Спосіб одержання чавуну

Способ получения чугуна, включающий последовательное его модифицирование графитизирующей присадкой и магнийсодержащей лигатурой, отличающийся тем, что в качестве графитизирующей присадки используют алюминий, причем алюминий вводят в расплавленном виде в количестве 0,4–0,8% от массы чугуна. В.Ш. Введение алюминия в расплавленном виде способствует более равномерному перемешиванию его с расплавленным металлом и способствует более равномерному распределению по телу отливки. Совместная обработка магнийсодержащей лигатурой и графитизирующей добавкой в известном способе не позволяет этого сделать, т.к. в процессе уменьшения или увеличения количества вводимой графитизирующей присадки (13) 34746 (11) UA В основу поставлена задача – добиться равномерного распределения графита и его измельчения при графитизации чугуна и, как следствие этого, повышения вязкости разрушения чугуна. Это в свою очередь повысит надежность и долговечность деталей, работающих при воздействии термоциклических нагрузок и агрессивных сред, например, деталей стеклоформующего инструмента. Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем последовательное его модифицирование графитизирующей присадкой и магнийсодержащей лигатурой, в качестве графитизирующей присадки используют алюминий, причем алюминий вводят в расплавленном виде в количестве 0,4–0,8% от массы чугуна. Использование в качестве графитизирующей присадки алюминия и ввод его в расплавленном состоянии в количестве 0,4–0,8% от массы чугуна, позволяет создать дополнительные центры графитизации по всему объему, что приводит к равномерному распределению графита и повышает вязкость разрушения чугуна. (19) Изобретение относится к литейному производству, в частности, к способам получения чугуна с вермикулярной или шаровидной формой графита, предназначенное для изготовления деталей, работающих при воздействии термоциклических нагрузок и агрессивных сред, например, деталей стеклоформующего инструмента. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ получения чугуна, включающий модифицирование его магнийсодержащей лигатурой и графитизирующей присадкой. В качестве графитизирующей присадки используют ферросиликостронций. Известный способ получения чугуна позволяет достигнуть измельчения включений графита и устранить отбел [1]. Однако для достижения высоких показателей ряда служебных свойств чугуна, в том числе и вязкости разрушения, необходимо добиться не только измельчения включений графита, но и его равномерного распределения по телу отливки. Совместная обработка магнийсодержащей лигатурой и графитизирующей добавкой не позволяет этого сделать, т.к. в процессе обработки чугуна действие модификатора оказывается сильнее действия графитизирующей добавки и концентрация включений в различных микрообъемах чугуна оказывается неодинаковой, что снижает ряд свойств чугуна, в том числе и вязкость разрушения. К тому же графитизирующая добавка в виде ферросиликостронция требует более высоких температур, что не всегда можно достигнуть при производстве чугуна, особенно при производстве его в вагранках. C2 ____________________ 34476 ее действие на равномерное распределение графита не такое эффективное. Способ получения чугуна осуществляется следующим образом. Предварительно, перед подачей расплавленного чугуна в ковш на дно его укладывают измельченную до фракции 10–15 мм магнийсодержащую лигатуру ЖКМ–2. В струю подаваемого расплавленного чугуна подают алюминий в расплавленном состоянии, подаваемый в количестве 0,4–0,5% от массы чугуна, помещаемой в ковше. В процессе такой обработки расплавленный алюминий хорошо перемешивается с расплавленным чугуном и обеспечивает равномерное образование центров графитизации. После этого расплавленный чугун попадает в ковш и подвергается действию магнийсодержащей лигатуры. В процессе модифицирования в образовавшихся центрах графитизации, равномерно распределенных по телу отливки, графит приобретает мелкоизмельченную форму. Это создает равнонапряженное состояние матрицы чугуна и способствует повышению его вязкости разрушения, особенно при повышенных температурах. Это важное свойство чугуна играет основную роль в повышении надежности и долговечности ряда деталей, изготовленных из чугуна и испытывающих при эксплуатации влияние термоциклических нагрузок и агрессивных сред, например, стеклоформующего инструмента. Использование заявляемого способа получения чугуна, например, в стекольной промышленности для изготовления стеклоформующего инструмента позволит повысить вязкость разрушения чугуна, особенно при высоких температурах и повысить надежную и долговечную эксплуатацию стеклоформ. Это в свою очередь повысит качество и выпуск стеклоизделий, уменьшит простои стеклоформующих машин. Все это в конечном итоге позволит снизить затраты на изготовление основной продукции стекольных заводов – стеклоизделий. Для