Спосіб модифікування чавуну

1. Спосіб модифікування чавуну переважно при виробництві вибілених прокатних валків і мелючих куль, який включає введення в чавунний 3 Крім того, у складі брикету використовують карбонітрід титану з розміром частинок 0,01...0,1 мкм. Карбонітрід титану має найвищу мікротвердість (32000 МПа) з відомих карбідів і карбонітрідів в тому числі карбіду ванадію (30000 МПа) і карбіду вольфраму (25000 МПа). Висока твердість TiCN пов'язана з міцністю міжатомних зв'язків в решітці. У тугоплавких карбонітрідах титану (TiCN) внаслідок «заклінівающої» дії атомів вуглецю максимально проявляються величезні сили зв'язку, властиві тугоплавким металам і з'єднанням (Меськин B.C. Основы легирования. -М.: изд-во «Металлургия», 1984. - 684с.). Нанодисперсний порошок TiCN забезпечує необхідну кількість центрів кристалізації такого ж розміру як центри кристалізації первинної фази - аустеніту, що виділяється у затверділому чавуні. Ці розміри знаходяться в межах 20...40 нм (МиТОМ, размер ЦК аустенита, 2009). Таким чином, ковшеве або внутрішньоформене модифікування чавуну заявляємим способом забезпечує значне подрібнення структури чавуну, підвищує міцність і зносостійкість у порівнянні з відомим способом карбідостабілізуючого модифікування чавуну. Запропонований спосіб модифікування чавуну випробували при обробці розплаву для вибілених прокатних валків наступного хімічного складу, мас. %: вуглець 3,5-3,6; кремній 0,5-0,6; марганець 0,50,6; фосфор 0,30-0,35; сірка 0,05-0,07. Перед заливанням ливарних форм в них укладали брикети для модифікування чавуну. Температура заливки чавуну у форми була в межах 1320-1350°С. Під час механічної обробки виливків від нижнього торця бочок відбирали темплети, з яких вирізали зразки для проведення металографічних досліджень, механічних випробувань та визначення зносостійкості. Подрібнення структури оцінювали шляхом виміру відстані між осями дендритів аустеніту першого порядку на мікрошліфах, травлених 4% розчином НNO3 (Гиршович Н.Г. Справочник по чугунному литью. -М.: Металлургиздат, 1971, 675с.). Міцнісні властивості визначали на розривній машині УММ-20 за даними 5 розірваних зразків на один склад (ГОСТ 24648-90 і ГОСТ 27208-87). Зносостійкість зразків визначали на машині МІ-1 методом визначення маси до і після випробування. Результати досліджень наведені в таблиці. 57979 4 З таблиці видно, що при зменшенні вмісту селену менше 30% (склад 2) не забезпечується необхідна кількість селену як карбідостабілізуючого компонента. Крім того, відповідне збільшення кількість міді призводить до збільшення міцності брикету при пресуванні і він погано (довго) розчиняється в розплаві. При збільшенні вмісту селену в брикетах більше 40% (склад 6) за рахунок зниження вмісту міді менше 30% знижується модифікуючий ефект, тому що зменшується щільність брикетів і пасивуючий вплив міді, що призводить до зниження міцності і зносостійкості чавуну. При зменшенні в брикеті змісту TiCN менше 25% не забезпечується кількість наночастинок в розплаві для отримання дрібних дендритів, високої міцності і зносостійкості. Така кількість становить 3107–5108 шт/см3 (Бабаскин Ю.С. Структура и свойства литой стали. - Киев: Наукова думка, 1980. -382с.), що відповідає 0,005-0,02% введеного модифікатора. При збільшенні змісту TiCN більше 35% (склад 11) подальший модифікуючий ефект перестає проявлятися і відповідно не спостерігається подрібнення дендритів, підвищення міцності і зносостійкості. Зміни розміру часток також впливає на властивості чавуну. З таблиці видно, що при зниженні розміру часток модифікатора менше 0,01 мкм (склад 12) основна частина їх, маючи діаметр менше критичного, розчиняється в чавуні, не утворюючи центрів кристалізації. Тому немає подрібнення дендритів аустеніту, низький рівень міцності і зносостійкості. Різко зменшується кількість центрів кристалізації і з збільшенням розміру частинок більше 0,1 мкм, тому що в цьому випадку розміри частинок перевищують розміри центрів кристалізації і також частки не беруть участь у формуванні дендритної структури. Таким чином, відлиті заявляємим способом вибілені прокатні валки і мелючі кулі в порівнянні з відлитим відомим способом мають більш дрібнодисперсну первинну дендритну структуру, більш високий рівень міцності (на 40–45%) і зносостійкості (на 50–55%). Сукупність ознак, які характеризують відомі рішення, не забезпечують досягнення нових властивостей і тільки наявність відмінних ознак заявляєма корисна модель дозволяє отримати нові властивості, новий технологічний результат. Заявляєма корисна модель може застосовуватися під час відливання деталей металургійного устаткування і дасти значний економічний ефект. 5 57979 6 Таблиця Результати досліджень чавуну, обробленого відомим та модифікатором, що заявляється Спосіб моди№ фікування ча- Se, мас. п/п вуну % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Відомий Заявляємий Заявляемый Заявляємий Заявляємий Заявляємий Заявляємий Заявляємий Заявляємий Заявляємий 20 25 30 35 40 45 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 Склад Відстань між Межа міцності TiCN осями дендритів Відносна знопри розтягуванСu, мас. першого порядку, состійкість розмір, ні, в, МПа % мас. % мкм мкм 0,055 80 102 383 1,0 30 0,055 інше 49 486 1,31 30 0,055 інше 38 508 1,49 30 0,055 інше 32 584 1,52 30 0,055 інше 32 556 1,55 30 0,055 інше 38 495 1,41 20 0,055 інше 68 454 1,27 25 0,055 інше 44 496 1,38 30 0,055 інше 38 532 1,43 35 0,055 інше 31 555 1,58 40 0,055 інше 31 556 1,58 30 0,005 інше 64 428 1,25 30 0,010 інше 46 486 1,39 30 0,050 інше 40 539 1,48 30 0,100 інше 38 561 1,49 30 0,150 інше 57 445 1,28 Наприклад, застосування заявляємого способу модифікування чавуну під час відливання вибілених прокатних валків на «Лутугінський державний науково-виробничий валковий комбінат» та під Комп’ютерна верстка М. Ломалова час відливання мелючих куль на «Арселор Миттал Кривий Ріг» показали підвищення їх експлуатаційної стійкості на 32...45%. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601