СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
METHOD OF ELECTROSLAG SPUN CASTING

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок с повышенными механическими и служебными свойствами.
Известен способ изготовления отливок методом электрошлакового центробежного кокильного литья, включающий расплавление металла электрошлаковым методом, накопление расплава в тигле, раскисление и заливку в литейную форму под действием центробежных сил / Патон Б.Е., Медовар Б.И., Бойко Г.А. Электрошлаковое литье. - Киев: Наукова думка, 1980, 192 с./.
Недостатком данного способа является формирование отливки с грубой макро- и микроструктурой в результате дезактивации потенциальных центров кристаллизации во время электрошлакового переплава шихты.
Известен способ изготовления отливок методом электрошлакового центробежного кокильного литья, включающий расплавление металла электрошлаковым методом, накопление расплава в тигле, раскисление, модифицирование лигатурой, содержащей редкоземельные, щелочноземельные металлы и заливку в литейную форму под действием центробежных сил /Специальные способы литья: Справочник / В.А.Ефимов, Г.А.Анисович, В.Н.Бабич и др.; Под общей ред. В.А.Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991. - 436 с./.
Недостатком данного способа является формирование отливки с грубой макро- и микроструктурой. Применение в качестве модификатора лигатур, содержащих редкоземельные и щелочноземельные металлы, приводит лишь более глубокому раскислению расплава. При этом не происходит образование эффективных центров кристаллизации для матрицы сплава и избыточных фаз, что не позволяет формирование структуры, обеспечивающей высокий уровень механических и служебных свойств.
Задачей изобретения является повышение механических свойств отливок.
Данный технический результат достигается тем, что способ электрошлакового центробежного литья, включающий расплавление металла электрошлаковым способом, накопление расплава в тигле, его раскисление, модифицирование, микролегирование и заливку в литейную форму под действием центробежных сил, причем расплав микролегируют молибденом, а раскисление и модифицирование осуществляют ванадием, редкоземельными (РЗМ) и/(или) щелочноземельными металлами (ЩЗМ), вводимыми в расплав в следующем количестве, вес.%:
Молибден
- 0,05-0,2
Ванадий
- 0,01-0,1
РЗМ и (или) ЩЗМ
- 0,01-0,1
Ввод в расплав лигатуры с редкоземельными, щелочноземельными металлами в выбранных пределах обеспечивает его глубокое раскисление, что создает оптимальные условия для ввода лигатур, содержащих молибден, ванадий. Ввод молибдена и ванадия в выбранных пределах позволяет синтезировать в расплаве нитриды, карбиды, карбонитриды, являющиеся эффективными инокуляторами для матрицы сплава и избыточных фаз. Ввод лигатур нижевыбранных пределов не обеспечивает формирование достаточного количества центров кристаллизации. Увеличение количества вводимой добавки вышевыбранных пределов приводит к укрупнению данных инокуляторов и снижению их модифицирующей способности по отношению избыточных фаз.
Предлагаемый способ опробовали при изготовлении кольцевых заготовок из сталей 20Л и 25Л. Металл плавили на установке типа УШ129 с использованием расходуемых электродов, сваренных из отходов металлопроизводства. Металл после раскисления ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, в количестве 0,15% каждой добавки, модифицировали по известному и предложенному способу. После ввода добавки для их равномерного усвоения расплав выдерживали и выпускали в металлическую форму, установленную на машину центробежного литья с вертикальной осью вращения. Из полученной кольцевой заготовки вырезали образцы для исследования микро- и макроструктуры и анализа механических свойств. Заготовки подвергали термообработке по режиму «улучшение». Испытание на механические свойства проводили на универсальной разрывной машине УМЭ-10Т. Уровень ударной вязкости при комнатной и отрицательной температуре определяли на копре КМ-30. Размер, форму и количество избыточных фаз исследовали на металлографическом микроскопе МИМ-8М по известным методикам.
Результаты испытаний образцов, приведенных в таблице, показали, что предлагаемый способ изготовления позволяет измельчить перлитно-ферритную микроструктуру в 1,5-2 раза при глобуляризации включений перлита. В результате этого происходит повышение прочности на 10-20%, пластичности на 10-20% при увеличении ударной вязкости KCU при -60°С в 1,5-2 раза.
Ожидаемый экономический эффект от использования предложенного модификатора рассчитывали из условия повышения механических свойств отливок из модифицированной стали, что позволяет снизить толщину стенок отливок без ухудшения их конструктивной прочности.
Анализ эксплуатационных характеристик отливок из сталей 20Л и 25Л показал, что повышение механических свойств в указанных пределах позволяет снизить вес отливок на 10-15%, что равноценно увеличению выпуска литья при равных расходах на 10%. Учитывая, что отпускная цена литья из стали 20Л и 25Л в среднем составляет 85 тыс. рублей на тонну, то экономический эффект составит 8,5 тыс. рублей на тонну годного литья.
Применение предложенной технологии при литье отливок из среднеуглеродистых сталей расширяет область применения данных заготовок для изделий, работающих в условиях «Крайнего Севера».
Таблица
Способ изготовления
сталь
Добавки, %
Механические свойства
KCU, кДж/м<sup>2 </sup>при -60°С
Размер перлита L, мкм
Мо
V
РЗМ и (или) ЩЗМ
Gв, МПа
Gt, МПа
δ, %
ψ,%
Предлагаемый
20 Л
0,01
0,005
0,005 Се
470
285
26
55
11,3
3,8
20 Л
0,25
0,12
0,12 Се
480
290
28
60
15,2
3,4
20 Л
0,05
0,01
0,01 Се
510
346
26
60
16,3
3
20 Л
0,2
0,1
0,1 Се
527
402
31
72
18,4
3,1
20 Л
0,07
0,02
0,02 Са
505
367
30
74
20,4
2,6
25 Л
0,1
0,04
0,04 Ва
569
350
37
73
18,3
1,8
25 Л
0,13
0,06
0,06 Се + Са
548
408
28
67
16,3
2
25 Л
0,16
0,08
0,08 Са + Ва
532
387
24
60
17,7
2,1
По прототипу
20 Л
-
-
0,1 Се
445
230
26
55
10,2
4,2
25 Л
-
-
0,05 Са
460
265
24
50
8,7
4,5