Способ получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита

Авторы патента:

C21C1/10 - получение чугуна со сфероидальной формой графита

Владельцы патента RU 2487950:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" (ИНЭКА) (RU)

Изобретение относится к металлургии. Способ включает приготовление расплава чугуна с содержанием алюминия 9,8-19,7%, заливку расплава в металлическую форму, помещенную в расплав солей с температурой 950-1100°С, охлаждение расплава и изотермическое выдерживание закристаллизовавшейся отливки при температуре 950-1100°С в течение 0,5-2 часов. Достигается повышение прочности чугуна за счет формирования в его структуре компактных включений графита. 1 пр.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения алюминиевого чугуна с компактными формами графита.

Алюминиевые чугуны обладают рядом уникальных специальных свойств и в первую очередь жаростойкостью в сочетании с достаточной прочностью при пониженной плотности. Эти обстоятельства предопределили основную область их применения как жаропрочного материала для работы в агрессивных средах - детали термических печей, агломерационных машин, аппаратов химического оборудования, двигателей внутреннего сгорания, кокилей и др. Наилучший комплекс свойств, обеспечивающий повышенные жаростойкости, коррозионной стойкости в различных агрессивных средах, износостойкости, проявляется у алюминиевых чугунов, содержащих порядка 16% Al. Это объясняется тем, что при указанном содержании алюминия на поверхности отливок образуется сплошная плотная пленка Al₂O₃.

Однако, такие алюминиевые чугуны не могут претендовать на роль конструкционного материала для отливок из-за повышенных твердости и хрупкости. Указанный недостаток обусловлен структурой алюминиевых чугунов с содержанием Al 9,8-19,7%, несклонных к графитизации: легированный алюминием феррит +Fe₃AlC_x (γ¹-фаза).

Известны мероприятия [Косников Г.А., Суханов А.С. Высокоалюминиевые чугуны промежуточной зоны // Литейное производство. - 1999. - №2. - С.5-6], позволяющие уменьшить негативность указанного недостатка. Они заключаются в том, что в ковш с расплавом алюминиевого чугуна вводят добавки меди и ферросилиция ФС75. Недостатком данного мероприятия является достижение частичной графитизации с получением половинчатого чугуна с низкой прочностью. Другим из той же серии мероприятием является введение в ковш для компактирования графита цериевого мишметалла. Это позволяет повысить прочность алюминиевого чугуна и обеспечить ему удовлетворительную обрабатываемость резанием. Указанные мероприятия имеют недостатки: 1) проведение модифицирующих операций с расходованием дорогостоящих материалов, 2) неполнота процесса графитизации.

Наиболее близким заявляемому способу получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита является способ получения чугуна с компактными включениями графита [Патент РФ №2201967]. Согласно этому способу расплав чугуна вначале подвергается закалке из жидкого состояния путем заливки в металлическую форму, находящуюся в соляной ванне с температурой 750-850°С. Затем производится изотермическая выдержка в течение 0,5-2 часов при температуре 950-1100°С с последующим охлаждением. Указанный регламентируемый температурный режим заливки чугуна в форму и его охлаждения позволяет для чугунов системы Fe-C-Si получить в структуре компактную форму графитных включений без осуществления операции модифицирования.

Сложность регламентируемого температурного режима заливки чугуна системы Fe-C-Si в форму и его охлаждения обусловлена необходимостью зафиксировать после заливки и кристаллизации метастабильную структуру, в которой углерод находится в связанном состоянии. Последующая изотермическая выдержка приводит к распаду метастабильной структуры с образование графита компактной формы.

В заявляемом способе получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита регламентируемый температурный режим заливки чугуна в форму и его охлаждения упрощается. Этот режим состоит в заливке расплава алюминиевого чугуна в металлическую форму, находящуюся в соляной ванне при температуре 950-1100°С, и изотермической выдержке закристаллизовавшейся отливке при этой же температуре в течение 0,5-2 часов. Данный упрощенный регламентированный температурный режим заливки чугуна в форму и его охлаждения обусловлен тем, что, ввиду отсутствия склонности алюминиевых чугунов, содержащих Al 9,8-19,7%, к графитизации, нет необходимости предпринимать мероприятия по организации метастабильной кристаллизации. Достаточным условием компактной графитизации является изотермическая выдержка закристаллизовавшейся отливки при температуре 950-1100°С в течение 0,5-2 часов. Такая высокая скорость процесса обусловлена закаленным состоянием чугуна, полученным при заливке в форму в условиях высокой тепловой активности.

Верхний температурный предел (1100°С) изотермической выдержки закристаллизовавшейся отливки обусловлен нежелательностью протекания фазовых превращений. Нижний предел (950°С) ограничен существенным замедлением процесс графитизации.

Временной интервал (0,5-2 часа) изотермической выдержки закристаллизовавшейся отливки обусловлен следующими обстоятельствами. При увеличении времени выдержки свыше 2 ч скорость графитизации уменьшается до таких пределов, при которых получаемый технолого-экономический эффект становится не значимым. При выдержке менее 0,5 ч в структуре чугуна наблюдается большое количество Fe₃AlC_x (γ¹-фаза), наличие которой влечет за собой повышение твердости и хрупкости отливки.

