Лігатура для білих чавунів

Лігатура для білих чавунів, що містить рідкісноземельні метали, вуглець, кремній, кальцій, алюміній та залізо, яка відрізняється тим, що вона додатково містить титан при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: рідкісноземельні метали 35-45 вуглець 0,5-0,8 кремній 20-25 титан 25-30 кальцій 0,5-2,0 алюміній 0,5-1,0 залізо решта. (19) (21) a200811399 (22) 22.09.2008 (24) 10.06.2009 (46) 10.06.2009, Бюл.№ 11, 2009 р. (72) ХРИЧИКОВ ВАЛЕРІЙ ЄВГЕНОВИЧ, UA, ІВАНОВА ЛЮДМИЛА ХАРИТОНІВНА, UA, КОЛОТИЛО ЄВГЕН ВІКТОРОВИЧ, UA, ІВОНІН ІЛЛЯ ВАЛЕРІЙОВИЧ, UA (73) НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ, UA (56) SU, 417521, 28.11.1974 SU, 527482, A1, 05.09.1976 SU, 901326, 30.01.1982 RU, 2180363, C1, 1/05, 10.03.2002 CN, 1718822, A, 11.01.2006 3 87086 кремній 20-25 титан 25-30 кальцій 0,5-2,0 алюміній 0,5-1,0 залізо pешта. За наявними у авторів відомостями сукупність ознак, що заявляються та характеризують сутність лігатури є раніше невідомими. Таким чином, запропонований винахід відповідає критерію «новизна». Вплив окремих елементів на структуру і властивості чавуну дуже різноманітний, і так само є багато додаткових факторів, які можуть змінювати вплив того або іншого елементу. Змінний якісний і кількісний вплив різних елементів на структуроутворення сплавів ускладнює можливість їхньої класифікації за ознакою інтенсивності цього впливу, тим більше, що в багатьох випадках, наявність у сплаві двох карбідоутворюючих елементів не обов'язково посилює їх окремий вплив, а іноді нівелює його. Тому задача з підбирання легуючого комплексу у лігатурі, зводилася до того, щоб нейтралізувати небажаний вплив окремих елементів і посилити їх спільний вплив. Вміст хімічних елементів у лігатурі обґрунтовується наступним. Оскільки модифікування валкових чавунів є позапічним обробленням, тому величина присадки повинна бути мінімальною щоб уникнути великих теплових втрат. У теперішній практиці вальцеливарного виробництва температура заливання валкових форм складає 1320...1350°С. Застосування для виготовлення великих мас металу (30...50т) відбивних печей обмежує температуру перегрівання на рівні 1430...1450°С. Елементарний розрахунок теплових втрат при модифікуванні вказує, що присадка модифікатора у кількості 0,75...1,0мас.% викликає зниження температури металу на 50...60°С, втрати на розігрівання заливального ковша складають 30...40°С, втрати на переливання - 10...30°С, тому сумарні втрати складають 90...130°С. Через те, що температура заливання валкових форм, яка обумовлена якістю прокатних валків, знаходиться у границях 1320...1350°С, то виходячи з вищенаведеного раціональною величиною присадки є присадка 0,75...1,0мас.%. З іншого боку засвоєння модифікуючи елементів з лігатури складає 50...60%. Дослідження, які проведені авторами пропонованої лігатури показали, що повне подавлення кристалізації ледебуриту відбувається при вмістах 0,20...0,30% сумі 4 рідкісноземельних металів (SРЗМ). Таким чином, нижня границя вмісту SРЗМ у лігатурі складе 35мас.%, а верхня - 4мас.%. При вмістах нижче 35мас.% у чавуні засвоюються РЗМ у кількостях, що не забезпечують повного подавления виділення ледебуриту та зносостійкість таких чавунів знижується. Підвищення вмісту SРЗМ у лігатурі вище за верхню границю приведе до високих концентрацій SРЗМ у чавуні, наслідком чого є виділення великої кількості неметалевих включень, які зменшують значною мірою зносостійкість білих чавунів. У той же серії експериментів досліджено вплив титану на зносостійкість білих валкових чавунів. Встановлено, що при вмістах нижче 0,2% титану у структурі виділяється незначна кількість спеціальних карбідів та вплив їх на зносостійкість не помітно. При збільшенні вмісту титану вище 0,3% відбувається погрублення структури, і , як слідство, зменшення міцності та зносостійкості чавуну. Таким чином, виходячи з передумов, які наведені вище (засвоєння та величина присадки лігатури), границі концентрацій титану у лігатурі складають 25... 30мас.%. Нижня границя кремнію визначена з урахуванням можливостей алюмоси-лікотермічного та карботермічного способів одержання лігатури. При вмістах кремнію у лігатурі більше 25мас.% одержати білий чавун без графітних включень, які зменшують його зносостійкість, утруднено, тому верхня границя вмісту кремнію обмежена 25мас.%. Границі вмісту вуглецю, кальцію та алюмінію пов'язані з технологічними особливостями виробництва лігатур алюмосилікотермічним, карботермічним та кальцієтермічним способами. Крім того, верхня границя вмісту кальцію обумовлена впливом його на в'язкість шлаку: при вмістах кальцію віще 2,0мас.