Способ получения чугуна с шаровидным графитом

 

ОП ИСАНИ

@ т итно-, . 3/ (11) 587S72

Союз Соеетскнх

Соцналнстнческнх

Респубвнк

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

, Ф-»

Л Ъ

К ПAT ЕНСУ (61) Дополнительный к патенту(22) Заявлено 28,08.73(21) 1863802/22-02 (23) Приоритет - (32) 01.11.72 (3! ) 302 762 (33) США (51) М. Кл.

С 21 С 1/10

Гооударственный номнтат

Соввта Инннотроа СИР в делам нзобрвтаннй н открытнй (43) Опубликоваио08.01.78.бюллетень № 1 (53) УДК 621.745 (088,8) (45) Дата опубликования описаиия15.01.78 (72) Авто.р изобретении

Иностранец .

Вильям Генри Мур.(США) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ

ГРАФИТОМ

Изобретение относится к способу получения сфероидального графита в чугуне с высокой ковкостью после литья и повышенными механическими свойствами.

Известен способ получения чугуна с шаро- виднымм графитом, в ключа ющий распла вленне чугуна с чешуйчатым графитом, последующую обработку расплава щелочноземельными и редкоземельными металлами, а затем заливку в форму !!}.

Добавление сфероидизирующих сплавов, в 10 особенности тех, которые содержат магний, сояровождаются. испаряющим пиротехническим воздействием, которое вредно с точки зрения экологии н которое вследствие испарения трудно для количественного контроля.

С целью устранения этих недостатков и повышения однородности отливки и увеличения на 50 — 150% величины отбела редкоземельные металлы 0,1 — 1,20/0 от веса расплава предложено вводить в расплав в плавильной емкости, а щелочноземельные металлы 0,01 — 1,9 /0 от веса расплава — в форму перед заливкой расплава.

Изобретение основывается на том, что магнии ие должен добавляться в полностью однородной форме в литниковую систему изложницы, и что вредное влияние неоднородного распределения магния может быть устранено за Щ счет тщательной предварительной обработки расплавленного металла в ковше перед литьем его в изложницу, содержащую силан магния.

Это должно быть проведено таким образом, чтобы избежать применения пиротехники и избежать разрушений во время обычно используемого литья металла в излбжницу, и таким образом, чтобы достигнуть однородных хороших результатов в отливке.

Имеются три основные стадии при производстве. сфероидальных отливок: !. Расплавление загрузки и десульфудизация металла.

2. Добавление выбранйы«агентов, обеспечивающих сфероидизацию с низким коэффициентом пиротехники и высоким сопротивлением к металлу в ковше.

3. Литье отливки в изложницу, содержащую литниковую систему, в которой находится сплав магния с кремнием.

Каждая из этих стадий является необходимой частью изобретения, но каждая из них сама по себе является малозначащей. Только когда каждая из стадий проведена соответствующим.образом и стадии совмещены в один процесс, то в результате получится. изделие согласно изобретению.

587872

11ервая стадия предложенного способа включает расплавление основного чугуна обычного xêìè÷åñêoão производства лля получения сфероидального чугуна и имек>щего низкое содержание серы. Такой чугун включает углерод в диапазоне от 3,30 ло 4,00Р/>, содержание кремния от !,0 до З,ОР/р, содержание магния от

0,20 до 1,00 /р, содержание фосфора от 0,02 до

О,!0"/р и содержание серы от 0,005 до 0,06"/p.

Химические вещества, выходягцие за рамки указанных пределов, также могут быть использованы для определенных целей. В качестве сплавов для определенных целей могут быть использованы такие, как никелевые,молибденовые или медные.

Важной особенностью является то, что железо относительно углерода и кремния должно быть вблизи эвтектического состава, имея эквивалентное солержание углерода, нахолящееся в лиапазоне.от примерно 4,0 ло 4,6Р/<>. Это может рассматриваться ка. . обычная практика лля получения сфероидального чугуна. Плавление может проводиться в любой печи, например в электрической, в вагранке или отражательной печи, которые могут быть кислотными или основными в соответствии с применением. Содержание серы должно быть преимущественно низким, исходя из соображений экономии и чистоты металла, но допустимо присутствие начального содержания .серьг в зависимости от того. проводится или нет десульфурация вне.шними срелствами, такими, как использование содовой золы или карбила кальция.

На второй сталин, гле добавляется сфероидизирующий агент, сод<..ржание серы уменьшается ло величины меньшей, чем 0,02"/р, поэтому обычно первое понижеийе солержяния серы осуществляется другими, менее дорогими способами. !1редпочт><тельн<1, чтобы содержание серы было меньше, чем 0.025Р/р и даже меньше, чем 0,015Р/р перед проведением второй стадии описываемого способа.

