Комплексний графітизуючий модифікатор для високоміцного чавуну

Реферат: Комплексний графітизуючий модифікатор для високоміцного чавуну містить кремній, кальцій, барій, алюміній, залізо. Додатково містить магній, рідкісноземельні метали і марганець. UA 99432 U (12) UA 99432 U UA 99432 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії, зокрема до розробки складу сплавів для графітизуючого модифікування залізовуглецевого розплаву в ливарній формі для покращення структури і підвищення механічних властивостей виливків із високоміцного чавуну з кулястим графітом. Відомий модифікатор для графітизуючої обробки чавуну феросиліцій ФС75 (ДСТУ 41272002 «Феросиліцій. Загальні технічні умови»), що містить: 74,0-80,0 % Si < 3,0 % Αl < 0,5 % Μn < 0,5 % Cr решта - Fe. Такий модифікатор використовується для збільшення ступеня графітизації структури і поліпшення властивостей високоміцного чавуну. До недоліків цього модифікатора відносяться низька швидкість розчинення, невисока графітизуюча і інокулююча здатність, короткий інтервал часу збереження модифікувального ефекту. Використання відомого модифікатора для модифікування чавуну в ливарних формах, яке обмежується доволі коротким проміжком часу заливання (5-10 с), є проблемним, так як він не встигає повністю розплавитися протягом нетривалого часу заливання, що негативно впливає на стабільність результатів внутрішньоформового модифікування. Більш близьким до корисної моделі по технічній суті та ефектом, що досягається, є сплав ® SIBAR 4 для модифікування чавуну (Каталог продукції фірми «NPP company», Росія): 65,0-75,0 % Si 3,5-5,0 % Ва < 1,5 % Са < 2,0 % Аl решта - Fe. Модифікатор фракцією від 0,2 до 10,0 мм використовують для обробки розплаву в ковші або в потоці металу, що не дозволяє через високий угар модифікувальних елементів отримувати високий ступінь графітизації структури виливків із високоміцного чавуну. Використання відомого сплаву для модифікування в формах малої металоємності 10-20 κг, які заливаються протягом 510 с. є проблематичним з причини недостатньої швидкості переходу в чавун модифікувальних елементів. Задача корисної моделі є збільшення швидкості розчинення модифікатора, підвищення ступеня сфероїдизації графіту, збільшення кількості центрів кристалізації кулястого графіту, підвищення механічних властивостей виливків із високоміцного чавуну. Поставлена задача вирішується тим, що комплексний графітизуючий модифікатор для високоміцного чавуну, що містить кремній, кальцій, барій, алюміній, залізо, згідно з корисною моделлю, додатково містить магній, рідкісноземельні метали і марганець при наступному співвідношенні компонентів, мас. част.: 65,0-75,0 % Si 1,5-2,5 %Mg 1,8-2,2 % Са 1,8-2,2 % Ва 0,8-1,2 % РЗМ 0,8-1,5 % Аl 5,0-10,0 % Μn решта - Fe. Кремній основний компонент більшості графітизуючих і сфероїдизуючих модифікаторів. Запропонований вміст кремнію в складі модифікатора сприяє більш швидкому його розчиненню внаслідок інтенсивної дифузії заліза в шар. що плавиться, в результаті чого тугоплавка фаза кремній з температурою плавлення 1410 °С переходить в легкоплавкий лебоіт (FeSi2) і евтектики на його основі з температурою плавлення 1200-1212°. Висока концентрація кремнію в модифікаторі створює умови для ефективної дії інших модифікувальних елементів в напрямку підвищення ступеня графітизації структури. При вмісті кремнію більше 75 % підвищується крихкість модифікатора, внаслідок чого при дробленні збільшується вихід пиловидної фракції з розміром часток менше 0,3 мм, яка погано розчиняється в чавуні і може призводити до утворення неметалевих включень в структурі виливків. Магній в складі графітизуючого модифікатора нейтралізує дію поверхнево-активних елементів чавуну - кисню та сірки і сприяє підвищенню ступеня сфероїдизації графіту у високоміцному чавуні. Утворення при 1107 °С парів магнію інтенсифікує протікання 1 UA 99432 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 гідродинамічних, теплофізичних і фізико-хімічних процесів, що сприяє підвищенню швидкості плавлення модифікатора. Кальцій вводять в пропонований модифікатор кількістю 1,8-2,2 мас. % для збільшення ступеня сфероїдизації графіту і підвищення механічних властивостей чавуну за рахунок рафінуючого впливу та зменшення розміру неметалевих включень. При вмісті кальцію в сплаві нижче нижньої межі він не справляє ефективного впливу на структуроутворення, а при вмісті більше 2,2 мас. % гальмує процес розчинення та може призводити до утворення шлакових включень. Барій характеризується сильним графітизуючим