Способ получения высокопрочного чугуна

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

r=;: .: с „э,,ч

Союз Советских

Социалистических

Республик (1Ц 558942 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

I (22) Заявлено 20, 10.75 (21) 2182500/02 (5l) M. Кл.е с присоединением заявки.№(23) Приоритет (43) Опубликовано 25.05.773юллетень № 19

Гасударстеенний комитет

Совета Министров СССР по делан изобретений н открытий

С 21 С 1/00 (53) УДК621.745 (088,8) (45) Дата опубликования описания 12.08.77 (72) Авторы изобретения

А..А. Самойлов, А. А. Аникии, И. В. Красильников, А. E. Глинский и Б. К, Кирюшкин

Саратовский институт механизапии сельского хозя»-ства им. М, И. Калинина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА

Изобретение относится к литейному прс изводству, а именно к способам получения высокопрочного чугуна, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и станкостроения для деталей, к которым предьявляются высокие требования по механическим свойствам.

В современном литейном производстве машиностроения при получении высокопрочного чугуна в качестве модификатора-глобуляриэатора графита применяются в основном магний или лигатура íà его основе.

Однако все известные способы .получения высокопрочного чугуна за счет модифицирования чугуна магнием или его лигатурами ие обладают необходимой стабильностью йолучаемых результатов по механическим свойствам и структуре, а также требуют дополнительных дорогостоящих устройств для модифицирования.

Известны также способы получения вы-. сокопрочного чугуна при модифицировании церием, его лигатурами и лигатурами РЗМ, содержащими церий и другие редкоземельные элементы t1) .

Основным преимушеством способа получения высокопрочного чугуна с использованием церия, его лигатур нли лигатур РЗМ, содержащих церий, является то, что при

g .Вводе их в чугун не происходит бурной реакции взаимодействия чугуна с модификатором. Процесс происходит спокойно, без выплесков из ковша. Поэтому отпадает надобность в постройке специальных эашнт«н» ных камер, специальных герметических ковшей или автоклавов.

Недостатком чугуна, модифицированного церием или лигатурами РЗМ, содержащими перий и другие редкоземельные элементы, !

5 является очень высокая чувствительность к толщине стенки отливки, Причем, чем больше церия вводится в чугун, тем эта чувствительность выше. Получить тонкостенные детали из чугуна, обработанного церн

20 ем или лигатурами РЗМ, содержашимй перий, и другие редкоземельные элементы, беэ отбела практически невоэможйо. Снижать

:количество вводимого церия или лигатур .

РЗМ, содержащих церий и другие редко

25 земельные элементы, для устранения отбе558942 ла в тонких сечениях также нельзя, так как в этом случае в массивных сечениях шаровидный графит образуется только на периферии, а в центре графит кристаллизуется в пластинчатой форме. Лля получения шаровидного графита в отливках, имеющих толстые стенки, необходимо вводить большее количест во церия, ro лигатур ипи РЗМ. Поэтому если отливка имеет разные толщины стенок, то в тонких частях отливки чугун получается белый. Это приводит к появлению трещин вследствие различной величины усадки белого чугуна, получающегося в тонких частях отливки, и серого чугуна - в массивных частях. 15

При использовании. в качестве модификатора иттрия с целью получения высокопрочного чугуна сохраняются все преимушества церия как модификатора, т.е. процесс модифицирования происходит спокойно, 20 без выплесков чугуна,из ковша, так как температура парообразования иттрия состава ляет 2630 С без выделения дыма и поэтому не требуется .никаких дополнительных устройств, а также герметических ковшей 25 илн автокпавов. Модифицирование чугуна иттрием в количествах 0,20 — 0,30% (т.пл. 1539оС) можно проводить непосредственно как в эпектропечй (дуговой ипи. индукционной) или на желобе электродуго- З0 вой печи, так и в ковше, обеспечивая требуемую температуру. Кроме того, иттрий как модификатор дает улучшенную форму графита (а соответственно и более высокие механические свойства) по сравнению с

35 использованием церия или лигатур РЗМ, содержащих церий. Ввиду того, что иттрий обладает высокой температурой плавления и парообразования, эффект сохранения модифицирования увеличивается до 30- 1

40 мин.

Также важным преимушеством при.использовании иттрия как модификатора является отсутствие высокой чувствительности к толщине отливки, характерной для чугунов„ 45 модифицированных церием ипи лигатурой

Р3М, содержащей церий и другие редкоз мепьные элементы. Поэтому использование иттрия как модификатора дпя получения вы. сокопрочного чугуна дает возможность-по- 50 лучать отливки переменного сечения.

Основным недостатком иттрия как модификатора являе ся его дороговизна (150py6, за 1 кг).

11елью изобретения является получение 55 высокопрочного чугуна с высокими механическими свойствами в питом состоянии за счет комппексного .модифицирования лигатурой РЗМ, содержащей церий и другие ред« коземепьные элементы, например, марки 60

СИИТМИШ 1 Ключевского завода (ТУ 14-5-50-74) и металлическим иттрием, например. ИТМ-4, ИТМ-5 (ТУ 48-4-208«7 2).

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения высокоI прочного чугуна, включающем операции расплавления исходного чугуна в электропечи, модифицнрования с целью получения гпобулярной формы, графита, операцию модифицирования ведут лигатурой РЗМ, содержащей церий и другие редкоземельные элементы, и иттрием. А для получения структуры металлической основы в питом состоянии без структурно-сводного цементита проводится дополнительная обработка ферросилицием 4С 75 от 0,3 да 1,5% в зависимости от толщины сечения деталей.

