МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ
MODIFYING MIXTURE

Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицирующей смеси для обработки антифрикционного чугуна доэвтектического состава, и может быть использовано в массовом производстве деталей моторной группы автотранспорта и других машиностроительных отливок.
Известна модифицирующая смесь (а.с. СССР №740837, С21С 1/00, 1980 г.), содержащая, мас.%:
Силикобарий
10-30
Силикомишметалл
10-30
Силикокальций
10-29
Известь
15-30
Магний
1-5
Корунд
5-10
Плавиковый шпат
5-10
Модифицирующие компоненты этой смеси недостаточно усваиваются расплавом и не обеспечивают повышение износостойкости, антикоррозионных и эксплуатационных свойств чугунов в отливках.
Известна также модифицирующая смесь для чугунов (Патент ПНР №113556, С22С 35/00, 1982 г.) следующего состава мас.%:
Ферросилиций
60-80
Силикокальций
10-30
Флюс или графит
1-20
Известная смесь не обеспечивает существенного измельчения структуры и повышения механических, служебных свойств и трещиностойкости чугуна в отливках.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является модифицирующая смесь для чугуна (SU 1232688 А1, С21С 1/10, 23.05.1986), содержащая карбидообразующую составляющую, графитизирующую составляющую и борную кислоту, отличающуюся тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна и сокращения продолжительности его отжига, она в качестве карбидообразующей составляющей содержит в совокупности борную кислоту и окись меди, а в качестве графитизирующей - силикобарий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись меди
20-30
Борная кислота
50-60
Силикобарий
10-30
При использовании этой модификации чугуна отмечаются недостаточные антифрикционные свойства и трещиностойкость.
Задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств и трещиностойкости модифицированного чугуна в отливках.
Поставленную задачу решает модифицирующая смесь для обработки антифрикционного чугуна, содержащая карбидообразующую составляющую (силикобарий) и графитизирующую, содержащую в совокупности борную кислоту и окись меди, при этом дополнительно содержит феррованадий, азотированный ферромарганец, ферроалюминий и ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись меди
12-20
Борная кислота
16-24
Силикобарий
6-13
Феррованадий
10-16
Азотированный ферромарганец
9-12
Ферроалюминий
12-20
Ферросилиций
12-18
Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в задаче изобретения.
Дополнительное введение в состав модифицирующей смеси феррованадия обеспечивает повышение дисперсности структуры, твердости чугуна и стабильности изотропной структуры, антифрикционных свойств и прочности чугуна, что способствует увеличению износостойкости, стойкости к пробуксовке и эксплуатационных свойств. Микролегирующий эффект феррованадия при его содержании до 10 мас.% недостаточен, не обеспечивается получение дисперсной изотропной структуры и повышение твердости, износостойкости и антифрикционных свойств чугуна, а при концентрации феррованадия более 16 мас.% увеличивается содержание карбидов ванадия по границам зерен, снижаются механические и антифрикционные свойства, трещиностойкость и износостойкость.
Содержание борной кислоты в модифицирующей смеси снижено 16-24 мас.%, так как при более высоком ее содержании снижаются характеристики антифрикционных свойств и трещиностойкости. При ее содержании до 16 мас.% недостаточны механические свойства чугуна.
Дополнительное введение ферросилиция стабилизирует процесс модифицирования и способствует измельчению структуры чугуна, повышению трещиностойкости, пластических и технологических свойств. При концентрации его до 12 мас.% снижаются графитизирующая способность смеси и стойкость модифицированного чугуна к образованию горячих трещин, задира при трении. А при концентрации его более 13 мас.% снижаются характеристики однородности структуры, пластичности, износостойкости и технологических свойств.
Ферроалюминий повышает трещиностойкость, стабильность коэффициента трения и технологических свойств модифицированных чугунов. Его содержание в смеси на нижнем пределе составляет 12 мас.%, выше которого улучшается однородность структуры, а ниже которого - ухудшаются антифрикционные и пластические свойства. При концентрации его более 20% характеристики технологических свойств, пластичности и эксплуатационных свойств чугуна снижаются.
