[go: up one dir, main page]

RU2841804C1 - Modifying mixture for cast iron - Google Patents

Modifying mixture for cast iron Download PDF

Info

Publication number
RU2841804C1
RU2841804C1 RU2024120021A RU2024120021A RU2841804C1 RU 2841804 C1 RU2841804 C1 RU 2841804C1 RU 2024120021 A RU2024120021 A RU 2024120021A RU 2024120021 A RU2024120021 A RU 2024120021A RU 2841804 C1 RU2841804 C1 RU 2841804C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cast iron
graphite
ladle
mixture
aspiration
Prior art date
Application number
RU2024120021A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Чайкин
Original Assignee
Андрей Владимирович Чайкин
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Владимирович Чайкин filed Critical Андрей Владимирович Чайкин
Application granted granted Critical
Publication of RU2841804C1 publication Critical patent/RU2841804C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy; foundry production.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and can be used for out-of-furnace graphitizing treatment of melts of grey and high-strength cast irons. Mixture contains ferrosilicon aspiration dust obtained during crushing thereof and graphite aspiration dust obtained during mechanical treatment of graphitised electrodes, with the following ratio of components, wt. %: ferrosilicon aspiration dust 35-65, graphite aspiration dust 35-65.
EFFECT: improving graphitizing ability of modifying agent and hardness of cast iron in various sections of casting, as well as stability and homogeneity of microstructure.
1 cl, 3 tbl, 11 dwg

Description

Наиболее распространенным по достигаемому результату с предлагаемым модификатором является сплав железа с кремнием - ферросилиций. [Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. - Л.: Машиностроение, 1996. - 562 с.]. Для модифицирования используется ферросилиций высоких марок: ФС65, ФС 75. Недостатками указанного модификатора являются необходимость предварительного дробления модификатора, пыление при модифицировании, большая погрешность в дозировании, а также повышенный расход ферросилиция и низкая его живучесть в расплаве.The most common in terms of the achieved result with the proposed modifier is an alloy of iron with silicon - ferrosilicon. [Girshovich N.G. Crystallization and properties of cast iron in castings. - L.: Mechanical Engineering, 1996. - 562 p.]. High-grade ferrosilicon is used for modification: FS65, FS 75. The disadvantages of this modifier are the need for preliminary crushing of the modifier, dusting during modification, large errors in dosing, as well as increased consumption of ferrosilicon and its low viability in the melt.

Перспективным направлением модифицирования чугунов является применение смесевых модификаторов. Смесевые реагенты экологически безопасны, дают преимущества в точности дозирования материала, не требуют операции плавления при производстве и имеют более низкую себестоимость, чем плавленые материалы. [Кобелев Н.И. Смесевые модификаторы для чугунов / Н.И. Кобелев, А.В. Козлов, С.С. Зуйков [и др.] // Литейное производство. - 1989. - № 12. - С. 6 - 8]. За рубежом идут по пути ввода в смесевые модификаторы для чугунов свободного C или SiC, создающих при контакте с жидким чугуном зародыши графита, которыеостаются устойчивыми в течении продолжительного времени и существенно увеличивают время действия модификатора [Леках С.Н. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении / С.Н. Леках, Н.И. Бестужев. - Мн.: Навука и тэхнiка, 1992. - 269 с.]. A promising direction for modifying cast irons is the use of mixed modifiers. Mixed reagents are environmentally friendly, provide advantages in the accuracy of material dosing, do not require a melting operation during production and have a lower cost than molten materials. [Kobelev N.I. Mixed modifiers for cast irons / N.I. Kobelev, A.V. Kozlov, S.S. Zuikov [et al.] // Foundry production. - 1989. - No. 12. - Pp. 6 - 8]. Abroad, they are following the path of introducing free C or SiC into mixed modifiers for cast irons, which create graphite nuclei upon contact with liquid cast iron, which remain stable for a long time and significantly increase the time of action of the modifier [Lekakh S.N. Out-of-furnace processing of high-quality cast irons in mechanical engineering / S.N. Lekakh, N.I. Bestuzhev. - Mn.: Navuka and technology, 1992. - 269 p.].

Наиболее близким по технической сущности, общим признакам и достигаемому результату является Модифицирующая смесь [RU 2373290] для модифицирования серого чугуна, содержащая высокодисперсный порошок кремния, образованного при производстве органогалогенсиланов, и графит, отличающаяся тем, что графит используется в виде подвергнутого температурной обработке выше 5000°С и тонкому помолу искусственного графита при следующем соотношении компонентов, мас.%: ферросилиций 35-65; графит 35 - 65.The closest in technical essence, general features and achieved result is the Modifying mixture [RU 2373290] for modifying gray cast iron, containing highly dispersed silicon powder formed during the production of organohalogenosilanes, and graphite, characterized in that the graphite is used in the form of artificial graphite subjected to temperature treatment above 5000°C and fine grinding in the following ratio of components, wt.%: ferrosilicon 35-65; graphite 35 - 65.

Недостатком данного технического решения является то, что в последнее время изменилась технология производства органогалогенсиланов, которая не предусматривает образования высокодисперсного порошка кремния и этот материал становится все более дефицитным. Кроме того, искусственный графит, подвергнутый специальной обработке, дорогостоящий. И, наконец, модифицирующая смесь не стимулирует вовлечение отходов производства в процесс получения модификатора.The disadvantage of this technical solution is that the technology for producing organohalogenosilanes has recently changed, which does not provide for the formation of highly dispersed silicon powder, and this material is becoming increasingly scarce. In addition, artificial graphite subjected to special treatment is expensive. And finally, the modifying mixture does not stimulate the involvement of production waste in the process of obtaining the modifier.

