Способ получения отливок из хладостойкого чугуна

Авторы патента:

Зиновьев Юрий Александрович (RU)

Колпаков Алексей Александрович (RU)

Тимофеев Андрей Михайлович (RU)

Леушин Игорь Олегович (RU)

C21C1/10 - получение чугуна со сфероидальной формой графита

Владельцы патента RU 2509159:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)
Открытое акционерное общество "ГАЗ" (ОАО "ГАЗ") (RU)

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.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения хладостойкого высокопрочного чугуна при производстве литых заготовок в условиях массового производства.

Известен высокопрочный чугун [1] марки ВЧ40 (ГОСТ 7293-85), обладающий повышенной ударной вязкостью по сравнению с чугунами более высоких марок. Рекомендуемый химический состав этого чугуна для отливок с толщиной стенки до 100 мм включает, мас.%:

Углерод	3,0-3,8,
Кремний	1,2-2,9,
Марганец	0,2-0,6,

Железо и примеси, остальное.

В качестве примесей в составе чугуна содержатся, мас.%: фосфор до 0,05, сера до 0,02, хром до 0,1. Сфероидизация графита осуществляется обычно путем обработки жидкого чугуна магнийсодержащими присадками или комплексными модификаторами. В качестве термической обработки - ферритизирующий отжиг при 680-800°С.

Недостатком данного чугуна является низкая ударная вязкость.

Известен также высокопрочный чугун [2], при производстве которого делается графитизирующее модифицирование в 2 этапа. Отжиг не применяется.

Недостатком данного чугуна является резкое падение ударной вязкости при низких температурах (начиная с -40°С и ниже) более чем в 2 раза.

Наиболее близким к предлагаемому чугуну и способу получения является чугун [3]. Химический состав указан в табл.1. Технология получение чугуна заключается в том, что расплав обрабатывается в 50-кг ковшах добавлением модифицирующей лигатуры (0,8% Ni-Mg) и адсорбционно-активных добавок (Са+Се) с вторичным модифицированием 0,6-0,8% ферросилиция ФС75; также проводится термообработка - отжиг по режиму: нагрев до 760°С, выдержка 6 часов, охлаждение с печью.

Недостатком данного чугуна являются низкие значения ударной вязкости при отрицательных температурах (табл.2). Недостатком данного способа является длительная термическая обработка, что приводит к увеличению времени изготовления литых заготовок что в свою очередь недопустимо в условиях массового производства.

Технической задачей данного изобретения является повышение ударной вязкости хладостойкого чугуна при отрицательной температуре при снижении времени изготовления отливок в условиях массового производства.

Технический результат достигается тем, что модифицирование 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.

Изменения в химический состав выплавляемого чугуна введены с целью стабильного получения максимальной ферритизации структуры чугуна в отливках и обеспечения необходимых свойств чугуна после термической обработки.

С понижением содержания углерода возрастает количество перлита, сохраняющегося после отжига. При этом вероятно также наличие структурного свободного цементита и графита не шаровидной формы. Поэтому необходимо иметь повышенное содержание углерода (3,6-3,9%), чтобы обеспечить более высокие литейные свойства и в тоже время не снизить механические свойства.

С точки зрения пластичности, наилучшим является содержание кремния в чугуне в пределах 2,4-2,7%. Во избежание отрицательного влияния на ударную вязкость и с целью снижения порога хладноломкости его содержание не должно превышать 2,8%.

Марганец оказывает влияние противоположное влиянию кремния, уменьшая количество феррита и увеличивая количество перлита, поэтому, с целью снижение порога хладноломкости, его содержание не должно превышать 0,3%.

Увеличение содержания фосфора до 0,25-0,3% вызывает снижение пластических свойств, прочность при растяжении понижается, а твердость возрастает. Для получения высокой ударной вязкости, верхний предел содержания фосфора должен быть ограничен 0,05%.

Содержание магния рекомендуется в пределах 0,03-0,06%. Если остаточное содержание магния менее 0,03%, то результаты модифицирования нестабильны. Увеличение содержания магния более 0,06% нецелесообразно, так как это не повышает свойства чугуна.