Введение окиси меди в количестве 12…20 мас.% измельчает структуру чугуна, снижает коэффициент трения, повышает стойкость к задиру и технологические свойства. При концентрации окиси меди до 12 мас.% коэффициент трения, стойкость к задиру и технологические свойства недостаточны. Повышение содержания ее более 20 мас.% приводит усилению ликвации и снижению однородности структуры, предела выносливости при изгибе, технологических и эксплуатационных свойств в отливках.
Азотированный ферромарганец оказывает легирующее влияние и повышает модифицирующую способность смеси, измельчая зерно чугуна в отливках, повышает пластичность и технологические свойства. При концентрации его менее 9 мас.% модифицирующий эффект смеси недостаточен и технологические свойства чугуна низкие, а при увеличении его концентрации более верхних пределов увеличивается концентрация неметаллических включений по границам зерен и снижаются характеристики пластичности, трещиностойкости и эксплуатационных свойств.
Силикобарий оказывает раскисляющее и модифицирующее действие, повышая технологические свойства, трещиностойкость и пластичность. Верхний предел концентрации его 13 мас.% обусловлен увеличением угара и пористости, снижением стойкости к межкристаллитной коррозии, износостойкости и упруго-пластических свойств. При снижении концентрации его менее 6 мас.% ухудшается раскисляющая способность и снижаются однородность структуры, технологические и эксплуатационные свойства чугуна в отливках.
Модифицирующую смесь получают механическим смешиванием окиси меди, борной кислоты и силикобария с измельченными до фракции 0,5…5 мм ферросплавами. Модифицирующие смеси, перемешанные в течение 2…3 мин в бегунах, вводят в раздаточные ковши перед заливкой в них расплавленного чугуна в упакованном виде: в бумажных или полиэтиленовых пакетах, или в спрессованных цилиндрических таблетках в количестве 0,5% от массы заливаемого чугуна.
Составы модифицирующих смесей, использованных при опытных плавках чугуна, приведены в табл.1. В опытах использованы феррованадий ФВд50У0,6; ферромарганец ФМн78Н; ферроалюминий ФАл50 и ферросилиций ФС 75.
Опытные плавки чугуна, содержащего мас.%: 2,9…3,1 С; 1,8…2,0 Si; 0,5 Мп; 0,6 Сr; 0,06 Р и 0,1 S, производили в коксовых вагранках производительностью 5 т/ч с копильником. Выпуск чугуна из копильника в раздаточный ковш производили при температуре 1380…1410°С.
В табл.2 приведены механические и технологические свойства чугунов, полученные на стандартных цилиндрических образцах, технологических пробах и отдельных отливках.
Оценку коэффициента трения и износостойкости производили на кольцевых образцах на машине трения УМТ-1М в условиях установившегося режима трения.
Трещиностойкость определяли на звездообразных технологических пробах высотой 146 мм по общей суммарной длине трещин.
Как видно из таблицы 2, при модифицировании чугуна предложенной модифицирующей смесью в сравнении с известной достигается повышение трещиностойкости, износостойкости и антифрикционных свойств.
Таблица 1
Смесь
Содержание компонентов в модифицирующей смеси, мас.%
Окись меди
Борная кислота
Силикобарий
Феррованадий
Ферроалюминий
Азотированный ферромарганец
Ферросилиций
1
31
13
5
9
25
7
10
2
20
16
13
10
20
9
12
3
16
20
10
14
15
10
15
4
12
24
6
16
12
12
18
5
10
26
14
17
1
13
19
6
26
54
20
-
-
-
-
Изв
Таблица 2
Смесь
Кол-во присадки от массы чугуна,
Предел выносливости при изгибе,
Контактная выносливость,
Ударная вязкость,
Средний износ при трении,
Коэффициент трения
Трещиностойкость,
мас.%
МПа
МПа
Дж/см<sup>2</sup>
Г/м<sup>2</sup>·Гс
мм
1
0,5
542
522
23
385
0,47
6,6
2
0,5
553
525
25
340
0,41
5,5
3
0,5
575
540
30
321
0,45
4,2
4
0,5
568
534
28
338
0,46
3,8
5
0,5
546
520
24
373
0,48
6,2
6
0,5
540
518
22
391
0,52
7,1
(изв)