Пример конкретного выполнения заявляемого способа получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита.

Расплав алюминиевого чугуна получали в индукционной печи с основной футеровкой с использованием покровного шлака, составленного из CaF₂, Na₃AlP₆, СаСО₃, древесного угля. Алюминий вводили под зеркало расплава. Перегретый до 1530°С чугун заливали в форму, размещенную в соляной ванне, составленную из расплава солей NaCl и BaCl в равном молярном соотношении. Соляная ванна имела температуру 1080°С. Состав чугуна, определенный спектральным методом, характеризовался следующими данными по концентрации примесей, % (масс.): Al - 15,8; Si - 0,33; С - 2,2. Время изотермической выдержки отливки при указанной температуре - 1 час 30 мин.

В результате исследования структуры чугуна наблюдалось следующее. Металлическая матрица представлена ферритом, имеющим твердость 370 HV. Графитовые включения распределены равномерно, имеют компактную форму, размер 15-20 мкм.

Способ получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита, включающий приготовление расплава чугуна, заливку расплава в металлическую форму и охлаждение расплава, отличающийся тем, что приготавливают расплав чугуна, содержащего 9,8-19,7% Аl, заливку расплава осуществляют в металлическую форму, помещенную в расплав солей с температурой 950-1100°С, закристаллизовавшуюся отливку изотермически выдерживают при температуре 950-1100°С в течение 0,5-2 ч.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и тракторостроении для изготовления деталей повышенной прочности, например коленчатые валы автомобилей.

Модификатор для получения чугуна с шаровидным графитом // 2445387

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к составам модификаторов, используемых в производстве легированного чугуна с шаровидным графитом.

Способ влияния на свойства чугуна // 2444729

Изобретение относится к способу влияния на свойства чугуна посредством добавки магния к расплаву чугуна и сенсору для измерения содержания кислорода в расплаве чугуна в этом способе.

Способ получения чугуна с вермикулярным графитом // 2427660

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства чугуна с вермикулярным графитом. .

Способ получения чугуна с шаровидным графитом и аустенитно-ферритной металлической матрицей // 2415949

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения чугуна с шаровидным графитом. .

Порошковая проволока для внепечной обработки расплавов на основе железа (варианты) // 2396359

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для десульфурации и модифицирования железоуглеродистого расплава для изготовления изделий из серого чугуна, а также чугуна с графитом шаровидной и вермикулярной формы.

Способ выплавки железоуглеродистых сплавов в индукционных печах // 2395589

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке железоуглеродистых сплавов в индукционных печах. .

Лигатура для модифицирования и легирования сплавов // 2394929

Изобретение относится к металлургии, в частности к лигатуре для модифицирования сплавов. .

Способ получения чугуна с шаровидным графитом // 2375461

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при литье изделий из чугуна с шаровидным графитом. .

Модификатор с рафинирующим эффектом // 2364649

Изобретение относится к области металлургии, в частности, для внепечного рафинирования и модифицирования стали, чугуна и цветных сплавов. .

Способ производства высокопрочных чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом на основе наноструктурированного науглероживателя // 2495133

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при получении высокопрочных чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом. Способ включает расплавление шихты в плавильном агрегате, температурную обработку расплава при 1300…1650°С, при этом при получении чугуна с шаровидным графитом первичное модифицирование проводят наноструктурированным науглероживателем в количестве 0,10…0,25% от массы расплава, а вторичное сфероидизирующее модифицирование осуществляют модификатором, содержащим 5…7% магния, в количестве 1,2…2,0% от массы расплава, а при получении чугуна с вермикулярным графитом первичное модифицирование проводят наноструктурированным науглероживателем в количестве 0,10…0,25% от массы расплава, а вторичное вермикуляризирующее модифицирование осуществляют модификатором, содержащим 3…5% магния и 3…6% редкоземельных элементов, в количестве 0,3…0,8% от массы расплава. Изобретение позволяет получить высокопрочный чугун для массового литья изделий с повышенными физико-механическими свойствами. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ получения наноструктурированного науглероживателя для внепечной обработки высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом // 2495134

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения наноструктурированного науглероживателя для внепечной обработки высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом, используемого в сталеплавильном и литейном производствах. В способе подготавливают углеродсодержащую композицию, содержащую, мас.%: антрацит 50-85, графитовый лом 5-25, электродный бой 5-25, графитовую стружку 5-15, которую дробят до фракции 0,1-3,2 мм, прокаливают при температуре 500-1500°C, формируют графитовые сфероиды в структуре материала при высоком удельном давлении до 20 ГПа и подвергают высокотемпературной выдержке при 1800-2500°C в восстановительной среде с образованием наноструктур графита до 100 нм, представляющими собой нанокластеры графита с гексагональной решеткой. Изобретение обеспечивает производство отливок ответственного назначения из высокопрочных чугунов. 2 табл., 1 ил.