Таким. образом, операция модифицирования дробится на две части:

1 ) предварительное модифицирование лигатурой РЗМ, содержащей церий и другие редкоземельные элементы. Последняя дается так, чтобы получить вермикупярную форму графита) и составляет 0,15-0,21% из расчета суммы РЗМ в зависимости от толщины сечения отливок. В этом случае сводятся на нет недостатки, свойственные модифицированию чугуна церием ипи лигатурой ! ,РЗМ, содержащей церий и другие редкоземельные элементы, с целью получения гпобупярного графита;

2) модифицирование иттрием. Иттрий вводится в таком количестве, чтобы завершить процесс кристалпизации графита из вермикупярной в гпобупярную форму и составпяет 0,04-0,07%.

Таким образом, на чугун, предварительно обработанный лигатурой РЗМ, содержащей церий и другие редкоземельные элементы, дается такое количество иттрия, которое является остаточным содержанием при модифицировании чугуна только иттрием.

Минимальное содержание иттрия в таких высокопрочных чугунах составляет 0,03%.

При предварительном модифицировании чугуна лигатурой РЗМ, содержашей церий и другие редкоземельные элементы, последний обессеривается, раскисляется, а также ocBDбождается от азота, т.е. чугун дезактивизируется от тех вредных примесей, коi торые оказывают вредное влияние на кристаллизацию графита в глобупярной форме.

Причем некоторое количество редкоземельных элементов остается в жидком металле, но их количество недостаточно лпя завершения процесса кристаллизации графита в гпобупярной форме, Поэтому графит принимает вермикулярную форму.

558942

25

Составитель А. Кондратьев

Техред А. Богдан Корректор Н. Золотовская

Редактор Хлебников

Заказ 17 12/162 Тираж 693 Подписное

LIHHHHH Государственного комитета i Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПИЛ "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, при комплексном модифицировании чугуна лигатурой РЗМ, содержащей церий и другие редкоземельные элементы, и иттрием сводятся на нет недостатки, свойственные модифицированию чугуна церием или лигатурой РЗМ,, содержащей церий и другие редкоземельные элементы, которой дается 1%. При этом полностью используются преимушества иттрия как модификатора, причем вводимое количество уменьшается в 4»5 раэ.

Пример. Высокопрочный чугун, модифицированный лигатурой РЗМ, содержащей церий и другие редкоземельные элементы, и иттрием с целью промышленного опробывания готовился в высокочастотной индукционной печи емкостью 1 т на Горьковском автозаводе в литейном цехе % 3 по следующей технологии:

1 ) в ка честве шихтовых материалов использовался передельный чугун Череповецкого завода марки М-2 с содержанием серы до 0,03%, стальная высечка и ферросилиций;

2) после расплавления, корректировки металла по химическому составу обеспечивали чугун с следующим химическим составом: С 3,8-4,0%; $1 1,5-1,8%; М1 0,6»

0 9%.,6 0 03%. Р А 0 15% Ct" « 0 1%

3) прогревали чугун до 1440-1460"С, отключали печь и тщательно скачивали шлак с эеракала металла;

4) подавали мостовым краном к индукционной печи «Аякс двухтонный стопорный (или чайниковый) ковш, нагретый до 500600 С (темно-вишневый цвет); о

5) производили предварительное модифицирование чугуна лигатуро" Р3М Ключевского завода марки СИИТМИШ-1 (ТУ-14;5-50-74) из расчета 0,21% суммы РЗМ (размер кусков лигатуры РЗМ не ограничивался) при 1440-1460 С;

6) после растворения лигатуры РЗМ производили дополнительное модифицирование иттрием из расчета 0,04-0,07% (раэмер кусков иттрия не ограничивался) при

1400 1460 С;

7 ) производили выпуск модифицированного чугуна в ковш. Вторичное модифициро-вание ферросилицием ФС 75 производили во время выпуска чугуна непосредственно в печи с размером гранул 10-15 мм из расчета 0,6%;

8) после выпуска металла в ковш для однородности по составу размешивали чугун металлическим прутком диаметром 20-25 мм, длиной 2-3 м.

Использование способа получения высокопрочного чугуна по сравнению с существующими способами обеспечивает следующие преимущества: а) возможность получения стабильно различных прочностных свойств; б) простота и: надежность данного способа в) длительность сохранения эффекта модифицирования, что уменьшает брак по структуре, необходимой для;деталей переменного сечения, и по механическим свойствам;

20 г) отсутствие жесткой зависимости от толщины сечения, что уменьшает брак по трещинам и делает возможным получать тонкостенные отливки и отливки с переменным сечением без термической обработки; д) получение высокопрочного чугуна без дополнительных и дорогостоящих устройств для отвода дыма, без применения герметиэированных ковшей и автоклавов; е) улучшение санитарнс -гигиенических

М условий труда рабочих.

Формула изобретения

Способ получения высокопрочного чугуна, заключающийся в расплавлении шихты и модифицировании расплава лигатурой редкоземельных металлов на основе церия, отличающийся тем, что,сце4О лью получения глобулярной формы графита, уменьшения трещинообраэования и исключения термообработки, лигатуру вводят из расчета суммы редкоземельных металлов.

0,15-0,21% от веса расплава, а после

4> обработки расплава вводят иттрий иэ расчета 0,04-0,07% от веса расплава.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Клочнев Н. И. «Технология прои . водства отливок из высокопрочного чугуна

М., Машгиз, 1962, с. 65-77.