Модифікатор для інокулюючої обробки чавуну

1. Модификатор для инокулирующей обработки чугуна, содержащий ультрадисперсный порошок меди, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ультрадисперсный порошок кар 28485 нивающего" действия атомов углерода максимально проявляются огромные силы связи, свойственные тугоплавким металлам (Меськин B.C. Основы легирования стали. - М.: издательство Металлургия, 1964). Карбонитрид титана плазмохимического синтеза имеет кубическую решетку с параметром а=4,256 А°. Значительный эффект при вводе ультрадисперсного Ti(CN) достигается только при вводе частиц с размером, не превышающим радиус критического зародыша. При переохлаждении расплава на 10-20°С такой радиус составляет 200...700 А°. Следовательно, при вводе в расплав частиц модификатора размером 100...1000 А° не менее 60% из них являются активными центрами кристаллизации. Для получения высоких свойств в чугуне необходимо 3x107-5x108 шт/см 3 (Бабакин Ю.С. Структура и свойства литой стали. - К.: Наукова думка, 1980), что соответствуе т 0,0050,01% введенного данного модификатора. Это в 100 раз меньше, чем при обработке известными модифицирующими добавками (FeSi, SiBa и др.). Переход материала в ультрадисперсное состояние при уменьшении размера частиц резко увеличивает адсорбционную активность вследствие возрастания в объеме частиц доли поверхности. Поэтому ультрадисперсные порошки склонны к окислению на воздухе, чистая поверхность их после плазмохимического синтеза быстро покрывается слоем окислов. Поэтому преобладающая роль в процессе получения ультрадисперсных модификаторов отводится задаче сохранения чистой активной поверхности. Только тогда введенные в расплав частицы будут выполнять роль центров кристаллизации. Нанесение на поверхность частиц после плазмохимического синтеза микрослоя твердых углеводородов метанового ряда позволяет длительное время (до 7-9 месяцев) хранить их в негерметичных емкостях, так как защитный слой тормозит развитие окислительных процессов. Плакированные частицы лучше усваиваются расплавом и меньше их расход не только за счет устранения окисленности, но также за счет улучшения тепломассообмена между модификатором и расплавом. Улучшению тепломассообмена способствует барботаж микрообъемов расплава, создаваемый газообразными продуктами разложения плакированного слоя частиц. Ковшевое или внутриформенное модифицирование чугуна ультрадисперсными порошками Ti(CN) и Сu повышает уровень прочностных свойств и уменьшает разброс их значений (дисперсию), а также повышает изностойкость чугуна вследствие измельчения дендритной структуры. Предложенный модификатор опробовали в литейном участке Государственной металлургической академии Украины (г. Днепропетровск) при обработке чугуна следующего состав: 3,2...3,5%°С; 2,0...2,3 Si; 0,3...0,5% Мn; 0,2...0,3 Р; 0,03...0,04%S; 0,1...0,2%Cr; 0,2...0,3%Ni. Использовали известную брикетированную смесь для обработки серого чугуна (а.с. 1723173, С22С35/00) и данный модификатор с размером частиц то 0,005 до 0,14 мкм, полученные из отходов кремнийполимерных и титаномагниевых производств на ус тановках плазмохимического синтеза Ао "Неомат" (г. Рига, Ла твия). Исходный чугун выплавляли а индукционной печи МГП - 52, разливали в ковши, на дно которых перед заливкой укладывали пакеты с модификатором. Из чугуна заливали стандартные технологические пробы для исследования структуры и механических свойств чугуна. Разброс значений прочностных свойств оценивали путем подсчета дисперсии (s2) значений прочности по результатам 10 испытаний по следующей формуле: 2 1 n s 2 = å si - s n i =1 ( ) где: si - значение предела прочности по результатам і испытаний; s - среднеарифменическое значение предела прочности по результатам 10 испытаний. Расстояние между осями дендритов аустенита первого порядка в структуре, т.е. и х дисперсность, оценивали на макрошлифах, травленных 4% раствором НNО3 (Гиршович Н.