% в'язкість шлаку дуже росте. Суть винаходу, що заявляється, не визначена у явному вигляді з відомого авторам рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують відомі рішення, не забезпечують досягнення нових властивостей, і тільки наявність перерахованих відмінних ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Таким чином, винахід, що заявляється відповідає критерію «винахідницький рівень». У лабораторних умовах Національної металургійної академії України у шахтній печі метало термічним способом з використанням оксидів та фтори дів рідкісноземельних металів, оксидів титану та кальцію виплавили лігатури, склади яких наведені у табл. 1. Таблиця 1 Номер лігатури 1 2 3 4 5 6 SРЗМ 35,2 45,1 34,8 44,9 35,0 45,1 С 0,8 0,8 0,5 0,5 0,8 0,8 Вміст хімічних елементів, % Si Ті Са 25,0 30,0 0,5 25,1 25,1 2,0 24,8 30,2 0,5 24,9 25,2 2,0 20,1 24,9 0,5 20,0 29,7 2,0 Аl 0,5 1,0 0,5 1,0 0,5 1,0 Fe решта решта решта решта решта решта 5 87086 6 Продовження таблиці 1 7 8 9 10 11 12 13 14 34,9 45,0 40,1 40,3 52,0 56,0 30,0 30,0 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 19,0 20,1 22,0 22,1 30,5 35,3 30,0 30,4 У високочастотній індукційній печі ЛПЗ-67М виплавили валковий чавун складу, мас.%: вуглець 3,32, кремній 0,80, марганець 0,54, фосфор 0,06, сірка 0,02, залізо решта. Після досягнення температури 1450±5°С та видержки протягом 5хв випускали порціями у розігрітий розливальний ківш з заздалегідь завантаженою на дно лігатурою. Усі лігатури присаджувалися у кількості 1,0%. Після зняття шлаку та досягнення температури 1320±5°С заливали чавуном кокільні форми для 25,2 30,0 27,0 27,1 20,1 20,0 35,5 35,0 0,5 2,0 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 0,5 1,0 0,74 0,75 0,75 0,74 0,75 0,75 решта решта решта решта решта решта решта решта виливків діаметром 50мм та висотою 200мм. З одержаних виливків вирізали зразки для металографічних досліджень, для визначення границі міцності при вигині та зносостійкості. Визначення границі міцності робили за стандартною методикою. Зносостійкість визначали на машині СМЦ-2 при терті ковзанні з наважкою 750Н та при кількості обертів 3000. Результати випробувань наведені у табл. 2. Таблиця 2 Номер чавуну та лігатури 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Хімічний склад чавуну, % SРЗМ 0,207 0,261 0,203 0,260 0,210 0,270 0,205 0,289 0,230 0,220 0,320 0,340 0,170 0,165 0,186 0,219 Ті 0,22 0,20 0,235 0,204 0,205 0,340 0,210 0,270 0,230 0,250 0,170 0,165 0,395 0,320 Si 0,98 0,97 1,00 0,93 0,97 0,97 0,96 0,96 1,01 1,14 1,18 1,15 1,08 1,10 1,21 1,23 Границя міцності при вигині, МПа 1 2 3 Сер. 665 650 655 656 670 670 660 666 675 675 680 676 670 655 665 666 650 670 630 650 690 700 695 695 650 645 650 648 695 700 700 698 660 650 670 660 680 680 675 678 595 600 605 609 590 570 580 580 585 560 575 573 580 560 570 570 520 530 540 530 525 535 545 535 Зносостійкість, г 1 0,030 0,027 0,028 0,033 0,032 0,028 0,035 0,029 0,037 0,045 0,043 0,046 0,035 0,044 0,055 0,048 2 0,031 0,031 0,029 0,027 0,032 0,030 0,035 0,026 0,035 0,035 0,041 0,044 0,040 0,045 0,055 0,052 3 0,032 0,029 0,030 0,030 0,031 0,026 0,033 0,024 0,035 0,041 0,039 0,043 0,039 0,046 0,056 0,050 Сер. 0,031 0,029 0,029 0,030 0,032 0,028 0,034 0,026 0,036 0,040 0,041 0,044 0,038 0,045 0,055 0,050 Примітка. Чавуни 15 та 16 модифікували лігатурою прототипу. Додаткове дослідження впливу лігатур з вмістами кремнію та алюмінію вище рекомендованих границь на зносостійкість валкових чавунів (табл. 3) показало, що одержати білі безграфітні чавуни з використанням для модифікування цих лігатур при інших рівних умовах неможливо, кількість графіту та фериту у структурі збільшувалася, а кількість карбідної фази зменшувалася, що у сумі приводило до зменшення зносостійкості у середньому на 83%. Таблиця 3 Номер плавки 1 2 3 4 5 РЗМ 40 40 40 40 40 Хімічний склад лігатур, % С Si Ті Са 0,6 25 30 1,5 0,6 30 29 1,5 0,8 35 29 1,5 0,8 45 29 1,5 0,8 50 29 1,5 Аl 1 2 3 4 5 Кількість структурних складових, % Перлит Цементит Графіт Ферит 59,9 38,6 1,5 56,7 37,5 3,0 2,8 62 28,1 5,9 4,0 59,4 23,5 8.9 8,2 58 21,0 12,0 0,0 Зносостійкість, г 0,028 0,039 0,049 0,057 0,061 7 87086 Результати проведених досліджень показали, що модифікування білих чавунів лігатурою пропонованого складу (№8 у табл. 2) дозволяє підвищити у порівнянні з модифікуванням лігатурою прототипу (№15, 16 у табл. 2) їх зносостійкість на 92...112%, а границю міцності при вигині - на 30...32%. Вказане підвищення властивостей білого чавуну пов'язане з подавлениям кристалізації ле Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 8 дебуриту та виділенням високотвердих карбідів титану. Винахід, що заявляється, засновано на теоретичних розробках, підтверджених експериментальними даними та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таким чином, винахід, що заявляється, відповідає критерію «промислова придатність». Підписне Тираж 28 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