%, так как при более высоком ее содержании снижаются характеристики антифрикционных свойств и трещиностойкости. При ее содержании до 16 мас.% недостаточны механические свойства чугуна.

Дополнительное введение ферросилиция стабилизирует процесс модифицирования и способствует измельчению структуры чугуна, повышению трещиностойкости, пластических и технологических свойств. При концентрации его до 12 мас.% снижаются графитизирующая способность смеси и стойкость модифицированного чугуна к образованию горячих трещин, задира при трении. А при концентрации его более 13 мас.% снижаются характеристики однородности структуры, пластичности, износостойкости и технологических свойств.

Ферроалюминий повышает трещиностойкость, стабильность коэффициента трения и технологических свойств модифицированных чугунов. Его содержание в смеси на нижнем пределе составляет 12 мас.%, выше которого улучшается однородность структуры, а ниже которого - ухудшаются антифрикционные и пластические свойства. При концентрации его более 20% характеристики технологических свойств, пластичности и эксплуатационных свойств чугуна снижаются.

Введение окиси меди в количестве 12…20 мас.% измельчает структуру чугуна, снижает коэффициент трения, повышает стойкость к задиру и технологические свойства. При концентрации окиси меди до 12 мас.% коэффициент трения, стойкость к задиру и технологические свойства недостаточны. Повышение содержания ее более 20 мас.% приводит усилению ликвации и снижению однородности структуры, предела выносливости при изгибе, технологических и эксплуатационных свойств в отливках.

Азотированный ферромарганец оказывает легирующее влияние и повышает модифицирующую способность смеси, измельчая зерно чугуна в отливках, повышает пластичность и технологические свойства. При концентрации его менее 9 мас.% модифицирующий эффект смеси недостаточен и технологические свойства чугуна низкие, а при увеличении его концентрации более верхних пределов увеличивается концентрация неметаллических включений по границам зерен и снижаются характеристики пластичности, трещиностойкости и эксплуатационных свойств.

Силикобарий оказывает раскисляющее и модифицирующее действие, повышая технологические свойства, трещиностойкость и пластичность. Верхний предел концентрации его 13 мас.% обусловлен увеличением угара и пористости, снижением стойкости к межкристаллитной коррозии, износостойкости и упруго-пластических свойств. При снижении концентрации его менее 6 мас.% ухудшается раскисляющая способность и снижаются однородность структуры, технологические и эксплуатационные свойства чугуна в отливках.

Модифицирующую смесь получают механическим смешиванием окиси меди, борной кислоты и силикобария с измельченными до фракции 0,5…5 мм ферросплавами. Модифицирующие смеси, перемешанные в течение 2…3 мин в бегунах, вводят в раздаточные ковши перед заливкой в них расплавленного чугуна в упакованном виде: в бумажных или полиэтиленовых пакетах, или в спрессованных цилиндрических таблетках в количестве 0,5% от массы заливаемого чугуна.

Составы модифицирующих смесей, использованных при опытных плавках чугуна, приведены в табл.1. В опытах использованы феррованадий ФВд50У0,6; ферромарганец ФМн78Н; ферроалюминий ФАл50 и ферросилиций ФС 75.

Опытные плавки чугуна, содержащего мас.%: 2,9…3,1 С; 1,8…2,0 Si; 0,5 Мп; 0,6 Сr; 0,06 Р и 0,1 S, производили в коксовых вагранках производительностью 5 т/ч с копильником. Выпуск чугуна из копильника в раздаточный ковш производили при температуре 1380…1410°С.

В табл.2 приведены механические и технологические свойства чугунов, полученные на стандартных цилиндрических образцах, технологических пробах и отдельных отливках.

Оценку коэффициента трения и износостойкости производили на кольцевых образцах на машине трения УМТ-1М в условиях установившегося режима трения.

Трещиностойкость определяли на звездообразных технологических пробах высотой 146 мм по общей суммарной длине трещин.

Как видно из таблицы 2, при модифицировании чугуна предложенной модифицирующей смесью в сравнении с известной достигается повышение трещиностойкости, износостойкости и антифрикционных свойств.

Таблица 1
Смесь	Содержание компонентов в модифицирующей смеси, мас.%
Окись меди	Борная кислота	Силикобарий	Феррованадий	Ферроалюминий	Азотированный ферромарганец	Ферросилиций
1	31	13	5	9	25	7	10
2	20	16	13	10	20	9	12
3	16	20	10	14	15	10	15
4	12	24	6	16	12	12	18
5	10	26	14	17	1	13	19
6	26	54	20	-	-	-	-
Изв

Таблица 2
Смесь	Кол-во присадки от массы чугуна,	Предел выносливости при изгибе,	Контактная выносливость,	Ударная вязкость,	Средний износ при трении,	Коэффициент трения	Трещиностойкость,
мас.%	МПа	МПа	Дж/см2	Г/м2·Гс	мм
1	0,5	542	522	23	385	0,47	6,6
2	0,5	553	525	25	340	0,41	5,5
3	0,5	575	540	30	321	0,45	4,2
4	0,5	568	534	28	338	0,46	3,8
5	0,5	546	520	24	373	0,48	6,2
6	0,5	540	518	22	391	0,52	7,1
(изв)

Модифицирующая смесь для обработки антифрикционного чугуна, содержащая окись меди, борную кислоту и силикобарий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит феррованадий, азотированный ферромарганец, ферроалюминий и ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись меди	12-20
Борная кислота	16-24
Силикобарий	6-13
Феррованадий	10-16
Азотированный ферромарганец	9-12
Ферроалюминий	12-20
Ферросилиций	12-18