Вместе с тем, в настоящее время в машиностроительной отрасли сохраняется острая необходимость переработки отходов металлургического производства, в том числе отходов производства ферросилиция и графитовых изделий. Для решения экологических проблем строятся новые современные аспирационные системы, в которых более 90 % мелких фракций улавливаются фильтрами. Оновная часть аспирационной пыли подлежит захоронению, что сопровождается значительными финансовыми затратами. Поэтому вовлечение ее в производство весьма актуально.At the same time, there is currently an urgent need in the machine-building industry to process metallurgical waste, including waste from the production of ferrosilicon and graphite products. To solve environmental problems, new modern aspiration systems are being built, in which more than 90% of small fractions are captured by filters. The main part of the aspiration dust is subject to burial, which is accompanied by significant financial costs. Therefore, its involvement in production is very important.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание простой в изготовлении модифицирующей смеси. При реализации заявляемого изобретения достигаемый технический результат заключается: а) в вовлечении в технологический процесс изготовления смесей аспирационных отходов ферросилиция (ФС) высоких марок, б) в вовлечении в производственный процесс аспирационных отходов образующихся при механической обработке графитовых изделий. Смесь, содержащая 35% графита и 65% ФС, используется для модифицирования чугуна, близкого по своему составу к эвтектическому. При таком соотношении компонентов складывается наиболее благоприятная синергетика процесса модифицирования. По мере снижения углеродного эквивалента соотношение компонентов меняется. Содержание графита увеличивается, а ФС уменьшается.The task, which the proposed invention is aimed at solving, is to create a modifying mixture that is easy to manufacture. When implementing the claimed invention, the technical result achieved consists of: a) involving high-grade ferrosilicon (FS) aspiration waste in the technological process of manufacturing mixtures, b) involving aspiration waste generated during mechanical processing of graphite products in the production process. A mixture containing 35% graphite and 65% FS is used to modify cast iron, which is close in composition to eutectic. With such a ratio of components, the most favorable synergetics of the modification process is formed. As the carbon equivalent decreases, the ratio of components changes. The graphite content increases, and FS decreases.

При изготовлении смесевых модификаторов для устранения цементита в структуре чугуна важно использовать компонент, кристаллографические параметры которого будут максимально тождественны графиту, выделяющемуся в жидком чугуне при кристаллизации. Таким компонентом является углерод - основная составляющая графита. Таким образом, графит является универсальным и пригодным для изготовления присадок при производстве чугунного литья. В РФ много графитов как естественных, так и искусственных. Однако все они отличаются повышенной зольностью и высоким содержанием серы, что существенно снижает эффективность модифицирования чугуна. Поэтому нужна специальная обработка графита, резко снижающая в нем количество S и золы, а также обеспечивающая диспергирование частиц графита. Таким требованиям отвечают графитизированные электроды (ГОСТ Р 56973), которые являются важным элементом электродуговых печей при производстве стали и сплавов. Они поддерживают горение дуги между торцами электродов и металлом, и в определенной степени лимитируют производительность электропечных агрегатов. Современные электроды производят только из низкосернистых и малозольных графитов. Все электроды и соединительные нипеля подвергают механической обработке. Для этой цели все чаще используются станки с ЧПУ. Во время обработки образуется большое количество пыли, что может иметь негативные последствия для оборудования и операторов. Поэтому на станках для обработки электродов устанавливается высокоэффективная аспирационная система. Средний размер аспирационной пыли графита составляет 13-21 мкм. When producing mixed modifiers to eliminate cementite in the cast iron structure, it is important to use a component whose crystallographic parameters will be as close as possible to the graphite released in liquid cast iron during crystallization. Such a component is carbon, the main component of graphite. Thus, graphite is universal and suitable for producing additives in the production of cast iron. There are many graphites in the Russian Federation, both natural and artificial. However, they all have high ash and sulfur content, which significantly reduces the efficiency of cast iron modification. Therefore, special processing of graphite is required, sharply reducing the amount of S and ash in it, and also ensuring dispersion of graphite particles. Graphitized electrodes (GOST R 56973), which are an important element of electric arc furnaces in the production of steel and alloys, meet these requirements. They maintain the arc burning between the ends of the electrodes and the metal, and to a certain extent limit the productivity of electric furnace units. Modern electrodes are made only from low-sulfur and low-ash graphites. All electrodes and connecting nipples are subjected to mechanical processing. For this purpose, CNC machines are increasingly used. During processing, a large amount of dust is generated, which can have negative consequences for the equipment and operators. Therefore, a highly efficient aspiration system is installed on electrode processing machines. The average size of aspiration dust of graphite is 13-21 µm.

На ферросплавных заводах монтируют современные аспирационные системы. При этом выбросы пыли в атмосферу, которая возникает при дроблении ферросилиция, улавливаются практически на сто процентов. Например, эксплуатация газоочистных аспирационных систем, включающих 21 фильтр в ОАО "Кузнецкие ферросплавы", позволяет очистить воздух на 99 %. Средний размер аспирационной пыли ФС составляет 17,12 мкм.Ferroalloy plants install modern aspiration systems. At the same time, dust emissions into the atmosphere, which occur during the crushing of ferrosilicon, are captured almost one hundred percent. For example, the operation of gas cleaning aspiration systems, including 21 filters at OJSC Kuznetsk Ferroalloys, allows air to be cleaned by 99%. The average size of FS aspiration dust is 17.12 microns.

Эффективность диспергирования компонентов для смесевых модификаторов подтвердили моделированием поведения частиц в расплаве чугуна при заполнении им полости литейной формы для чего использовали программу FLOW-3D .The efficiency of dispersion of components for mixed modifiers was confirmed by modeling the behavior of particles in the cast iron melt when it fills the cavity of the casting mold, for which the FLOW-3D program was used.

Для моделирования применили технологию формы ответственной железнодорожной отливки «клин фрикционный», изготавливаемой из чугуна СЧ30. В форме симметрично поместили четыре отливки (рис. 1), что дало возможность моделировать наполнение чугуном и модификатором 1/4 части литейной формы, т.е. одного клина фрикционного. For modeling, the technology of the mold of a responsible railway casting "friction wedge" made of cast iron SCh30 was used. Four castings were symmetrically placed in the mold (Fig. 1), which made it possible to model the filling of 1/4 of the casting mold with cast iron and modifier, i.e. one friction wedge.