доказательства решения поставленной задачи выполнены следующие исследования. Образцы для исследований изготавливали из чугуна, полученного путем переплава литейного чугуна Л1 (ГОСТ 4832–80), передельного чугуна ПЛ1 (ГОСТ 805–80) с добавкой феррохрома ФХ650 (ГОСТ 4557–79) в индукционной печи ПЧТ 0,16. Перед выпуском расплавленного металла, в предварительно разогретый разливочный ковш ем. 20 кг, подавали измельченную до фракции 10–15 мм и подогретую до температуры 200оС железокремниймагниевую лигатуру ЖКМ–2 (ТУ 14–5–27–75). Температура расплавленного чугуна в момент выпуска из печи составляла 1450оС. В струю расплавленного чугуна подавали графитизатор в расплавленном состоянии (расплавленный алюминий АЛ ГОСТ 2685–75, разогретый до температуры 550оС). Заливку металла осуществляли в сухие литейные формы трефовидной формы. В процессе такой обработки расплавленный алюминий хорошо перемешивался с расплавленным чугуном и обеспечивал равномерное образование центров графитизации. После этого чугун взаимодействовал с железокремниймагниевой лигатурой, которая приводила к образованию компактной (вермикулярной) или чисто шаровидной формы графита при равномерном его распределении по сечению отливки. Это в свою очередь создавало равнонапряженное состояние матрицы чугуна и способствовало повышению его вязкости разрушения, особенно при повышенных температурах. Полученный таким образом чугун имел следующий химический состав, в мас.%: 3,22 углерода; 3,1 кремния; 0,22 марганца; 0,5 хрома; 0,02 серы; 0,05 фосфора; 0,03 магния. Количество алюминия изменялось в зависимости от его вводимого количества методом фракционной разливки. Параллельно получали отливки из чугуна при помощи известных способов ("Способ получения высокопрочного чугуна" по а.с. 624921 и "Способ получения чугуна" по а.с. 676623), при этом алюминий подавали в ковш в твердом состоянии. Из полученных отливок вырезали цилиндрические образцы диаметром 14 мм и длиной 140 мм для определения вязкости разрушения КIС. Испытания проводили на установке УМЭ– 10ТМ при температурах 20, 500 и 700оС при скорости нагружения 1 мм/мин. Определение КІС осуществляли по методике ФМИ им. Г.В. Карпенко АН УССР (Методы и средства оценки трещиностойкости конструкционных материалов: Сб.научн.трудов. – К.: Наукова думка, 1981. – 313 с.), согласно формуле: KIs = P* × f D× D , где P* – максимальное разрывное усилие, Н; f = 0,7879 1 - e e 2 1 - 0,8012 e – безразмерная функ циональная зависимость; D e= к D D – диаметр образца, м; Dк – диаметр концентратора, м. Результаты испытаний, представленные в таблице, показывают, что вязкость разрушения чугуна, особенно при повышенных температурах, во многом зависит от формы графитовых включений и их равномерного распределения. Лучшие результаты в этом отношении достигаются при вводе расплавленного алюминия в количестве 0,4–0,8% от массы расплавленного металла в ковше (условные номера образцов №№ 3, 4, 5). При меньшем количестве вводимой графитизирующей присадки, несмотря на присутствие мелкоизмельченного графита, его распределение по сечению неравномерное, что повышает концентрацию напряжений на концах графитовых включений, подтвержденную многими исследователями (например, Волчок И.П. и др. ФХММ. – 1984. – № 3. – C. 89–92) и снижает вязкость разрушения чугуна (КІС), особенно при повышенных температурах. При введении алюминия свыше 0,8% увеличиваются размеры графитовых включений и 2 34476 наблюдается повышенная их концентрация на отдельных участках, что указывает на неравномерную графитизацию. Это также повышает концентрацию напряжений и снижает вязкость разрушения чугуна. Аналогичное отрицательное влияние на вязкость разрушения чугуна оказывает и введение в чугун графитизирующей присадки (алюминия) в твердом состоянии. Из-за Условный номер образца Состояние графитизирующей присадки ликвации алюминия наблюдается значительная неравномерность его распределения, приводящая к неравномерному распределению включений графита и снижению вязкости разрушения. Таким образом, заявляемое техническое решение в сравнении с известным, обладает не только новизной, но и существенным изобретательским уровнем и промышленно применимо. Количество вводимой графитизирующей присадки, в % к массе расплавленного маталла Распределение включений графита Размер включений графита (ГОСТ 3443-77) Вязкость разрушений КIs, Мпа·м о температура, С 20 500 700 1 – – Неравномерное Граз 15 8,5 8,0 1,5 2 Жидкое 0,2 Неравномерное Граз15 11,6 7,3 2,5 3 Жидкое 0,4 Равномерное Граз 15 12,2 9,2 4,0 4 Жидкое 0,6 Равномерное Граз 25 13,5 10,0 4,5 5 Жидкое 0,8 Равномерное Граз 45 12,8 9,5 4,1 6 Жидкое 1,0 Неравномерное Граз 90 11,5 7,1 2,2 7 Жидкое 1,2 Неравномерное Граз 90 10,4 6,3 1,8 Твердое 0,5 Неравномерное Граз 45 12,5 7,3 2,8 Жидкое 0,5 Неравномерное Граз 45 11,9 7,1 2,6 а.с. 623921 8 а.с. 676623 9 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3 1/2 34476 4