МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЧУГУНА
MODIFYING MIXTURE FOR CAST-IRON

Изобретение относится к области металлургии в частности, к модифицирующим смесям для микролегирования и модифицирования высокопрочных чугунов, работающих в условиях абразивного и фрикционного изнашивания, используемых для изготовления литых деталей механизмов трения.
Известна модифицирующая смесь для обработки жидкого чугуна (а.с. СССР №1254048, МПК C22C 35/00, 1986), содержащая, мас.%:
Ферросилиций
25-30
Силикокальций
30-40
Графит
остальное.
Однако при использовании этой модифицирующей смеси отмечается низкая усвояемость. Малый по времени (до 10 минут) модифицирующий эффект, структура чугуна крупнозернистая (ПД 1,4-ПД 1,6), что является препятствием для получения высоких технологических и механических свойств чугуна в отливках.
Известна так же модифицирующая смесь для обработки жидкого чугуна (патент BY №9935, МПК C22C 35/00, 2007), содержащая, мас.%:
Ферросилиций
25-40
Ферросплав, содержащий 6,5-8,5% магния
25-40
Графит измельченный
остальное.
При использовании этой модифицирующей присадки не достигается существенного измельчения структуры, повышения фрикционных свойств чугуна в отливках, создается неблагоприятный пироэффект.
По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близкой к предложенной является модифицирующая смесь для чугуна (а.с. №1239162, МПК C22C 35/00, 1986, прототип), содержащая, мас.%:
Магний
12-17
Графит
15-28
Борный ангидрид
12-17
Гидрид кальция
8-14
Ферросилиций
остальное
2
-8
Эта модифицирующая смесь изготавливается простым перемешиванием компонентов в лабораторных бегунах. После обработки чугуна содержание углерода и магния в нем повышается, а структура чугуна в отливках содержит 85-90% перлита, 10-15% феррита. Механические свойства модифицированного чугуна: предел прочности при растяжении 820-850 МПа, ударная вязкость 32-35 Дж/см, относительное удлинение 7-8% и интенсивность изнашивания в агрессивных средах (0,59-0,68)·10 циклов. Степень усвоения магния 35-40%. Расход модификатора составляет 1,0-1,4% от массы чугуна.
Недостатком известной модифицирующей смеси является нестабильность модифицирующего эффекта, низкие износостойкость и фрикционные свойства чугуна в отливках.
Задачей данного технического решения является повышение стабильности модифицирующего эффекта, износостойкости и фрикционных свойств чугуна.
Поставленная задача решается тем, что модифицирующая смесь для чугуна, содержащая магний, графит, борный ангидрид, гидрид кальция и ферросилиций, дополнительно содержит нитрид бора и феррофосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний
12-17
Графит
15-20
Борный ангидрид
12-15
Гидрид кальция
7-11
Нитрид бора
10-20
Феррофосфор
8-12
Ферросилиций
остальное
Дополнительное введение нитрида бора в количестве 10-20 мас.% увеличивает количество центров кристаллизации в чугуне, измельчает структуру, повышает износостойкость и эффект модифицирования, что обеспечивает повышение прочностных и фрикционных свойств модифицированного чугуна. При концентрации нитрида бора менее 10 мас.% износостойкость и фрикционные свойства недостаточны, а при увеличении их более 20 мас.% увеличивается угар, снижается стабильность модифицирования, упруго-пластических свойств и износостойкости.
Введение феррофосфора в количестве 8-12 мас.% связано с его положительным влиянием на износостойкость, коэффициент трения и другие фрикционные свойства чугуна. При концентрации феррофосфора менее 8 мас.% увеличивается содержание феррита в структуре чугуна и снижается износостойкость, а при содержании феррофосфора более 12 мас.% снижаются характеристики удароустойчивости и упруго-пластических свойств чугуна.
Проведены исследования процессов модифицирования порошковыми магнийсодержащими смесями и производства литых деталей заливкой модифицированного чугуна в песчано-глинистые формы с анализом качества чугунов в отливках в лабораторных условиях. Плавка чугуна проводилась в открытой индукционной печи методом переплава.
2
3
2
Для изготовления модифицирующих смесей использовали измельченный графит, порошок магния Мг1, измельченный ферросилиций Фс-75, борный ангидрид (BO), порошок гидрида кальция (CaH), феррофосфор (ФФ) и нитрид бора (BN), которые перемешивали в лабораторных бегунах в течение 1-3 минут.
В табл.1 приведены составы смесей, используемых при модифицировании чугуна известными и предложенными составами.
Известную модифицирующую смесь состава 1 вводили в чугун в количестве 1,2% от массы чугуна; смеси предложенного состава 2,3 и 4 в количестве 0,35; смесь состава 5 в количестве 1,0% и состава 6 в количестве 0,6% от массы расплава. Температура чугуна при модифицировании составляла 1410±20°С.
Порошковые смеси использовали при модифицировании чугунов, выпускаемых в раздаточный ковш и содержащих 3,0-3,5% углерода; 0,6-0,8% марганца; 0,1-0,2% хрома; до 0,6% фосфора; 0,05-0,1% никеля; 0,01-0,03% азота; 0,1% серы. Углеродный эквивалент в чугунах при модифицировании известной смесью был 4,2% (состав 1).
Из модифицированного чугуна отливали образцы для механических и технологических испытаний и технологические пробы. Механические свойства чугуна определяли на литых образцах и стандартных пробах по результатам 3-4 измерений. Оценку структуры производили по ГОСТ 3443-87.
В табл.2 приведены данные об особенностях модифицирования, усвоения модифицирующих компонентов, механические и фрикционные свойства модифицированных чугунов в отливках.
Как видно из табл.2, износостойкость, механические и пластические свойства чугуна, обработанного при температуре 1410±20°С модифицирующей смесью предложенного состава, значительно выше, чем при обработке модифицирующей смесью базового состава 1 и составов 5 и 6, содержание компонентов в которых выходит за предложенные пределы.
Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемой модифицирующей смеси для чугуна обуславливается снижением расхода модификатора в 2-3 раза и повышением износостойкости и служебных свойств.
Таблица 1
Наименование компонентов
Содержание компонентов в модифицирующей смеси, мас.% (ферросилиций - остальное)
1 (Изв.)
2
3
4
5
6
Магний
12
12
15
17
11
18
Графит
26
15
17
20
22
11
Борный ангидрид
16
12
14
15
11
16
Гидрид кальция
14
7
9
11
5
14
Нитрид бора
-
10
19
20
7
21
Феррофосфор
-
8
9
12
7
13