Для уменьшения содержания серы ло такой величины по преллагаемому способу используют карбид кальция в качестве десульфурирую щего агента и пористой пробки как средства для персмешнвания металла. Этот процесс хорошо известен.

Вторая стадия процесса является критической, потому что было обнаружено, что нигде она не проволится успешно, достигается предварительная обработка металла, которая устраняет неэффективное сфероидизировяние в литниковой системе в изложнице. Способ фактически имеет условия для обработки металла в ковше, при которых процесс сферондизации в изложнице становится менее критичным, а конечный продукт. является отливкой с более равномерными сфероидями. .. Вторая стадия вк.пючает лобавление агента, состоящего из редкоземельных элементов, а именно церия, и щелочноземельных элементов, а именно кальция, к металлу в ковше, так что изменяется величина отбеливания металла до величины, зависягцей от начальной величины отбеливании ванны; Она направлена на определенное увеличение этой величины отбеливания.

Для этого имеются две причины. Первая состоит в том, что кальций и цсрий не увеличивают величину отбеливания до тех пор, пока они, во Icf>Bhlx, эффективно ие нейтрализуют содержание серы. Когда сера нейтрализована, кальций и церий начинак>т образовывать метастябильные карбиды в сплаве, таким образом увеличивая величину отбеливания. Поскольку величина отбеливания может быть легко и быстро измерена, то достигается весьма эффективный контроль пронесся на стадии предварительной обработки метал.па для последующей сфероилизации. Это является существенной

1О особен ностью процесса изобретения.

Было обнаружено, что наиболее общий способ ввеления кальция и церия в металл состоит в использовании смеси силицила кальция и фторида церия или смеси карбида кальция и фторида перин. В некоторых случаях можно также добавлять небольшие количества магния на этой сталин, но это не является существенной частью процесса, такого как добавление церия, которое лает весьма определенное увеличение величины отбеливания.

20 Кальций и церий лобявляются к ванне на второй стадии до того, как величина отбеливания увеличится по край.<ей мере на 50Р/р; но желательно не более, чем на 150"/<>. Выражаяс в терминах действительных величин отбелив," ния, это полразумевяет, что отГ>еливание увели чивается от диапазона !/32 ло 8/32 до величины, находящейся между 1,5/32 и 24/32. Важная особенность состоит в том, что величина отбеливания увеличивается вьцпе той, которая была

:<еред добав.пением кальция и церия.

Типичная смесь, используемая для второй стадии изобретения, содержит 80Р/р силицида кальция и 20Р/р фторида редких земель (церий).

Количество, которое способно увеличить величину отбеливания до нужного уровня, находится в диапазоне от 1/81 до 11/8Р/p, а более

35 обычно — примерно 3/4 /p в зависимости от со держания серы в ванне. Другие соотношения кальция и церия также лопустимы, но они являк>тся следствием определенных применений и экономических соображений. Важной особенностью второй стадии процесса является введе40 ние достаточных количеств кальция и церия в расплав лля того, чтобы достичь заметное увеличение величины отбеливания металла. Когда это осунгеcтвлено, металл предварительно подготовлен Лля проведения окончательной стадии, 45. на которой ос ч< ествляется полная сфероилизация в литниковой системе изложницы. Из лругих редкоземельных металлов, которые могут быть использованы, можно указать на неодим, а другим щелочноземельным материалом можеп быть барий.

Третья сталия изобретения включает литье металла со второй сталин в изложницу, которая солержит магнневокремнисвый сплав в определенным образом изготовленной литниковой системе. Металл протекает нал сплавом и растворяет его на своем пути в той части изложни55 цы, которая содержит саму отли вку. Растворенный сплав приводит в результате к образованию полность<о сферопитной структуры, отличающейся большим числом небольших совер<иенно оформленных сфероидов в основной ферритной матрице, которая полностью свободна от твердых и крупных карбидов, Как уже было

gP872

2,44

22,60 указано, распрелеление этого магниевого спла Этот металл оыл лгсульфуризонйн с испс>.ьва может меняться при изменении литья отлив- зованием карбида ка.