Дополнительно в состав чугуна введен бор в количестве 0,005-0,007%. Совместно с комплексным модификатором, бор оказывает влияние на процесс кристаллизации высокопрочного чугуна, приводящем к значительному измельчению зерен и повышению устойчивости аустенита к распаду при переохлаждении. Также бор обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду и азоту. Более высокое содержание бора (>0,01%) приводит к карбидостабилизирующему эффекту и резкому снижению пластических характеристик, а небольшое содержание бора (<0,002%) не оказывает на сплав никакого влияния (табл.2).

Чугун выплавляют в тигельных печах, обеспечивающих эффективный переплав шихты и перегрев расплава перед выпуском до температуры 1500-1550°С. Затем расплавленный метал передаточным ковшом подается в канальный миксер, где происходит перемешивание металла и усреднение его по химическому составу и температуре. Далее металл с температурой 1450-1490°С сливается в заливочный ковш, при помощи которого происходит заливка форм жидким металлом.

В качестве шихтовых материалов используют стальной лом, возврат собственного производства (литники, прибыли) высокопрочного чугуна, ферросилиций, графит измельченный.

Для получения в готовых отливках 0,03-0,06% остаточного магния расчетное количество модификатора составляет 0,8-1,2% от металлоемкости литейной формы. Для получения в готовых отливках 0,005-0,007% бора расчетное количество борной кислоты составляет 0,06-0,08% от металлоемкости литейной формы. Чугун в формы заливается при температуре 1380-1420°С.

Выбивка отливок из форм производилась через 60 мин. Механические свойства чугуна определялись на образцах, вырезанных непосредственно из отливок. Форма и размеры образцов для механических испытаний соответствуют требованиям соответствующих стандартов. Структура чугуна определяется на образцах, подвергнутых механическим испытаниям, со стороны, противоположной плоскости разрыва.

Химический состав известного и предлагаемого чугунов приведены в табл.1, а механические свойства - в табл.2.

Видно, что предлагаемое сочетание химического состава чугуна, способа его получения и способа термической обработки обеспечивает по сравнению с прототипом значительно более высокие значения ударной вязкости, в том числе и при отрицательной температуре. При выходе содержания бора за предлагаемые пределы (вар.1, 4) свойства чугуна существенно ухудшаются. Отклонение в способе ввода модификаторов от п.2 изобретения приводит к снижению усвоения бора, что в свою очередь приводит к снижению механических свойств (вар.5, 6). Отклонение способа термической обработки от п.3 изобретения (т.е. уменьшение времени самоотжига) также приводит к снижению механических свойств чугуна (вар.7), однако, увеличение времени самоотжига не приводит к значительным улучшениям (вар.8), что является не целесообразным.

Как следует из таблицы 2, заявленное изобретение позволяет повысить по сравнению с известным чугуном ударную вязкость: на 4-6% при +20°С, на 6-10% при -20°С, на 6-14% при -40°С, на 20-26% при -60°С.

Таблица 2.
Ударная вязкость и микроструктура чугунов
Способ получения отливок	Вариант	Ударная вязкость (кДж/м²)	Микроструктура (количество феррита, %)
+20°С	-20°С	-40°С	-60°С	-80°С
Известный [3]	-	882	690	620	490	-	>90
	1	824	615	502	437	377	80
	2	917	734	641	593	486	95
3	942	761	707	618	511	100
Предлагаемый	4	94	527	408	316	254	60
Предлагаемый	5	832	623	515	457	389	85
6	896	702	627	558	462	90
	7	720	539	420	325	263	70
	8	949	765	705	621	510	100

1. Шерман А.Д., Жуков А.А. Чугун: Справ, изд. М.: Металлургия, 1991. - 576 стр.

2. Яковлев М.И., Петров Е.С., Андреев А.Д. Хладостойкий чугун с шаровидным графитом. Литейное производство №3, 2001. Стр.6-7.

3. Александров Н.Н. и др. Повышение хладостойкости высокопрочного чугуна. Литейное производство №1, 1981. Стр.4-5.

Способ получения отливок из хладостойкого чугуна, включающий выплавку чугуна, обработку расплава модифицирующей смесью, содержащей сфероидизирующую и графитизирующую добавки, с последующей термообработкой отливок, отличающийся тем, что 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.

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 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.

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.

Способ получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита // 2487950

Изобретение относится к металлургии. .

