СПОСОБ КОВШОВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ РАСПЛАВА ЧУГУНА ЛЕГКИМИ МАГНИЙСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАТУРАМИ
METHOD FOR LADLE MODIFICATION OF MOLTEN CAST IRON WITH LIGHT-WEIGHT MAGNESIUM-CONTAINING ALLOY COMBINATIONS

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом ковшовым модифицированием легкими магнийсодержащими лигатурами.
Широко известно, что для получения высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом легкими лигатурами (удельный вес меньше удельного веса расплава чугуна) применяют такие способы ковшового сфероидизирующего модифицирования как «сэндвич-процесс», «ковш с крышкой» и др. (Knustad, О. Проблемы, возникающие при производстве высокопрочных чугунов. Обзор существующих способов получения ВЧ и используемых модификаторов [Текст] / О. Knustad // Литейщик России. - 2011. - №4. - С.19-26; Косников, Г.А. Основы литейного производства [Текст] / Г.А.Косников. - СПб: СПбГПУ, 2002. - 204 с.; Александров, Н.Н. Высококачественные чугуны для отливок [Текст] / Н.Н.Александров. - М: Машиностроение, 1982. - 222 с.; патент РФ №2074894). Существующие способы ковшового сфероидизирующего модифицирования предполагают использование специальных технологических схем для размещения модификатора, например, таких как реакционный карман для модификатора на днище ковша, и/или дополнительного оборудования для наполнения ковша расплавом чугуна из печи, таких как крышка-резервуар с отверстием для накопления расплава чугуна из печи и дозированной его подачи в ковш, вилочный погрузчик для снятия и одевания крышки на ковш.
Недостатками всех известных способов ковшового сфероидизирующего модифицирования чугуна являются: повышенная трудоемкость, необходимость применения дополнительного оборудования и техники, снижение производительности труда.
Задачей настоящего изобретения является снижение трудоемкости, отказ от применения дополнительного оборудования и техники, повышение производительности труда.
Технический результат при осуществлении изобретения заключается в создании упрощенного по сравнению с «сэндвич-процессом» способа ковшового модифицирования высокопрочного чугуна не требующего использования дополнительного оборудования и техники и позволяющего стабильно получать необходимое качество чугуна в отливках.
Поставленная задача решается тем, что разработан способ ковшового сфероидизирующего модифицирования (фиг.1), в соответствии с которым в задней части днища ковша (напротив носка) с помощью наклонного желоба располагают один или несколько в зависимости от массы обрабатываемого чугуна расплавляемых сварных контейнеров из листовой стали толщиной 1,5…2,0 мм насыпным объемом до 10 кг с плотно упакованным сфероидизирующим модификатором («легкая» лигатура типа ФСМг) и герметично закрытых, после чего ковш интенсивно за время не более 40 с заполняется расплавом чугуна с направлением струи в свободную (носковую) часть днища ковша.
Выполнение условия быстрого наполнения ковша расплавом чугуна обусловлено тем, что «плавящийся» контейнер, изготовленный из листовой стали толщиной 1,5…2,0 мм, расплавляется достаточно быстро, а скорость реакции расплава чугуна с модификатором высока. Однако самая активная фаза реакции расплава чугуна с модификатором при данном способе модифицирования протекает менее интенсивно, чем при «сэндвич-процессе», и не сопровождается сильным вскипанием и барботажем, что подтверждено визуальной оценкой протекания процесса. Иначе разработанный способ ковшового модифицирования расплава чугуна легкими магнийсодержащими лигатурами может быть назван как «сэндвич-процесс с плавящимся реакционным карманом».
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемый способ получения высокопрочных чугунов с шаровидной и вермикулярной формой графита ковшовым модифицированием легкими лигатурами неизвестен и явным образом не следует из изученного уровня техники, то есть соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемый способ модифицирования может быть использован в условиях чугунолитейного производства и соответствует критерию «промышленная применимость».
Результаты анализа состава, структуры и свойств отливок деталей из высокопрочного чугуна марок ВЧ50 (2101-2402018 «Картер редуктора заднего моста» и 2101-3103015 «Ступица переднего колеса») и Gh56-40-05 (2108-2303018 «Коробка дифференциала») (таблицы 1, 2), полученных посредством контейнерного модифицирования модификатором ФСМг6, показали их полное соответствие нормативно-техническим требованиям к материалу отливок.
Таблица 1
Ковшовой химический состав чугуна в отливках, %<sub>мас.</sub>
Содержание химических элементов, %<sub>мас.</sub>
Отливка
Mg<sub>ocт</sub>
С
Si
Mn
P
S
Cr
Сu
Ni
Sn
2108-2303018 «Коробка дифференциала»
0,016
0,006
0,050
0,017
0,045
3,52
2,65
0,52
0,35
0,33
0,017
0,007
0,050
0,017
0,042
3,40
2,58
0,52
0,35
0,33
2101-3103015 «Ступица переднего колеса»
3,67
2,58
0,51
0,020
0,006
0,058
0,45
0,28
0,015
0,051
2101-2402018 «Картер редуктора заднего моста»
3,70
2,66
0,53
0,021
0,008
0,064
0,23
0,31
0,020
0,037
Таблица 2
Микроструктура и механические свойства чугуна в отливках
Микроструктура (по ГОСТ 3443-87)
Отливка
σ<sub>в</sub>, кг/мм<sup>2</sup>
δ, %
НВ<sub>5/750/10</sub>
2108-2303018 «Коробка дифференциала»
65
12
222…234
ШГф5, ШГф4, ШГ90, ШГд45; Пт1, П45
2101-3103015 «Ступица переднего колеса»
-
-
249*
ШГф5, ШГф4, ШГ90, ШГд45; Пт1, ГГ70
2101-2402018 «Картер редуктора заднего моста»
-
-
187
ШГф5, ШГф4, ШГ90, ШГд45; Пт1, Ф80
*) Твердость по Бринеллю отливок без отжига.