Для математического моделирования процесса заполнения формы расплавом была использована система уравнений гидродинамики Навье-Стокса, дополненная уравнением неразрывности. For mathematical modeling of the process of filling the mold with melt, the Navier-Stokes system of hydrodynamic equations was used, supplemented by the continuity equation.

Добавили также уравнения Фурье, учитывающее перемещение тепловых потоков в форме, и Фурье-Кирхгофа для теплопереноса в металле. We also added the Fourier equation, which takes into account the movement of heat flows in the form, and the Fourier-Kirchhoff equation for heat transfer in metal.

Моделировали заливку чугуна марки СЧ30 со следующими теплофизическими свойствами: = 39 Вт/(м⋅К); = 841 Дж/(кг⋅К); = 7360 кг/м3; t зал = 1415 °С; t лик = 1230 °С; t сол = 1140 °С; Т заполнения формы 22 с. Форму изготавливали из песчано-глинистой смеси: t ф = 25 °С, = 0,712 Вт/(м⋅К); = 1133 Дж/(кг·К); = 1595 кг/м3; = 0,19 Вт/(м⋅К); = 0,29 мм. Основу смесевого модификатора составляют дисперсные частицы графита и ФС. Для каждого компонента выполняли индивидуальные расчеты. Произвели также расчеты для крупных кусочков ФС75, чтобы сравнить их поведение с дисперсными частицами. Размеры и плотность гранул в процессе заполнения формы чугуном принимались постоянными. Гранулы графита, ФС и ФС75 моделировали как идеальные сферы с параметрами равными их средним величинам в модификаторе. Средние диаметры гранул графита и ФС равны 13,21 и 17,12 мкм соответственно, ФС75 - 5,5 мм. Плотность материалов следующая: графит - 2,19 г/см3; ФС и ФС75 - 3,46 г/см3. Время заливки формы 22 секунды.We simulated the pouring of cast iron grade SCh30 with the following thermal and physical properties:= 39 W/(m⋅K);= 841 J/(kg⋅K);= 7360 kg/m3;t hall = 1415 °C;t face = 1230 °C;t Sol = 1140 °C;Tfilling the form 22 s. The form was made from a sand-clay mixture:t f = 25 °C,= 0.712 W/(m⋅K);= 1133 J/(kg K);= 1595 kg/m3;= 0.19 W/(m⋅K);= 0.29 mm. The basis of the mixed modifier is dispersed particles of graphite and FS. Individual calculations were performed for each component. Calculations were also made for large pieces of FS75 to compare their behavior with dispersed particles. The size and density of the granules during the process of filling the mold with cast iron were assumed to be constant. Graphite, FS and FS75 granules were modeled as ideal spheres with parameters equal to their average values in the modifier. The average diameters of graphite and FS granules are 13.21 and 17.12 μm, respectively, FS75 - 5.5 mm. The density of the materials is as follows: graphite - 2.19 g / cm3; FS and FS75 - 3.46 g/cm3. Form filling time is 22 seconds.

Анализ распределения гранул модификаторов проводили в наклонной и вертикальных стенках «клина фрикционного» в нижнем, среднем и верхнем его фрагментах во время подъема расплава и модификатора в отливке при заполнении формы. Порядок расположения частиц графита в отливке в процессе заполнения отливки жидким чугуном показан на рисунке 2.The distribution of modifier granules was analyzed in the inclined and vertical walls of the "friction wedge" in its lower, middle and upper fragments during the rise of the melt and modifier in the casting during the mold filling. The order of the graphite particles in the casting during the process of filling the casting with liquid cast iron is shown in Figure 2.

Как видно на рисунке 2, частицы графита равномерно распределялись по всему объему отливки на всех наблюдаемых высотах контролируемых стенок. Моделирование позволило выявить, что частицы графита и ФС в отливке в процессе заполнения формы ведут себя подобным образом, так как материалы близки по плотности и размерам. В результате можно с уверенностью утверждать, что выявленные закономерности расположения гранул будут соблюдаться и при применении смеси из ФС и графита. Частицы ФС и графита служат центрами кристаллизации в течение всего времени затвердевания отливки, что и обеспечивает отсутствие отбела в контролируемых стенках отливки. Отливка будет качественно модифицирована и с течением времени эффект модифицирования будет сохраняться, так как дисперсные частицы присадки практически не контролируются гравитацией. As can be seen in Figure 2, the graphite particles were uniformly distributed throughout the entire volume of the casting at all observed heights of the controlled walls. The simulation revealed that the graphite and FS particles in the casting behave similarly during the mold filling process, since the materials are close in density and size. As a result, it can be confidently stated that the identified patterns of granule arrangement will also be observed when using a mixture of FS and graphite. The FS and graphite particles serve as crystallization centers throughout the entire time of casting solidification, which ensures the absence of chill in the controlled walls of the casting. The casting will be qualitatively modified and the modification effect will be preserved over time, since the dispersed particles of the additive are practically not controlled by gravity.

По результатам моделирования, изображенным на рисунке 3 видно, что крупные гранулы ФС65 в отличие от дисперсных УСМ и КСМ сразу же всплывают на поверхность жидкого чугуна и в конце заполнения формы оказываются в основном в верхней стенке отливки. Эта стенка оказывается наиболее модифицированной. According to the simulation results shown in Figure 3, it is evident that large granules of FS65, unlike dispersed USM and KSM, immediately float to the surface of the liquid cast iron and at the end of the mold filling end up mainly in the upper wall of the casting. This wall turns out to be the most modified.

Таким образом, выбранное расположение отливок в форме определяет высокую вероятность возникновения отбела в наклонной и вертикальных стенках, что и подтвердил в дальнейшем производственный опыт.Thus, the selected arrangement of castings in the mold determines a high probability of the occurrence of chilling in the inclined and vertical walls, which was subsequently confirmed by production experience.

