способ модифицирования серого чугуна

Формула изобретения

1. Способ модифицирования серого чугуна, включающий обработку расплава углеродсодержащим компонентом, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего компонента используют отходы производства графитовых изделий в количестве 0,008-0,016% от веса расплава, предварительно подвергнутые вибропомолу до основной фракции 1-3 мкм, плакированные углеводородами метанового ряда и отформованные в виде дозированных таблеток.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы плакируют парафином.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении деталей повышенной прочности.

Известен способ модифицирования путем обработки расплава чугуна углеродсодержащим веществом - перфторэтиленом. Способ позволяет повысить механические свойства деталей за счет уменьшения объемной доли графита в отливке (пат. РФ 2151198 С1, кл. С 21 С 1/00, 20.06.2000).

Недостатками являются применение дорогого модификатора в довольно больших количествах (0,1-0,3% от массы расплава), а также необходимость использования специальных методов защиты персонала и оборудования от воздействия ядовитого и агрессивного газа фтора, выделяющегося при разложении перфторэтилена.

Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования серого чугуна, включающий обработку расплава графитом, предварительно прокаленным при температурах выше 500^oС (пат. РФ 2135599, кл. С 21 С 1/00, С 22 С 35/00).

Однако невысокая дисперсность применяемого графита обусловливает образование недостаточного количества активных центров кристаллизации в расплаве. Предварительное прокаливание модификатора необходимо проводить непосредственно перед загрузкой в чугун во избежание повторной адсорбции воды и газообразных примесей. Необходимость работы с порошком графита может привести к загрязнению помещений, снизить экологию окружающей среды и повысить вредность процесса. Кроме того, добавка графита в порошкообразном некомпактном виде может вызвать рассыпание модификатора по зеркалу расплава и вследствие этого снижение усваиваемости в объеме (из-за его сгорания) и прочности изделия.

Для изготовления деталей, испытывающих значительные ударные нагрузки, необходимо улучшить механические свойства чугунных отливок, особенно поверхностную твердость изделий, в частности, путем увеличения количества активных центров кристаллизации в расплаве и повышения усваиваемости модификатора.

Целью изобретения является повышение поверхностной твердости отливок, экономичности процесса модифицирования и улучшения экологии окружающей среды и процесса литья.

Поставленная цель достигается тем, что в способе модифицирования серого чугуна, включающем обработку углеродсодержащим компонентом, в качестве этого компонента используют отходы производства графитовых изделий в количестве 0,008-0,016% от веса расплава, предварительно подвергнутые вибропомолу до основной фракции 1-3 мкм, плакированные углеводородами метанового ряда, в частности парафином, и отформованные в виде дозированных таблеток.

Интенсификация развития поверхности углеродистых отходов путем вибропомола повышает эффективность усвоения модификатора, количество активных центров кристаллизации и снижает объемную долю графита в сплаве.

Плакирование модификатора парафином исключает его насыщение влагой и кислородом воздуха, вследствие чего отпадает необходимость в дополнительном расходе электроэнергии на прокаливание добавки, особенно при обработке больших масс чугуна. Графит, покрытый защитным слоем, может длительное время сохранять свою активность.

Продукты разложения парафинового слоя увеличивают количество центров кристаллизации в расплаве, улучшают тепломассообмен между модификатором и расплавом за счет барботажа образующихся газов. Вследствие этого модифицирующие частицы более равномерно распределяются по объему жидкого металла, увеличивая однородность отливки и повышая прочностные свойства.

Кроме того, плакирование парафином создает возможность дозирования и формования состава, предотвращает его рассыпание по зеркалу расплава, повышает степень усвоения и экологичность процесса модифицирования.

Использование отходов улучшает экологию окружающей среды.

Пример. Предложенный способ опробовали при обработке серого чугуна: 3,1-3,3% С; 1,8-2,0% Si; 0,5-0,9% Mn; 0,02-0,03% S; 0,1-0,2% Р; 0,1-0,2% Сr. Исходный чугун расплавляли в ваграночной печи и разливали в ковш на 200 кг, после чего в расплав вводили отходы производства графитовых изделий, предварительно помолотые на вибростенде до основной фракции 1-3 мкм, плакированные расплавленным парафином и отформованные в виде дозированных таблеток, в количестве 0,008-0,016% от веса расплава. Обработку расплава проводили в течение 3-5 мин, затем его заливали в кокиль для формования помольных шаров. Для сравнения проводили отливку шаров из чугуна этого же состава, модифицированного по известному способу. Величину поверхностной твердости по Роквеллу определяли на противоположных участках шаров. Микроструктуру изучали на нетравленых и травленых шлифах образцов - сегментов от края отливки до ее центра на оптическом микроскопе Neophot и металлографическом - ММР-4. Микротвердость образцов измеряли по методу Виккерса на микротвердомере LECO-М 400А при нагрузке 25 г. Полученные результаты сведены в таблицу.

Исследования показали, что объемная доля свободного графита в отливках, полученных заявляемым способом, резко снижается, вплоть до точечных очагов. Изменяется морфология графита от пластинчатого до вермикулярного, измельчаются графитные включения. Структура отливок становится более дисперсной и однородной, в том числе и от края шара к его центру.

Использование предложенного способа повышает микротвердость края образцов. Поверхностная твердость возрастает на 5-7 единиц HRC по сравнению с результатами, полученными известным способом модифицирования.

Введение добавки в количестве 1/2 дозы (0,004% от веса расплава) снижает среднюю величину глобул графита, но незначительно повышает поверхностную твердость отливок. Добавка двух доз состава (0,016%) резко снижает как объемную долю графита, подавляя графитизацию, так и поверхностную твердость изделий.

Повышение твердости и однородности отливок позволяет использовать предложенный способ в процессе литья помольных шаров и деталей, испытывающих ударные нагрузки.

Процесс модифицирования является более экономичным по сравнению с известным как в связи с ростом степени усвоения модификатора и получением повышенной прочности отливок при низком расходе добавок, так и в связи с применением более дешевого состава - отходов производства графитовых изделий.

Плакирование парафином приводит к экономии электроэнергии на предварительный нагрев модификатора, его формование в виде дозированных таблеток предотвращает рассыпание порошка углеродсодержащего материала по зеркалу расплава и в помещении, что повышает экологичность процесса графитизации.

Кроме того, утилизация пылевидных графитных отходов улучшает экологию окружающей среды.