RU2040575C1

RU2040575C1 - Modifying agent for cast iron

Info

Publication number: RU2040575C1
Authority: RU
Inventors: О.Ю. Столяр
Original assignee: Камский политехнический институт
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: modifying agent for cast iron has, wt.-% silicon 10-40; magnesium 0.1-4.0; barium 1-8; manganese 1-18; carbon 0.1-2.0; cerium 0.2-1.6; calcium 0.5-3.0; aluminium 0.5-3.0; vanadium 0.5-10.0; copper 10-50; nickel 1-20; zirconium 1-10, and iron the rest. EFFECT: enhanced quality of agent. 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к литейному производству. The invention relates to ferrous metallurgy, namely to foundry.

Известны различные сплавы железа, кремния и магния [1]
Недостатком указанных сплавов является то, что чугун, полученный с их помощью, не обладает нужной износостойкостью.Various alloys of iron, silicon and magnesium are known [1]
The disadvantage of these alloys is that the cast iron obtained with their help does not have the necessary wear resistance.

Наиболее близкой по составу к заявляемому модификатору является лигатура [2] следующего химического состава, мас. Кремний 14,0-34,0 Марганец 40,0-75,0 Алюминий 0,1-5,0 Кальций 0,1-4,0 Магний 0,2-2,0 Углерод 0,2-2,0 Фосфор 0,05-0,4 Сера 0,01-0,04 Бор 0,1-3,0 Азот 0,03-3,0 Медь 0,02-10,0 Железо Остальное
Недостатком этого сплава является то, что чугун, полученный при его помощи, обладает недостаточно высокой износостойкостью.The closest in composition to the claimed modifier is the ligature [2] of the following chemical composition, wt. Silicon 14.0-34.0 Manganese 40.0-75.0 Aluminum 0.1-5.0 Calcium 0.1-4.0 Magnesium 0.2-2.0 Carbon 0.2-2.0 Phosphorus 0 , 05-0.4 Sulfur 0.01-0.04 Boron 0.1-3.0 Nitrogen 0.03-3.0 Copper 0.02-10.0 Iron Rest
The disadvantage of this alloy is that the cast iron obtained with its help has not enough high wear resistance.

Целью изобретения является повышение износостойкости чугуна. The aim of the invention is to increase the wear resistance of cast iron.

Цель достигается тем, что модификатор для чугуна, содержащий кремний, марганец, алюминий, кальций, магний, углерод, медь и железо, дополнительно содержит барий, церий, ванадий и никель при следующем соотношении компонентов, мас. Кремний 10,0-40,0 Магний 0,1-4,0 Барий 1,0-8,0 Марганец 1,0-18,0 Углерод 0,1-2,0 Церий 0,2-1,6 Кальций 0,5-3,0 Алюминий 0,5-3,0 Ванадий 0,5-10,0 Медь 10,0-50,0 Никель 1,0-20,0 Цирконий 1,0-10,0 Железо Остальное
Кальций вводят в предлагаемый модификатор в количестве 0,5-3,0 мас. для улучшения степени сфероидизации графита и повышения коррозионной стойкости и механических свойств чугуна за счет рафинирующего действия кальция и уменьшения не металлических включений в чугуне. При содержании кальция в модификаторе выше верхнего предела увеличивается шлакообразование при модифицировании чугуна, увеличивается содержание неметаллических включений и снижаются механические свойства и коррозионная стойкость чугуна. При содержании кальция в сплаве ниже нижнего предела он не оказывает влияния на структуру и свойства чугуна.The goal is achieved in that the modifier for cast iron, containing silicon, manganese, aluminum, calcium, magnesium, carbon, copper and iron, additionally contains barium, cerium, vanadium and nickel in the following ratio of components, wt. Silicon 10.0-40.0 Magnesium 0.1-4.0 Barium 1.0-8.0 Manganese 1.0-18.0 Carbon 0.1-2.0 Cerium 0.2-1.6 Calcium 0 5-3.0 Aluminum 0.5-3.0 Vanadium 0.5-10.0 Copper 10.0-50.0 Nickel 1.0-20.0 Zirconium 1.0-10.0 Iron Else
Calcium is introduced into the proposed modifier in an amount of 0.5-3.0 wt. to improve the degree of spheroidization of graphite and increase the corrosion resistance and mechanical properties of cast iron due to the refining action of calcium and reduce non-metallic inclusions in cast iron. When the calcium content in the modifier is above the upper limit, slag formation during the modification of cast iron increases, the content of non-metallic inclusions increases and the mechanical properties and corrosion resistance of cast iron decrease. When the calcium content in the alloy is below the lower limit, it does not affect the structure and properties of cast iron.