Моделированием показано, что для эффективного модифицирования необходимо наличие в модификаторе дисперсных частиц Si и C.Modeling has shown that for effective modification the presence of dispersed Si and C particles in the modifier is necessary.

Смесь для модифицирования серого чугуна приготавливается развешиванием расчетных доз компонентов в соответствии с предложенным количественным соотношением, тщательно перемешивается в смесителе, затем упаковывается в бумажные или полиэтиленовые пакеты. Вес пакетов зависит от массы обрабатываемого расплава, и определяется заказчиком. Количество смеси, вводимой в расплав, составляет 0,1 - 0,2 %, зависит от состава обрабатываемого чугуна, требуемого уровня механических свойств и оптимизируется экспериментальным путем. Пакеты помещаются на дно ковша перед заливкой его металлом или отдаются на струю. Это обеспечивает точность дозирования, отсутствие пыления и улучшает экологию литейного цеха. Кроме того, модификатор может вводиться вдуванием в расплав или закатанным в порошковую проволоку и другими известными способами.The mixture for modifying gray cast iron is prepared by weighing the calculated doses of components in accordance with the proposed quantitative ratio, thoroughly mixed in a mixer, and then packed in paper or polyethylene bags. The weight of the bags depends on the mass of the melt being processed and is determined by the customer. The amount of the mixture introduced into the melt is 0.1 - 0.2%, depends on the composition of the cast iron being processed, the required level of mechanical properties, and is optimized experimentally. The bags are placed on the bottom of the ladle before pouring it with metal or are given to the stream. This ensures accurate dosing, no dusting, and improves the ecology of the foundry. In addition, the modifier can be introduced by blowing into the melt or rolled into a powder wire and other known methods.

Пример 1.Example 1.

В ОАО «АвтоВаз» модифицировали отливку - 12101-3103015 «Ступица переднего колеса» из высокопрочного чугуна марки ВЧ50. Химический состав чугуна в канальной печи был следующий: C = 3,60%, Si = 1,97%, Mn = 0,40%, P = 0,019%, S = 0,010%, Cr = 0,072%, Ni = 0,15%, Cu = 0,24%, Sn = 0,018%. Температура расплава чугуна в печи - 1530°С. Емкость ковша 1200 кг. At AvtoVAZ OJSC, a casting was modified - 12101-3103015 "Front wheel hub" made of high-strength cast iron grade VCh50. The chemical composition of the cast iron in the channel furnace was as follows: C = 3.60%, Si = 1.97%, Mn = 0.40%, P = 0.019%, S = 0.010%, Cr = 0.072%, Ni = 0.15%, Cu = 0.24%, Sn = 0.018%. The temperature of the cast iron melt in the furnace is 1530°C. The ladle capacity is 1200 kg.

Ковш №1. Для проведения сфероидизирующего модифицирования использовали 4,8 кг (0,4 %) «тяжёлой» лигатуры Ni-Mg-Ce. Графитизирующее модифицирование проводилось смесью, состоящей из 35 % аспирационной пыли графита и 65 % пыли ФС. Такое соотношение выбрано, так как у чугуна был высокий углеродный эквивалент (3,6 % С). Количество смесевого модификатора 1,2 кг (0,1 %). Модификаторы вводили «под струю единой порцией». После этого ковш был передан на АФЛ СПО-4, была взята ковшевая проба металла на химический анализ: C = 3,66%, Si = 2,00%, Ni = 0,40%, Mg = 0,035%, содержание остальных элементов - см. анализ металла из печи. Температура начала разливки ковша - 1490°С. Ladle No. 1. For spheroidizing modification, 4.8 kg (0.4%) of the "heavy" Ni-Mg-Ce ligature were used. Graphitizing modification was carried out with a mixture consisting of 35% aspiration graphite dust and 65% FS dust. This ratio was selected because the cast iron had a high carbon equivalent (3.6% C). The amount of mixed modifier was 1.2 kg (0.1%). The modifiers were introduced "under the stream in a single portion". After that, the ladle was transferred to AFL SPO-4, a ladle sample of the metal was taken for chemical analysis: C = 3.66%, Si = 2.00%, Ni = 0.40%, Mg = 0.035%, the content of other elements - see the analysis of metal from the furnace. The temperature of the beginning of ladle pouring is 1490 ° C.

Ковш № 2. Все делалось аналогично, только графитизирующее модифицирование провели смесью в количестве 2,4 кг (0,2 %) Ladle No. 2. Everything was done similarly, only the graphitizing modification was carried out with a mixture in the amount of 2.4 kg (0.2%)

Анализ микроструктуры и механические свойства чугуна опытных отливок приведены в таблице 1. Микроструктура отливок показана на рис. 4-6. The analysis of the microstructure and mechanical properties of the cast iron of the experimental castings are given in Table 1. The microstructure of the castings is shown in Fig. 4-6.

Таблица 1 - Контролируемые параметры.Table 1 - Controlled parameters.

ОтливкаCasting МикроструктураMicrostructure НВ5/750/10 HB 5/750/10 σв, кгс/мм2 σ in , kgf/mm 2 Форма, распределение и размеры графитовых включенийShape, distribution and size of graphite inclusions Металлическая основаMetal base 11 Графит шаровидный, ССГ 85%Nodular graphite, SSG 85% Перлит пластинчатый - 60%, феррита 40%Lamellar pearlite - 60%, ferrite 40% 207207 7373 22 Графит шаровидный, ССГ 80%Nodular graphite, SSG 80% Перлит пластинчатый - 60%, феррита 40%Lamellar pearlite - 60%, ferrite 40% 197…207197…207 7070 Требования по
И 12011.37.101.66
Requirements for
And 12011.37.101.66
Графит шаровидный, ССГ не менее 80%Nodular graphite, SSG not less than 80% Металлическая основа - феррито-перлитная, цементит до 5%Metal base - ferrite-pearlite, cementite up to 5% 170…210170…210