Лигатура для производства отливок из высокопрочного чугуна (варианты) // 2480530

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. .

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.

Ковш для обработки // 2530922

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкции ковша для обработки расплавленного металла магнием. Ковш содержит кожух с трубчатой огнеупорной футеровкой и с желобом для приема и заливки расплавленного металла. Между первым и вторым торцами и сплошной боковой стенкой футеровки образовано внутреннее пространство ковша. Футеровка ковша дополнительно содержит карман для обрабатывающего средства, расположенный рядом с первым торцом и сообщающийся с внутренним пространством ковша. Желоб для приема и заливки расплавленного металла расположен ближе к вершине, чем ко дну внутреннего пространства. В горизонтальном положении нижний объем внутреннего пространства, образованного ниже горизонтальной плоскости, находящейся посередине между верхом и дном внутреннего пространства и между первым торцом и вертикальной плоскостью, находящейся между первым и вторым торцами, больше верхнего объема внутреннего пространства, образованного выше горизонтальной плоскости и между первым торцом и вертикальной плоскостью. Использование изобретения обеспечивает более равномерное и улучшенное усвоение обрабатывающего средства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 19 ил., 2 табл., 4 пр.

Способ производства наноструктурированного науглероживателя для науглероживания железоуглеродистых сплавов // 2533521

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при обработке чугуна. Способ включает анализ компонентов исходного углеродсодержащего сырья по фракционному и химическому составу, дозирование, промывку потоком воды, сушку и дробление до фракции 0,1…30,0 мм. После дробления состав подвергают высокому удельному давлению до 20 ГПа и осуществляют высокотемпературный нагрев при 500…1500°С в восстановительной среде в течение 5…20 минут. Затем следует плавное охлаждение и рассев по фракциям. Далее проводят высокотемпературный нагрев при 1800…2500°С с последующей выдержкой и принудительным охлаждением со скоростью 1,5…3,0 градуса в минуту до комнатной температуры с образованием наноструктур графита до 100 нм на частицах науглероживателя, который упаковывают во влагонепроницаемую тару. Изобретение позволяет обеспечить высокую степень усвоения углерода и равномерное распределение графитовой фазы в металлической матрице чугунного литья за счет наличия наноструктур графита, и повышение физико-механических свойств, таких как предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость. 1 табл.

Лигатура для обработки чугуна // 2577633

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам лигатуры, которая может быть использована для производства чугуна. Лигатура содержит, мас.%: алюминий 2,0-3,0; гафний 23,0-25,0; бор 3,0-5,0; углерод 0,5-1,5; ниобий 15,0-20,0; цирконий 5,0-10,0; железо - остальное. Изобретение позволяет повысить прочность чугуна. 1 табл.

Способ получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом // 2585912

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. В способе при заполнении ковша в металлический расплав вводят смесь карбоната кальция, карбоната бария и ферросилиция 75%, а обработку сфероидизирующим модификатором осуществляют после заполнения ковша путем подачи трайб-аппаратом порошковой проволоки со сфероидизирующим модификатором ФСМг18, при этом количество каждого компонента упомянутой смеси и порошковой проволоки составляет 0,12-0,15% от веса обрабатываемого металлческого расплава. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства отливок из высокопрочного чугуна, при этом достигается повышение эффективности и обеспечение стабильности модифицирующего эффекта. 1 табл., 1 пр.

Способ модифицирования чугуна // 2588965

Изобретение относится к металлургии и может быть использован для получения модифицированного чугуна с высокими качественными показателями. В способе используют пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас. %: SiO2 75÷95, SiC 4,0÷11,0, Ссвоб 3,0÷7,0, MgO 0,4÷1,2, Al2O3 0,5÷1,0, Fe2O3 0,3÷0,9, CaO 1,0÷2,0, прочее 0,8÷2,3, при этом массу модификатора, направляемого на модифицирование, поддерживают в пределах 0,05÷0,1% от массы расплава. Изобретение позволяет получить чугун с высокими прочностными свойствами при оптимальной его твердости, что улучшает обрабатываемость отливок, а также с достаточной однородностью механических свойств в сечениях отливок различной толщины. В результате значительно улучшается качество литья, снижается литейный брак по показателю “отбел”. 1 табл.