Алюминий вводят в модификатор в количестве 0,5-3,0 мас. для снижения склонности чугуна к отбелу и повышения механических свойств и коррозионной стойкости чугуна. При содержании элемента выше верхнего предела в лигатуре увеличивается склонность чугуна к пленкообразованию и снижаются механические свойства и коррозионная стойкость чугуна. При содержании алюминия меньше 0,5 мас. он не оказывает влияния на структуру и свойства чугуна. Aluminum is introduced into the modifier in an amount of 0.5-3.0 wt. to reduce the tendency of cast iron to bleach and improve the mechanical properties and corrosion resistance of cast iron. When the content of the element is above the upper limit in the ligature, the tendency of cast iron to film formation increases and the mechanical properties and corrosion resistance of cast iron decrease. When the aluminum content is less than 0.5 wt. it does not affect the structure and properties of cast iron.

Ванадий в количестве 0,5-10,0 мас. для повышения износостойкости и прочностных характеристик чугуна, за счет образования мелкодисперсных карбидов и карбонитридов, упрочнения твердого раствора и измельчения микроструктуры чугуна. При содержании в сплаве ванадия более 10,0 мас. приводит к тому, что в чугуне снижается твердость при закалке и усложняется технологический процесс получения отливок. Vanadium in an amount of 0.5-10.0 wt. to increase the wear resistance and strength characteristics of cast iron, due to the formation of finely dispersed carbides and carbonitrides, hardening of the solid solution and grinding of the microstructure of cast iron. When the content of the vanadium alloy is more than 10.0 wt. leads to the fact that in cast iron the hardness during hardening decreases and the technological process of producing castings is complicated.

Содержание меди в сплаве в интервале 10,0-50,0 мас. служит для повышения стойкости, износостойкости и прочностных характеристик чугуна за счет легирования твердого раствора медью и повышения склонности чугуна к перлитизации. При содержании меди в сплаве более 50 мас. повышается стоимость лигатуры, а экономически это не всегда целесообразно. При содержании меди в сплаве менее 10 мас. она практически не влияет на микроструктуру и свойства чугуна. The copper content in the alloy in the range of 10.0-50.0 wt. serves to increase the durability, wear resistance and strength characteristics of cast iron by alloying solid solution with copper and increase the tendency of cast iron to perlite. When the copper content in the alloy is more than 50 wt. increases the cost of ligatures, and economically it is not always advisable. When the copper content in the alloy is less than 10 wt. it practically does not affect the microstructure and properties of cast iron.

Концентрация марганца в модификаторе находится в интервале от 1 до 18 мас. для повышения износостойкости и прочностных характеристик получаемого сплава. За счет легирования твердого раствора марганцем образуются мелкодисперсные карбиды и увеличивается склонность чугуна к перлитизации. При содержании марганца в модификаторе более 18 мас. повышается склонность чугуна в отбелу и снижаются его механические свойства. При концентрации марганца в сплаве менее 1 мас. он не влияет на структуру и свойства чугуна. The concentration of manganese in the modifier is in the range from 1 to 18 wt. to increase the wear resistance and strength characteristics of the resulting alloy. Due to the alloying of the solid solution with manganese, finely dispersed carbides are formed and the tendency of cast iron to perlite increases. When the manganese content in the modifier is more than 18 wt. the tendency of cast iron to bleach increases and its mechanical properties decrease. When the concentration of manganese in the alloy is less than 1 wt. It does not affect the structure and properties of cast iron.

Верхний предел содержания кремния 40,0 мас. обусловлен повышением механических свойств чугуна за счет исключения образования структурносвободного цементита. The upper limit of the silicon content of 40.0 wt. due to the increase in the mechanical properties of cast iron by eliminating the formation of structure-free cementite.

Понижение содержания магния (0,1 мас.) в сплаве практически не влияет на температуру плавления и не обеспечивает глубокого раскисления металла. Увеличение содержания магния в сплаве более 4 мас. экономически не оправдано. Применение такого сплава при получении чугуна сопровождается большим пироэффектом и выбросами металла из ковша. A decrease in the magnesium content (0.1 wt.) In the alloy practically does not affect the melting temperature and does not provide deep deoxidation of the metal. The increase in magnesium content in the alloy is more than 4 wt. not economically justified. The use of such an alloy in the production of cast iron is accompanied by a large pyroelectric effect and metal emissions from the ladle.

Нижний предел содержания бария снижен до 1 мас. для повышения жидкотекучести чугуна за счет уменьшения склонности к пленкообразованию. The lower limit of barium content is reduced to 1 wt. to increase the fluidity of cast iron by reducing the tendency to film formation.

Нижний предел концентрации углерода, равный 0,1 мас. для уменьшения степени графитизации чугуна в толстостенных отливках и обеспечения требуемой износостойкости. The lower limit of carbon concentration equal to 0.1 wt. to reduce the degree of graphitization of cast iron in thick-walled castings and to provide the required wear resistance.

Верхний предел содержания церия 1,6 мас. необходим для получения включений графита в чугуне правильной формы. При его концентрации менее 0,2 мас. указанный эффект достигаться не будет. А при его содержании более 1,6 мас. в модификаторе в получаемом чугуне его остаточное содержание превысит оптимальное (0,005-0,002 мас.). The upper limit of the cerium content of 1.6 wt. it is necessary to obtain inclusions of graphite in regular shape cast iron. When its concentration is less than 0.2 wt. the specified effect will not be achieved. And with its content of more than 1.6 wt. in the modifier in the resulting cast iron, its residual content will exceed the optimum (0.005-0.002 wt.).