Как видно из данных таблицы и рисунков 4, 5, введение в ковш материала смеси в количестве 1,2 кг (0,1 %) совместно с 4,8 кг (0,4 %) «тяжёлой» лигатуры Ni-Mg-Ce способом «под струю единой порцией» позволило получить марку ВЧ70 (σв = 73 кгс/мм2) с требуемой ССГ (85%), перлито-ферритной металлической матрицей и требуемой твёрдостью по Бринеллю (НВ 207). Модифицирование смесью в количестве 2,4 кг (0,2 %) позволило несколько снизить твёрдость чугуна (до 197 НВ) при сохранении прочности и показателей микроструктуры (ССГ и соотношения перлит/феррит, рисунок 6).As can be seen from the data in the table and figures 4 and 5, the introduction of the mixture material in the amount of 1.2 kg (0.1%) together with 4.8 kg (0.4%) of the "heavy" Ni-Mg-Ce ligature into the ladle using the "under the stream in a single portion" method made it possible to obtain the VCh70 grade (σ в = 73 kgf/mm 2 ) with the required Brinell hardness (85%), pearlite-ferrite metal matrix and the required Brinell hardness (HB 207). Modification with the mixture in the amount of 2.4 kg (0.2%) made it possible to slightly reduce the hardness of the cast iron (to 197 HB) while maintaining the strength and microstructure indicators (Brinell hardness and pearlite/ferrite ratio, figure 6).

Таким образом, получение отливок из высокопрочного чугуна высоких марок возможно за счёт ковшевого модифицирования смесевым модификатором в количестве 1,2 кг (0,1 %). Также следует отметить достаточно хорошее усвоение модифицирующей смеси в ковше при его введении способом «под струю единой порцией». Thus, it is possible to obtain castings from high-strength cast iron of high grades due to ladle modification with a mixed modifier in the amount of 1.2 kg (0.1%). It should also be noted that the modifying mixture is quite well absorbed in the ladle when it is introduced using the "under the stream in a single portion" method.

Пример 2Example 2

В ОАО «АвтоВаз» модифицировали отливку - 2101-1601093 «Диск сцепления нажимной» из серого чугуна перлитного класса марки СЧ26.At AvtoVAZ OJSC, they modified the casting - 2101-1601093 "Clutch pressure plate" made of pearlitic grey cast iron grade SCh26.

Химический состав чугуна в канальной печи был следующий: C = 3,31%, Si = 1,96%, Mn = 0,57%, P = 0,021%, S = 0,020%, Cr = 0,22%, Ni = 0,18%, Cu = 0,15%, Sn = 0,032%. Температура расплава чугуна в печи - 1460°С. Для модифицирования использован смесевой модификатор, состоящий из 50% аспирационной пыли графита и 50 % пыли ФС, что соответствует химическому составу С = 3,31%.The chemical composition of the cast iron in the channel furnace was as follows: C = 3.31%, Si = 1.96%, Mn = 0.57%, P = 0.021%, S = 0.020%, Cr = 0.22%, Ni = 0.18%, Cu = 0.15%, Sn = 0.032%. The temperature of the cast iron melt in the furnace was 1460°C. A mixed modifier consisting of 50% aspiration graphite dust and 50% FS dust was used for modification, which corresponds to a chemical composition of C = 3.31%.

1ковш. В ковш ёмкостью 1200 кг для проведения графитизирующего модифицирования подали смесевой модификатор в количестве 1,2 кг (0,1 %) под струю расплава единой порцией. После этого ковш был передан на АФЛ СПО-4, была взята ковшовая проба металла на химический анализ: C = 3,39%, Si = 1,92%, содержание остальных элементов - см. анализ металла из печи. 1 ladle. A mixed modifier in the amount of 1.2 kg (0.1%) was fed into a 1200 kg ladle for graphitizing modification under the melt stream in a single portion. After that, the ladle was transferred to AFL SPO-4, a ladle sample of metal was taken for chemical analysis: C = 3.39%, Si = 1.92%, the content of other elements - see the analysis of metal from the furnace.

Температура начала разливки чугуна - 1410°С. Величина отбела по клиновой пробе - 2,0 мм при нормативе 1,6…2,0 мм. Клиновая проба чугуна из печи - 4,3 мм (нормируемый диапазон 4…6 мм). Следовательно, эффективность ковшевого модифицирования серого чугуна модификатором в количестве 0,1 % должна быть удовлетворительная.The temperature of the cast iron start pouring is 1410°C. The chill value by wedge sample is 2.0 mm with the standard being 1.6…2.0 mm. The wedge sample of cast iron from the furnace is 4.3 mm (the standard range is 4…6 mm). Consequently, the efficiency of ladle modification of gray cast iron with a modifier in the amount of 0.1% should be satisfactory.

Из опытного ковша были залиты формы сразу после замера температуры.The molds were poured from the test ladle immediately after the temperature was measured.

Анализ микроструктуры и результаты определения механических свойств чугуна в отливках приведены в таблице 2. и на рисунках 7, 8.The analysis of the microstructure and the results of determining the mechanical properties of cast iron in castings are given in Table 2 and in Figures 7, 8.

Таблица 2 - Проверенные параметры.Table 2 - Tested parameters.

ОтливкаCasting МикроструктураMicrostructure НВ5/750/10 HB 5/750/10 σв, кгс/мм2 σ in , kgf/mm 2 Форма, распределение и размеры графитовых включенийShape, distribution and size of graphite inclusions Металлическая основаMetal base 11 ПГр8, ПГд4, ПГд5PGr8, PGd4, PGd5 Перлит пластинчатый, феррита до 10%,
цементит в виде сетки и в углу сечения на глубину до 5 мм (20%)
Lamellar pearlite, ferrite up to 10%,
cementite in the form of a mesh and in the corner of the section to a depth of 5 mm (20%)
224…229224…229 24,524.5
Требования по нормали FIAT-ВАЗ 52205Requirements for the standard FIAT-VAZ 52205 Тип ПГр1 - преобладает,Type PGr1 - predominates, Перлит пластинчатый, допускаются следы цементита (<1%)Perlite is lamellar, traces of cementite are allowed (<1%) 190…240190…240 ≥ 26≥ 26