впливом на структуроутворення чавуну, і сприяє отриманню тонкостінних виливків без відбілу у литому стані. Забезпечує збільшення кількості центрів кристалізації кулястого графіту. Введення до складу модифікатора барію, в певній мірі, покращує умови модифікування через певне гальмування виділення парів магнію при модифікуванні внаслідок утворення інтерметалічних з'єднань з магнієм, які дисоціюють при 1 температурах на 300-400 °С вищих, ніж температура кипіння магнію. При вмісті барію більше 2,2 мас. % не спостерігається подальше ефективне підвищення графітизації структури тонкостінних виливків. РЗМ нейтралізують в розплаві чавуну негативну дію примісних демодифікувальних елементів на ступінь сфероїдизації графіту. Вміст рідкісноземельних металів кількістю 0,8-1,2 мас. % стабілізує процес модифікування при коливанні вмісту шкідливих домішок у складі вихідного чавуну. Збільшення вмісту РЗМ більше 1,2 мас. % призводить лише до підвищення ціни модифікатора без значного впливу на структуру чавуну. Вміст РЗМ менше 0,8 мас. % майже не впливає на покращення структуроутворення високоміцного чавуну. Алюміній в запропонованій кількості сприяє графітизації чавуну. При вмісті алюмінію в складі модифікатора нижче нижньої межі не проявляється його вплив на структуру чавуну. При його вмісті в модифікаторі більше 1,5 мас. % спостерігається зниження ступеня сфероїдизації графітових включень та поява оксидних плівок у виливках, і як наслідок, знижуються механічні властивості та герметичність. Марганець знижує температуру плавлення модифікатора, підвищує швидкість його розчинення в розплаві чавуну. Він сприяє збільшенню кількості перліту і підвищенню міцності виливків із високоміцного чавуну. Дослідження впливу модифікаторів на структуру та механічні властивості клиновидних виливків товщиною 10 мм із високоміцного чавуну проводили на вихідному чавуні, виплавленому в індукційній печі ІСТ-016 і модифікованому в ковші магнієвою лігатурою ФСМг7 кількістю 2,5 %. Хімічний склад чавуну після сфероїдизуючого модифікування в ковші (% мас): 3,4 С; 2,42 Si; 0,3 Μn; 0,14 Cr; 0,045 Mg; 0,016 S; 0,05 P. Модифікування розплаву графітизуючими модифікаторами виконували в реакційній камері, розміщеній під стояком ливарної форми, час заливання якої становив 4-7 с. Одним з критеріїв оцінки ефективності графітизуючого модифікування високоміцного чавуну є щільність розподілу включень кулястого графіту в структурі. В порівнянні з відомим, запропонований модифікатор забезпечує підвищення рівня інокуляції. Значно збільшується кількість включень кулястого графіту і подрібнюється структура, що сприяє підвищенню механічних властивостей виливків із високоміцного чавуну. Запропонований склад модифікатора (табл. 1) сприяє збільшенню на 31,7-41,0 % швидкості розчинення, підвищенню ступеня сфероїдизації графітних включень на 5,7-11,5 %, збільшенню кількості включень кулястого графіту на 43,6-58,3 % і підвищенню показників механічних властивостей виливків із високоміцного чавуну: тимчасового опору при розриванні (в) на 16,319,6 %, умовної границі плинності (0,2) - 17,1-21,0 %. відносного подовження на 34,9-51,2 % (табл. 2). Модифікатор придатний для графітизуючого модифікування розплаву чавуну в ливарних формах, що заливаються протягом короткого проміжку часу (4-10 с). 50 Таблиця 1 Модифікатор Відомий Запропонований № п/п 1 2 3 4 Хімічний склад досліджуваних модифікатори Витрата Масова частка елементів, % модифікатора, % Si Mg Са Ва РЗМ Al від маси чавуну 0,3 71,4 1,1 4,2 1,83 0,3 66,2 1,6 1,82 1,86 0,81 1,34 70,8 2,1 1,98 1,92 0,92 1,37 73.7 2,4 2,17 2,1 3 1,12 0,85 2 Μn Fe 6,1 7,3 9,3 решта решта решта решта UA 99432 U Таблиця 2 Результати досліджень Структура Швидкість № Модифікатор розчинення, Ступінь Кількість п/п Ферит, Перліт, г/с сфероїдизаці включень, % % 2 ї графіту ШТ/ММ Відомий 1 1,61 87 756 55 45 2 2,12 92 1086 66 34 Запропонова 3 2,20 95 1143 71 29 ний 4 2,27 97 1197 75 25 Механічні властивості Β. МПа 0,2 МПа , % 460 535 543 550 356 417 427 431 8,6 11,6 12,3 13,0 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Комплексний графітизуючий модифікатор для високоміцного чавуну, що містить кремній, кальцій, барій, алюміній, залізо, який відрізняється тим, що додатково містить магній, рідкісноземельні метали і марганець при наступному співвідношенні компонентів, мас. част. %: кремній 65,0-75,0 магній 1,5-2,5 кальцій 1,8-2,2 барій 1,8-2,2 рідкісноземельні метали 0,8-1,2 алюміній 0,8-1,5 марганець 5,0-10,0 залізо решта. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3