Никель оказывает перлитизирующее влияние на структуру металлической основы, повышает дисперсность перлита и выравнивает распределение структурных составляющих по сечениям, уменьшает склонность чугуна к отбелу. Присутствие никеля в чугуне с шаровидным графитом способствует повышению его износостойкости. При его концентрации в сплаве менее 1,0 мас. он не повышает износостойкость чугуна, а содержание его более 20 мас. в модификаторе экономические нецелесообразно. Nickel has a perlitizing effect on the structure of the metal base, increases the dispersion of perlite and evens out the distribution of structural components over sections, reduces the tendency of cast iron to bleach. The presence of nickel in nodular cast iron improves its wear resistance. When its concentration in the alloy is less than 1.0 wt. it does not increase the wear resistance of cast iron, and its content is more than 20 wt. in the modifier, economic is impractical.

При содержании в сплаве циркония 1,0-10,0 мас. у обработанного чугуна увеличивается устойчивость получения графита шаровидной формы, даже при отсутствии магния. Цирконий обладает повышенным сродством к сере и газам. Образующиеся нитриды циркония повышают износостойкость чугуна. При содержании в сплаве меньше 1 мас. циркония не обеспечивается требуемого количества дисперсных нитридов, измельчающих структуру сплава. Содержание в сплаве более 10 мас. циркония экономически нецелесообразно. When the content in the alloy of zirconium is 1.0-10.0 wt. the treated cast iron increases the stability of producing spherical graphite, even in the absence of magnesium. Zirconium has an increased affinity for sulfur and gases. The resulting zirconium nitrides increase the wear resistance of cast iron. When the content in the alloy is less than 1 wt. zirconium is not provided with the required amount of dispersed nitrides, grinding the alloy structure. The content in the alloy is more than 10 wt. zirconium is not economically feasible.

В лабораторных условиях модификатор выплавляли в индукционной печи с графитовым тиглем. В качестве шихтовых материалов использовали силицид магния, электролитическую медь, силикокальций, силикобарий, ферроцерий, феррованадий, углеродистый ферромарганец, металлический никель и силикоцирконий. In laboratory conditions, the modifier was smelted in an induction furnace with a graphite crucible. As charge materials, magnesium silicide, electrolytic copper, silicocalcium, silicobarium, ferrocerium, ferrovanadium, carbon ferromanganese, metallic nickel, and silico-zirconium were used.

Материалы вводят в печь в следующей последовательности: в тигле печи расплавляют металлический никель, электролитическую медь и алюминий. В жидкую ванну при 1500^оС вводят силикокальций, силикобарий, углеродистый ферромарганец, феррованадий, ферроцерий, силицид магния и силикоцирконий. Ванну выдерживают в течение 3-5 мин и после перемешивания и окончательного растворения всех компонентов расплавленный модификатор разливают по изложницам.The materials are introduced into the furnace in the following sequence: metallic nickel, electrolytic copper and aluminum are melted in the crucible of the furnace. In the liquid bath at 1500 ^C introduced silicocalcium, silikobary, carbon ferromanganese, ferrovanadium, ferrocerium silicide, magnesium and silikotsirkony. The bath is kept for 3-5 minutes and after mixing and final dissolution of all components the molten modifier is poured into the molds.

Готовую лигатуру фракцией 20-100 мм испытывали при модифицировании жидкого чугуна. Оптимальная температура жидкого чугуна для модифицирования является 1430-1450^оС.The finished ligature with a fraction of 20-100 mm was tested when modifying molten iron. The optimum temperature of liquid cast iron for modification is 1430-1450 ^about C.

В идентичных лабораторных условиях было выплавлено три состава предлагаемого сплава (граничные и средние значения) и один состав сплава прототипа (средние значения). Химический состав сплавов приведен в табл.1. Under identical laboratory conditions, three compositions of the proposed alloy (boundary and average values) and one composition of the prototype alloy (average values) were smelted. The chemical composition of the alloys is given in table 1.

Износостойкость чугуна определялась скоростью потери массы испытуемого образца при трении скольжении в паре с закаленным диском (Ст. 45). Результаты испытания приведены в табл.2. The wear resistance of cast iron was determined by the rate of mass loss of the test sample during sliding friction paired with a hardened disk (Art. 45). The test results are shown in table.2.

Claims

MODIFIER FOR CAST IRON containing silicon, manganese, aluminum, calcium, magnesium, carbon, copper and iron, characterized in that it additionally contains barium, cerium, vanadium, nickel and zirconium in the following ratio of components, wt.

Silicon 10.0 40.0
Magnesium 0.1 4.0
Barium 1.0 8.0
Manganese 1.0 18.0
Carbon 0.1 2.0
Cerium 0.2 1.6
Calcium 0.5 3.0
Aluminum 0.5 3.0
Vanadium 0.5 10.0
Copper 10.0 50.0
Nickel 1.0 20.0
Zirconium 1.0 10.0
Iron Else