Г Il>l ия а перемен>иванне «ц и по истой апобки н ки, но изобретение основывается на том, что осуществлялось при помощ р . . р предварительная обработка металла на первой газообразного азота. Содержание серы уменьстадии и в особенности на второи сталин прел- (т>ил»>сь ло 0, /о, 00!o/, а величина отбеливания ваноженного способа понижает относительную ны было измерен и: "л о . най ено, что она составло важность неолнородного распределения сплавф ляет 8/82 по клину, и меющему:>б .с 1/2" и до такой степени, что в результате достигается угол 28. весьма одноролное литье с точки зрения меха Ванна з«тем . р б .тем была of> а(>отана с добанлепннических свойств и структуры. Без такой пред- ем 5/8% смеси, солержащей 8(о/о сч»лииил» варительной обработки третья стадия приводит кальц /о ф р ия и 20о/ фто „нлов редких земель, содерв результате к получению отливки такон же жанне ер л . 0 О(° с ы алее понизнлояь до (>;0(.»о и не неолнородной; как это имеет место в обычном личина,отбе. и, у .,. 7/3 . беливания величнлась д:i 7/8i. гот предварительно обработанный металл отлиналнромыщленном процессе.

r е асполагалог> 1/2% по нсНа третьей стадии предпочтительно исполь- ся в изложницу, где располагалось меш. 10oi магния, 0% кремния н >»». зовать литниковую систему с перевалом, хоро- су 1/8 меш., /o, р шо известную, хотя и другие устроиства также g ренале литн ка р .: р .. ) и в езе вша >е.!1олуяенные и мог т. быть использованы. Такая система лит- зультате отливки бруски были пронумерованы ника с перевалом содержит металлический ре- как А, В и С„á л,, р: у. зернуар и зону шлака, которая принимает всю приведены н табл. грязь и задерживает продукты реакции от попадания в полость изложницы. Относительный размер резервуара важен с точки зрения объ- 2О ема занимаемого.кремниймагние ы сплавом . А 75192 21 50 2 52 0032

Предпочтительно выбирать такой размер этого резервуара, чтобы вес или объем использу В 76423 21 90

0 023 сплава занимал йе менее, чем 25%, но и не более чем 56о/о от объема резервуара. Это

2,36 0,019 обеспечивает наилучшие условия лля однород- 7 925

С 74925 ного внедения этого сплава во время литья .отливки; Скорость потока металла управляется Очевидно, что введение магния и кремния заслонкой под зоной шлака, скорость л>нтья .было неоднородным, что видно из меньших равна примерно.1 — !1/4 на корень квадратный содержаний кремния и магния а бруске С но из веса отливаемого металла. Используемый сравнению с бруском Л..Свойства,прочности я сплав может быть ли>бым сплавом; содержа- удлинения в брусках, олнако, били но нес х щим магний и кремний, а его йреимущестнен- случаях весьма высокими по величине и нсе они ный размер составляет примерно от 1/4 до приемлемы по требованиям пронзнолства. По1/8 меш., поскольку такой размер растворяется лученные результаты были удонлетнорительпыМагниево-кремниевый сплав может быть за- ç5 прелнарительно обрабатывается нз второй стаменен на магниево-йикелевый сплав. дии, неоднородность, образованная но . время

Добавляемое количество сплава зависит, сфсроидизяции н изложнице, не имеет ш>слслство-пе вых; от продолжительности времЕни, вий, поскольку достигаются однородные мс ха литья в изложницу, но. обычно такого, что нические свойства; приемлемые лля иром tlllобщее содержание остающегося магния в полу- лснностн. чаемой металлической отливке составляет:но .4О . Структуры н брусках Л. В»р< лстанляк>т е 001о/ по отношению к.весу ме- в каждом случае небольшие сопсршснпыс сфгкраннеи мере, /o лног гью ф» итис>й мат.рнталла и обычно не больше, чем 0.10о/о...Это роляты графита и подпасть>о ф» р(. говорит о том. что начальное количество его це была больше, чем указано и предпочтительно„ чтобы начальное количество магния было .от

9,04% до 0,20% по отношению к весу металла. Формула изпс>рстения

Общее количество кремния или никеля, присутствующих вначале должно быть от 0,10% ю Способ пс>лучения чугуна с шаровидным

1,0%. Эти количества магнии и к!>емяия нв - графитом, заклк>чакищиягя н расплавлени н чустоль критичны и дают хорошие результаты в. туна, содержащего че»иуйчатьнг графит, обр»59 ботке расплава редкоземельными и щсло»н»>большинстве случаев. земельными металлами и заливке н форму, ак п име ос ществления способа:было отличающийся тем; что с целью повыцгения б. кон; однородности отливки и увеличения на 50-литье се ии испытательных руек нею -150о/ величины отбела, редкоземельные мстал— 1 2о/ в, п,ав, нн» я жит т и испытатель х б ска. Металл был отлит и пря испыта>сии лы обна жено, что он имеет следующйе план в плавильной емкости, а щелочнстземс оьHb>e MeT лы 0,01 — 1..0о/о от веса p c» «» »»0 характеристики /о.

Общее содержание углерода 3 ф) дя в о

О,Я- ние при экспертизе:

О,ОЗ 1. Ващенко К. И., Софрони Л. Магнисвы>»

Сера 003 чугун, М.— К., Машгиз, (960. с. 5-->