Сплав для модифицирования чугуна

008521 Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию рафинирующего и модифицирующего сплава для обработки чугуна и улучшения качества отливок. Предлагаемый сплав может быть использован на металлургических, машиностроительных и литейных заводах. Известен сплав для раскисления и модифицирования чугуна (а.с. СССР 449979, кл. С 22 С 35/00. Сплав для раскисления и модифицирования чугуна. Б.И.42, 1974), содержащий кремний, редкоземельные металлы, стронций, кальций, алюминий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: Недостатком сплава является низкая сфероидизирующая и нестабильная графитизирующая способность при обработке конструкционного серого чугуна при производстве отливок с толщиной стенки менее 3 мм, что приводит к снижению механических свойств и возникновению отбела в отливках. Отсутствие стабильности графитизирующей способности обусловлено сильной зависимостью графитизирующего действия активного элемента стронция даже при незначительных колебаниях содержания в сплаве алюминия и кальция. Наличие редкоземельных металлов в указанном диапазоне без основного сфероидизирующего элемента - магния - не позволяет получать графит глобулярной формы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является модификатор для чугуна (патент СССР 1813113, кл. С 22 С 35/00. Модификатор для чугуна. Б.И.16, 1993), содержащий следующие компоненты, мас.%: Недостатком модификатора является отсутствие воспроизводимости модифицирующего эффекта при обработке чугуна. При содержании в модификаторе менее 0,1% кальция на нижнем уровне содержания кремния (15%) и любом сочетании в указанных пределах циркония и/или титана предельная растворимость стронция будет меньше 0,1% (Ю.А. Агеев, С.А. Арчугов. Исследование растворимости щелочноземельных металлов в жидком железе и сплавах на его основе. Журнал физической химии. Т. LIX.4,1985, с. 838-841). Модификатор указанного состава не обеспечивает отсутствие отбела в отливках из конструкционных серых чугунов с толщиной стенки менее 3 мм. Кроме того, отсутствие в составе модификатора сфероидизирующего компонента также позволяет получать графит только пластинчатой формы. Целью изобретения является создание сплава, состав которого обеспечивает получение высоких характеристик прочности и пластичности чугуна при отсутствии отбела в сечениях отливок менее 3 мм, а также необходимую воспроизводимость модифицирующего эффекта. Цель достигается тем, что сплав дополнительно содержит магний и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас. %:-1 008521 Дополнительное введение магния и редкоземельных металлов позволяет получать включения графита в чугуне сферической формы, что приводит к повышению прочности и пластичности чугуна. Кроме того, если в сплаве одновременно содержатся магний и цирконий, то их совместное действие позволяет усилить графитизирующий эффект и уменьшить отбел в отливке. Соотношение компонентов в предлагаемом сплаве подобрано таким образом, что благодаря взаимному влиянию указанных элементов обеспечивается надежная воспроизводимость результатов модифицирования. Такой эффект достигается даже при попадании в сплав до 1,0% производственных шлаков,состоящих из оксидов и сульфидов металлов, и до 1,0% в сумме неактивных металлов, являющихся примесями в шихтовых материалах. Нижние и верхние пределы содержания компонентов сплава выбраны, исходя из достижения поставленной цели, а также из экономических соображений. Нижний предел содержания кремния в сплаве обусловлен тем, что при содержании в нем менее 45% модифицирующие свойства этого элемента проявляются слабо. Кроме того, кремний является растворителем других компонентов сплава. Увеличение содержания кремния в сплаве более 78% нецелесообразно, так как не приводит к дальнейшему повышению модифицирующей способности этого элемента,а только к увеличению стоимости сплава. Редкоземельные металлы (РЗМ) вводят в сплав для стабилизации результатов сфероидизирующего модифицирования вследствие нейтрализации примесей цветных металлов деглобуляризаторов (Pb, Sn, Sb и др.) путем связывания их в мелкодисперсные соединения, которые, к тому же, являются дополнительными центрами графитизации. Сульфиды и оксисульфиды РЗМ, обладая высокой плотностью, сравнимой с плотностью жидкого чугуна, также служат центрами кристаллизации графита, усиливая графитизирующий эффект. При содержании РЗМ в сплаве менее 0,1% их влияние на свойства чугуна малозаметно, содержание РЗМ выше 2,2% нецелесообразно в связи с