Ковшевое модифицирование расплава чугуна смесью в количестве 0,1 % (1,2 кг), несмотря на удовлетворительную величину клиновой пробы - 2,0 мм - при регламентируемом диапазоне 1,6…2,0 мм, не обеспечило необходимое качество чугуна в отливке в силу ее конструктивных особенностей. В микроструктуре чугуна присутствует свободный цементит в виде сетки и в углу сечения на глубину 5 мм в количестве 10%, феррит в количестве ~ 10% (рисунок 8) и междендритный графит типа ПГр8 (рисунок 7). Низкое значение предела прочности чугуна на растяжение (24,5 кгс/мм2, фактическая марка - СЧ24 вместо СЧ26) связано с выделением свободного цементита в виде охрупчивающей сетки по границам перлитного зерна междендритного графита типа ПГр8 возникающей из-за конструктивных особенностей отливки, условий охлаждения и др. Одновременное присутствие в структуре чугуна феррита, перлита и цементита также указывает на его недостаточное модифицирование, так как требуемая структура должна быть представлена только перлитом, в которой допускаются небольшие следы феррита.Ladle modification of cast iron melt with a mixture in the amount of 0.1% (1.2 kg), despite the satisfactory value of the wedge sample - 2.0 mm - with a regulated range of 1.6 ... 2.0 mm, did not ensure the required quality of cast iron in the casting due to its design features. The microstructure of the cast iron contains free cementite in the form of a mesh and in the corner of the section to a depth of 5 mm in the amount of 10%, ferrite in the amount of ~ 10% (Figure 8) and interdendritic graphite of the PGr8 type (Figure 7). The low value of the tensile strength of cast iron (24.5 kgf/ mm2 , the actual grade is SCh24 instead of SCh26) is associated with the release of free cementite in the form of an embrittlement network along the boundaries of the pearlite grain of interdendritic graphite of the PGr8 type, which occurs due to the design features of the casting, cooling conditions, etc. The simultaneous presence of ferrite, pearlite and cementite in the structure of cast iron also indicates its insufficient modification, since the required structure should be represented only by pearlite, in which small traces of ferrite are allowed.

2 ковш. В ковш ёмкостью 1200 кг для проведения графитизирующего модифицирования подали смесевой модификатор в количестве 1,8 кг (0,15 %) под струю расплава единой порцией. После этого ковш был передан на АФЛ СПО-4, была взята ковшовая проба металла на химический анализ: C = 3,37%, Si = 1,90%, содержание остальных элементов - см. анализ металла из печи. 2 ladle. In a ladle with a capacity of 1200 kg, a mixed modifier in the amount of 1.8 kg (0.15%) was fed under the melt stream in a single portion to carry out graphitizing modification. After that, the ladle was transferred to AFL SPO-4, a ladle sample of metal was taken for chemical analysis: C = 3.37%, Si = 1.90%, the content of other elements - see the analysis of metal from the furnace.

Температура начала разливки чугуна - 1410°С. Величина отбела по клиновой пробе - 1,7 мм при нормативе 1,6…2,0 мм. Клиновая проба чугуна из печи - 4,1 мм (нормируемый диапазон 4…6 мм). Следовательно, эффективность ковшевого модифицирования серого чугуна модификатором в количестве 0,15 % также должна быть удовлетворительная.The temperature of the cast iron start pouring is 1410°C. The chill value by wedge sample is 1.7 mm with the standard of 1.6…2.0 mm. The wedge sample of cast iron from the furnace is 4.1 mm (the standard range is 4…6 mm). Therefore, the efficiency of ladle modification of gray cast iron with a modifier in the amount of 0.15% should also be satisfactory.

При модифицировании смесью в количестве 1,8 кг (0,15 %) качество структуры чугуна улучшилось: отсутствует цементит в виде сетки, глубина отбела в углу сечения уменьшилась с 5 до 1 мм, при снижении его распределения по площади с 20 до 10% (рисунок 10); содержание свободного феррита уменьшилось с 10 до 5%. Также было уменьшено количество междендритного графита типа ПГр8, преобладающей формой графита стал тип ПГр1 (рисунок 9). Но наличие небольшого количества цементита и графита ПГр8 свидетельствует о недомодифицировании чугуна.When modified with a mixture in the amount of 1.8 kg (0.15%), the quality of the cast iron structure improved: there is no cementite in the form of a mesh, the chill depth in the corner of the section decreased from 5 to 1 mm, with a decrease in its distribution over the area from 20 to 10% (Figure 10); the content of free ferrite decreased from 10 to 5%. The amount of interdendritic graphite of the PGr8 type was also reduced, the predominant form of graphite became the PGr1 type (Figure 9). But the presence of a small amount of cementite and PGr8 graphite indicates undermodification of the cast iron.

Ковш №3. В ковш ёмкостью 1200 кг для проведения графитизирующего модифицирования подали смесевой модификатор в количестве 2,4 кг (0,2 %) под струю расплава единой порцией. После этого ковш был передан на АФЛ СПО-4, была взята ковшовая проба металла на химический анализ: C = 3,38 %, Si = 1,89 %, содержание остальных элементов - см. анализ металла из печи. Ladle No. 3. A mixed modifier in the amount of 2.4 kg (0.2%) was fed into a 1200 kg ladle for graphitizing modification under the melt stream in a single portion. After that, the ladle was transferred to AFL SPO-4, a ladle sample of metal was taken for chemical analysis: C = 3.38%, Si = 1.89%, the content of other elements - see the analysis of metal from the furnace.

Температура начала разливки чугуна - 1410°С. Величина отбела по клиновой пробе - 1,6 мм при нормативе 1,6…2,0 мм. Клиновая проба чугуна из печи - 4,0 мм (нормируемый диапазон 4…6 мм). Следовательно, эффективность ковшевого модифицирования серого чугуна модификатором в количестве 0,2 % также должна быть удовлетворительная.The temperature of the cast iron start pouring is 1410°C. The chill value by wedge sample is 1.6 mm with the standard being 1.6…2.0 mm. The wedge sample of cast iron from the furnace is 4.0 mm (the standard range is 4…6 mm). Consequently, the efficiency of ladle modification of gray cast iron with a modifier in the amount of 0.2% should also be satisfactory.