Г. Справочник по чугунному литью. - М.: Металлургиздат, 1971). Изностойкость чугуна определяли на машине истирания марки МИ1, взяв за 1,0 износостойкость известного чугуна. Результаты экспериментов по обработке чугуна ультрадисперсными модификаторами различного состава и фракции приведены в таблице. Из таблицы видно, что наиболее высокие результаты получены при содержании в плакированном модификаторе 55...65% карбонитрида титана и 35...45% меди (составы 3...5) и фракционном составе в пределах 0,01...0,1 мкм (составы 10...13). При содержании в модификаторе карбонитрида титана (TiCN) меньше 55% (состав 2) уменьшается прочность на растяжение (при 50% TiCN sв =306 Мпа) и увеличивается разброс их значений: дисперсия прочности s2 при 50% Ti(CN) равна 98, в то время как для составов 3...5 дисперсия s2 равна 72...78. При этом уменьшается относительная износостойкость: при составе 2 она равна только 1,25. Это является следствием недостаточности упрочняющей добавки в виде Ті (CN) в составе модификатора, играющего роль как упрочняющей фазы, так и дополнительных центров кристаллизации при формировании первичного аустенита. Это подтверждается увеличением междендритного расстояния в структуре (при обработке составом 2 расстояние между осями дендритов увеличивается до 0,064 мм). При увеличении содержания Ti(CN) свыше 65% (состав 6) наблюдается увеличение разброса в значениях прочности (s2 равна 102), что говорит о недостаточном количестве в составе модификатора ультрадисперсной меди, препятствующей появлению по границам зерен хрупких карбофосфидных эвтектик, ухудшающи х прочностные характеристики чугуна. Из таблицы следует, что обработка плакированным ультрадисперсным модификатором (состав 8) по сравнению с обработкой чугуна неплакированным (состав 7) дает значительно более высокие качественные показатели, так как защитное покрытие позволяет сохранить чистую активную поверхность, обладающую высокими адсорбционными свойствами. В этом случае частицы иг 2 28485 рают роль центров кристаллизации при затвердевании отливки. Из таблицы также видно, что при снижении размера частиц модификатора менее 0,01 мкм, (состав 9), часть и х, имея диаметр меньше критического, растворяется в чугуне, не образуя центров кристаллизации. Поэтому нет измельчения дендритов аустенита, низкий уровень и стабильность прочностных свойств (состав 9). Кроме того, нижний (минимальный) размер частиц ограничен возможностями способа их получения и снижением производительности установки. Уменьшается число центров кристаллизации аустенита и с увеличением размера частиц более 0,1 мкм,. Поэтому в этом случае снижается прочность чугуна и его износостойкость (состав 14). Таким образом, обработанный предлагаемым модификатором чугун по сравнению с чугуном, обработанным известным модификатором, имеет более мелкодисперсную первичную дендритную структур у, более высокий уровень и стабильность (низкую дисперсию) прочностных свойств, высокие показатели износостойкости. Обработка предложенным модификатором выплавленного чугуна позволяет внепечным способом переводить его в более высокую марку, а также повысить износостойкость отливок для металлургической и машиностроительной промышленности (прокатных валков, изложниц, труб, штампов, станин и т.д.), что дает значительный экономический эффект. Таблица Результаты исследований чугуна, обработанного известным и заявляемым модификаторами. Состав, масс. % 1 2 3 4 5 6 Коллоиднографитовый препарат Известный 20 Заявляемый Заявляемый Заявляемый 7 Заявляемый 8 9 10 11 12 13 14 Заявляемый Заявляемый Заявляемый Заявляемый Заявляемый № п/п Модификатор Си СостояФракция, ние помкм верхTi(CH) ности 80 50 45 40 35 30 50 55 60 65 70 8,0 и 5,0 0,055 0,055 0,055 0,055 0,055 40 60 0,055 40 40 40 40 40 40 40 60 60 60 60 60 60 60 0,055 0,005 0,01 0,04 0,07 0,10 0,14 плакир. плакир. плакир. плакир. плакир. не плакир. плакир. плакир. плакир. плакир. плакир. плакир. плакир. Расстояние между осями дендритов первого порядка, мм 0,092 0,064 0,047 0,039 0,048 0,048 ПределДиспер- Относипрочносия зна- тельная сти при чений износорастяжепрочностойнии, ств, сти, сг кость МПа 270 306 341 365 369 348 156 98 76 72 78 102 1,0 1,25 1,37 1,42 1,41 1,42 0,085 290 137 1,08 0,041 0,083 0,052 0,043 0,047 0,047 0,079 385 315 347 384 382 364 317 68 89 72 63 63 72 97 1,47 1,25 1,57 1,68 1,59 1,47 1,21 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3