Способ получения высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом внутриформенным модифицированием лигатурами системы fe-si-рзм // 2497954

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок из высокопрочного чугуна с вермикулярной формой графита внутриформенным модифицированием. Способ включает засыпку в реакционную камеру литниковой системы навески модификатора в виде лигатуры Fe-Si-РЗМ, обеспечивающей начальную концентрацию РЗМ в расплаве чугуна 0,075%, затем после сборки литейной формы укладывают в ее заливочную чашу для графитизирующего предмодифицирования кусок ФС75 массой 0,24-0,46% от металлоемкости формы и заполняют расплавом чугуна из печи. Изобретение обеспечивает стабильное получение в структуре чугуна полностью вермикулярной формы графита по площади всех сечений отливки без образования включений свободного цементита. 6 ил.

Способ ковшового модифицирования расплава чугуна легкими магнийсодержащими лигатурами // 2500819

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита. В задней части днища ковша, напротив носка, с помощью наклонного желоба располагают в зависимости от массы обрабатываемого чугуна один или несколько расплавляемых сварных, герметично закрытых контейнеров из листовой стали толщиной 1,5…2,0 мм, с плотно упакованным сфероидизирующим модификатором в виде магнийсодержащей лигатуры и насыпным объемом до 10 кг, после чего ковш интенсивно за время не более 40 с заполняют расплавом чугуна с направлением струи в свободную часть днища ковша. Изобретение позволяет улучшить микроструктуру и механические свойства чугуна в отливках, а также обеспечить высокую производительность труда за счет снижения трудоемкости. 2 табл., 1 ил.

Способ получения отливок из хладостойкого чугуна // 2509159

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения хладостойкого высокопрочного чугуна для производства литых заготовок в условиях массового производства. Обработку расплава чугуна проводят в литейной форме путем подачи модифицирующей смеси, содержащей сфероидизирующую добавку в виде ферросиликомагния и графитизирующую добавку в виде борной кислоты, в количестве, обеспечивающем получение в готовых отливках 0,03-0,06% остаточного магния и 0,005-0,007% бора, с дальнейшим самоотжигом отливок в литейной форме в течение 60 мин. Изобретение позволяет повысить ударную вязкость высокопрочного чугуна при отрицательной температуре при снижении времени изготовления отливок в условиях массового производства. 2 табл.

Способ получения модифицированного чугуна // 2515160

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу получения модифицированного чугуна с шаровидным графитом для изготовления деталей машин и оборудования. Осуществляют выплавку чугуна заданного состава, засыпку на зеркало чугуна покровного материала, выдержку его до образования плотного вязкого покрова и введение в расплав твердого модификатора на основе церия, магния и никеля. Перед введением в расплав твердый модификатор выдерживают в воде, а выплавку и модифицирование чугуна ведут в тигле индукционной печи при уровне расплава чугуна не выше уровня верхнего витка индуктора печи и при частоте тока индуктора 50-2400 Гц, причем перед засыпкой на зеркало чугуна покровного материала величину номинальной мощности, подводимой к индуктору печи, уменьшают на 5-50%, после чего полученный чугун сливают в ковш. Изобретение позволяет повысить коэффициент распределения магния и церия по объему жидкого чугуна для заливки литейной формы. 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ легирования чугуна ванадием // 2520929

Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к способам улучшения свойств чугунов, используемых в машиностроении для изготовления деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок. В способе осуществляют восстановление соединения ванадия в расплаве чугуна под слоем флюса в присутствии восстановителя, в котором в качестве соединения ванадия используют пятиокись ванадия (V2O5), а в качестве восстановителя - ферросилиция (ФС75), при этом ванадий вводят в чугун методом химического диспергирования подачей на поверхность расплава смеси, содержащей 30% V2O5 , 20% ФС75 и 50% СаО. Изобретение позволяет получить высокопрочный чугун с ферритной металлической основой, полученной за счет ввода ванадия в высокодисперсном виде.1 пр.

Модификатор // 2521915

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии на основе металлизированных окатышей и стальных отходов. Модификатор содержит компоненты в следующем соотношении, вес.%: церий 7-10, лантан 3,5-5,0, иттрий 15-20, алюминий остальное. Изобретение направлено на повышение прочности и пластичности чугуна. 1 пр., 1 табл.

Лигатура // 2521916

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии. Лигатура содержит, вес.%: редкоземельные металлы 10-20, кремний 20-30, скандий 1-3, алюминий остальное. Лигатура содержит 1-3 вес.% лантана в составе редкоземельных металлов. Изобретение позволяет повысить механические свойства чугуна и устранить отбел в тонкостенных отливках. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

Способ ковшевого сфероидизирующего модифицирования высокопрочных чугунов // 2525870

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита. Сфероидизирующий модификатор в виде ферросиликомагниевой лигатуры помещают в задней части днища ковша, напротив носка, таким образом, чтобы величина перекрытия им донной части ковша не превышала длину радиуса ее окружности, после этого за время 30…60 с наполняют ковш расплавом чугуна, причем при заполнении ковша металлом струю расплава чугуна подают ближе к носку ковша. Изобретение обеспечивает высокую производительность труда без дополнительного оборудования и техники. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.