При введении в ковш смеси в количестве 2,4 кг (0,2 %) полученные значения предела прочности на растяжение чугуна в отливках соответствуют марке СЧ26. Цементит в отливке отсутствует (рисунок 11). Твёрдость по Бринеллю чугуна заметно снизилась (с 224…229 до 197…207 НВ). Таким образом, введение 0,2% смесевого модификатора в ковш позволяет получить необходимое качество чугуна в отливке.When introducing 2.4 kg (0.2%) of the mixture into the ladle, the obtained values of the tensile strength of cast iron in the castings correspond to the SCh26 grade. There is no cementite in the casting (Figure 11). The Brinell hardness of the cast iron has noticeably decreased (from 224…229 to 197…207 HB). Thus, introducing 0.2% of the mixed modifier into the ladle allows obtaining the required quality of cast iron in the casting.

Пример 3Example 3

Модифицировали отливку «клин фрикционный» из чугуна марки СЧ30 на Чебоксарском агрегатном заводе (ЧАЗ). Технические условия на литые клинья регламентируют: σВ 300 МПа; НВ = 197 - 260. Требуемый химический состав чугуна приведен в таблице 3.The casting of the "friction wedge" from cast iron grade SCh30 was modified at the Cheboksary Aggregate Plant (ChAZ). The technical conditions for cast wedges regulate: σ B 300 MPa; HB = 197 - 260. The required chemical composition of the cast iron is given in Table 3.

Таблица 3. - Элементный состав чугуна СЧ30 для отливок «клин фрикционный»Table 3. - Elemental composition of cast iron SCh30 for "friction wedge" castings

Наименование изделияProduct name Элементный состав чугуна, % по массеElemental composition of cast iron, % by weight CC SiSi MnMn PP SS CrCr NiNi CuCu Не болееNo more Клин фрикционныйFriction wedge 3.0-3,23.0-3.2 1,3-1,91.3-1.9 0,7-1,00.7-1.0 0,20.2 0,120.12 0,40.4 0,40.4 0,40.4

Провели три экспериментальных плавки. Химический состав плавок приведен в таблице 4. Three experimental melts were carried out. The chemical composition of the melts is given in Table 4.

Таблица 4 - Химический состав чугунаTable 4 - Chemical composition of cast iron

№ экспериментальной плавкиExperimental melt no. Химический состав, % по массеChemical composition, % by weight CC MnMn SiSi CrCr NiNi CuCu SS 11 3,113.11 0,970.97 1,791.79 0,160.16 0,120.12 0,130.13 0,0590.059 22 3,133.13 0,950.95 1,761.76 0,140.14 0,130.13 0,150.15 0,0560.056 33 3,153.15 0,860.86 1,811.81 0,130.13 0,120.12 0,120.12 0,0570.057

Химический состав чугуна соответствовал требованиям НТД. Графитизирующее модифицирование расплава проводилось смесью, состоящей из 65 % аспирационной пыли графита и 35 % пыли ФС. Такое соотношение выбрано в связи с тем, что у чугуна был низкий углеродный эквивалент (3,11 - 3,15 % С). В ковш присаживали возрастающие присадки смесей от 0,1 до 0,2% от массы жидкого чугуна и для сравнения ФС75 в количестве 0,5 % и (таблица 5). The chemical composition of the cast iron complied with the requirements of the NTD. Graphitizing modification of the melt was carried out with a mixture consisting of 65% aspiration graphite dust and 35% FS dust. This ratio was chosen due to the fact that the cast iron had a low carbon equivalent (3.11 - 3.15% C). Increasing additives of mixtures from 0.1 to 0.2% of the mass of liquid cast iron and, for comparison, FS75 in an amount of 0.5% were added to the ladle (Table 5).

Таблиц 5 - Количество вводимых присадок Table 5 - Quantity of additives introduced

Тип
присадки
Type
additives
Величина присадок, % (кг)Additive value, % (kg)
ФС75FS75 (0,5) (2,5)(0.5) (2.5) СмесьMixture 0,1 (0,5)0.1 (0.5) СмесьMixture 0,15 (1)0.15 (1) СмесьMixture 0,2 (1,5)0.2 (1.5)

Модифицировали три плавки чугуна для отливок клин фрикционный. Результаты модифицирования присадками ФС75 и смесями представлены в таблице 6.Three cast iron melts were modified for friction wedge castings. The results of modification with FS75 additives and mixtures are presented in Table 6.

Таблица 6 - Результаты модифицирования экспериментальных плавок Table 6 - Results of modification of experimental melts

№ экспериментальной плавкиExperimental melt no. ПрисадкаAdditive Масса присадки, %, кгAdditive mass, %, kg Место отбора пробSampling location Отбел на клине, ммChill on wedge, mm t, °Сt, °С Механические свойстваMechanical properties σВ, МПаσ B , MPa НВNV 11 -- -- ПечьBake 2020 14651465 -- -- ФС75FS75 0,5(2,5)0.5(2.5) КовшLadle 1010 14051405 301301 225225 СмесьMixture 0,1(0,5)0.1(0.5) КовшLadle 1010 13901390 289289 369369 СмесьMixture 0,15(0,75)0.15(0.75) КовшLadle 99 13751375 330330 250250 СмесьMixture 0,2(1)0.2(1) КовшLadle 77 13401340 345345 239239 22 -- -- ПечьBake 1515 14581458 -- -- смесьmixture 0,2(1)0.2(1) КовшLadle 88 13951395 301301 231231 смесьmixture 0,1(0,5)0.1(0.5) КовшLadle 1010 13691369 285285 383383 смесьmixture 0,15(0,75)0.15(0.75) КовшLadle 88 13501350 297297 225225 ФС75FS75 0,5(2,5)0.5(2.5) КовшLadle 1010 13301330 319319 237237 33 -- -- ПечьBake 1414 14601460 -- -- смесьmixture 0,2(1)0.2(1) КовшLadle 66 14001400 333333 219219 смесьmixture 0,15(0,75)0.15(0.75) КовшLadle 88 13791379 305305 225225 ФС75FS75 0,5(2,5)0.5(2.5) КовшLadle 88 13701370 315315 231231 смесьmixture 0,1(0,5)0.1(0.5) КовшLadle 77 13431343 319319 239239

Как видно из данных таблицы, лучшие результаты получены при присадке в ковш модифицирующей смеси в количестве 0,2 %. В данном случае механические свойства чугуна отливок удовлетворяли требованиям НТД. As can be seen from the data in the table, the best results were obtained with the addition of a modifying mixture in the ladle in an amount of 0.2%. In this case, the mechanical properties of the cast iron met the requirements of the NTD.

Таким образом, заявляемый смесевой модификатор позволяет решить вопрос устранения отбела в отливках из серого и высокопрочного чугунов, снижения расхода модификатора и утилизации отходов литейного производства.Thus, the claimed mixed modifier allows solving the problem of eliminating chill in castings made of gray and high-strength cast iron, reducing modifier consumption and recycling foundry waste.

Claims (2)

Смесь для модифицирования серого и высокопрочного чугунов, отличающаяся тем, что она содержит аспирационную пыль ферросилиция, полученную при его дроблении, и аспирационную пыль графита, полученную при механической обработке графитизированных электродов, при следующем соотношении компонентов, мас.%: A mixture for modifying grey and high-strength cast iron, characterized in that it contains aspiration dust of ferrosilicon obtained by crushing it, and aspiration dust of graphite obtained by mechanical processing of graphitized electrodes, in the following ratio of components, wt.%: аспирационная пыль ферросилицияferrosilicon aspiration dust 35-65 35-65 аспирационная пыль графита aspiration graphite dust 35-6535-65
RU2024120021A 2024-07-17 Modifying mixture for cast iron RU2841804C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2841804C1 true RU2841804C1 (en) 2025-06-17

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4560409A (en) * 1984-08-29 1985-12-24 Superior Graphite Metal bearing graphitic carbons
SU1693109A1 (en) * 1989-09-20 1991-11-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства Method of producing modifying mixtures
UA5754C2 (en) * 1992-09-18 1994-12-29 Володимир Петрович Каргінов Graphitizing modifier
RU2180363C1 (en) * 2000-06-27 2002-03-10 Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Радуга" Modificator and method of its making (variants)
RU2215811C1 (en) * 2002-06-17 2003-11-10 Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Радуга" Modifier (options)
RU2373290C2 (en) * 2007-10-05 2009-11-20 Андрей Владимирович Чайкин Modifying mixture

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4560409A (en) * 1984-08-29 1985-12-24 Superior Graphite Metal bearing graphitic carbons
SU1693109A1 (en) * 1989-09-20 1991-11-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства Method of producing modifying mixtures
UA5754C2 (en) * 1992-09-18 1994-12-29 Володимир Петрович Каргінов Graphitizing modifier
RU2180363C1 (en) * 2000-06-27 2002-03-10 Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Радуга" Modificator and method of its making (variants)
RU2215811C1 (en) * 2002-06-17 2003-11-10 Общество с ограниченной ответственностью Предприятие "Радуга" Modifier (options)
RU2373290C2 (en) * 2007-10-05 2009-11-20 Андрей Владимирович Чайкин Modifying mixture

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧАЙКИН А.В. Разработка технологии устранения отбела в отливках из серого чугуна марки СЧ30 обработкой расплава комплексным смесевым модификатором на основе углерода и кремния. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Москва, 2010, сс.42-49, 60-77, 79-111. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ferro et al. Effect of inoculant containing rare earth metals and bismuth on microstructure and mechanical properties of heavy-section near-eutectic ductile iron castings
Fu et al. A study of the microstructures and properties of Fe–V–W–Mo alloy modified by rare earth
EP0108107B1 (en) Magnesium ferrosilicon alloy and use thereof in manufacture of nodular cast iron
CN101956039B (en) Pipe die powder for centrifugally casting nodular cast iron pipe and preparation process thereof
RU2841804C1 (en) Modifying mixture for cast iron
JP2005528522A (en) Inoculated alloys to prevent micro sinkholes for casting pig iron processing
RU2422546C2 (en) Procedure for iron inoculation
Liu et al. Effect of carbon equivalent on thermal and mechanical properties of compacted graphite cast iron
CN102644017A (en) Dewaxing casting process for nodular iron castings
RU2259405C1 (en) Cake for a steel deoxidation
CN115505827A (en) A method for increasing the number of graphite balls and improving the roundness of graphite balls in ductile iron
CN109402494B (en) Alloy cast iron brake shoe for rolling stock and manufacturing method thereof
JP7205535B2 (en) Shot used for blasting
Kutelu et al. Microstructure Characteristics and Mechanical Properties of Grey Cast Iron at Varied Ferrosilicon Addition
RU2652932C1 (en) Method for ladle modification of cast iron and steels
SU1763504A1 (en) Cast iron for sleeves of engine cylinder
JP4516923B2 (en) Continuously cast slab of aluminum killed steel and method for producing the same
RU2781940C1 (en) Steel modification method
Paszkiewicz et al. Innovation technology for the production of massive slag ladles at the Krakodlew SA Foundry. Presentation of design works on research and development
US2750279A (en) Process of treating cast iron with iron-fluorine compounds
CN109702175A (en) The preparation method and roll of roll
SU605688A1 (en) Method of obtaining low-alloy steel castings
RU2241574C1 (en) Method for casting iron articles with spheroidal graphite
SU1097680A1 (en) Method for producing modified grey cast iron
US2822266A (en) Method of preparing nodular graphite iron