затуханием увеличения графитизирующей способности этих металлов и удорожанием сплава. Среди индивидуальных РЗМ наиболее эффективны лантан и неодим. Введение стронция в состав сплава приводит к улучшению формы графита и резкому увеличению его графитизирующей способности. Однако графитизирующий потенциал стронция значительно уменьшается в присутствии кальция и алюминия. Нижний предел содержания стронция в сплаве обусловлен тем, что при содержании в нем менее 0,1% Sr добавка сплава в чугун малоэффективна. Верхний предел содержания стронция в сплаве ограничивается возможностями технологического процесса его получения. Наличие кальция в присутствии магния в сплаве способствует улучшению условий образования зародышей графита в процессе кристаллизации чугуна, причем, чем выше содержание кальция, тем больше должно быть содержание магния в сплаве. При содержании кальция 0,1% содержание магния достаточно не более 0,15%. Верхний предел содержания кальция (1,5%) соответствует также верхнему пределу содержания магния (7,0%) в сплаве. Содержания кальция в сплаве более 1,5% вызывает снижение скорости растворения сплава в жидком чугуне вследствие блокирования реакционной поверхности образующимися силикатами. Содержание алюминия в сплаве не должно превышать 2,0%, так как алюминий снижает графитизирующую способность стронция. Нижний предел содержания алюминия в сплаве обусловлен большими затратами, связанными с рафинированием ферросилиция от алюминия, так как промышленные сорта ферросилиция содержат до 2,5% алюминия. Наличие магния в сплаве менее 0,1% не позволяет стабилизировать его состав и обеспечить необходимое соотношение содержания в нем стронция, кальция и алюминия в узких пределах. Магний увеличивает растворимость стронция в железокремнистом расплаве и позволяет стабильно поддерживать содержание этого элемента на верхнем пределе (2,0%) даже при минимальном содержании в нем кремния (45%). Кроме того, магний является основным сфероидизирующим элементом. Содержание магния в сплаве более 7% приводит к повышенному его угару и пироэффекту при вводе модификатора в жидкий чугун. Поэтому такое содержание его в сплаве экономически и экологически не целесообразно. Цирконий введен в состав сплава для нивелирования вредного влияния алюминия на графитизирующее действие стронция. Причем нижний предел содержания циркония соответствует нижнему содержанию алюминия в сплаве, а верхний предел содержания циркония соответствует наибольшему содержанию алюминия в сплаве. Известно, что стронций в присутствии алюминия в железокремнистых модификаторах проявляет свои графитизирующие свойства нестабильно и не всегда применение этих модификаторов приводит к полному устранению отбела в отливках. Введенный в состав сплава цирконий в указанных пределах стабилизирует мощную графитизирующую способность стронция вследствие образования прочных соединений ZrAl2, ZrAl3 и др. и позволяет предотвращать отбел в тонкостенных отливках. Содержание циркония менее 0,1% не обеспечивает стабильную работу стронция при содержании алюминия в сплаве в количестве 0,3%. Содержание циркония в сплаве в количестве 2,0% позволяет полностью подавить вредное влияние алюминия даже при содержании алюминия 2,0%. Пример 1. Получение сплава для модифицирования чугуна. Сплав (табл. 1) получают в индукционной печи ИСТ-1,0 путем сплавления кремния, стального лома, мишметалла или оксида лантана, магния, силикоциркония и карбоната стронция. Расплав выпускают в изложницу. После остывания сплав отделяют от шлака и его измельчают на щековой дробилке ДЛЩ-2 008521 80 с выделением фракции 1-5 мм. Пример 2. Сравнение действий сплава для модифицирования. Сравнение действия сплава проводят на чугуне, выплавляемом в индукционной печи ИСТ-1,0. Модифицирование чугуна сплавом осуществляют в ковше. Сравнивали сплавы известного состава и предлагаемого по изобретению. В табл. 1 первые три состава сплава являются известными, остальные четыре - предлагаемые. В табл. 2 представлены результаты модифицирования чугуна сплавами составов 1-7. Механические испытания проводили на образцах 10 мм по ГОСТ 1497-84, величину отбела замеряли в отливке с толщиной стенки 3 мм. Таблица 1 Сплав содержит производственный шлак и примеси в количестве 1% каждого. Таблица 2 Из данных табл. 2 следует, что сплав предлагаемого состава позволяет стабильно ликвидировать отбел в тонкостенной отливке при повышении прочности и пластичности чугуна в литом состоянии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сплав для модифицирования чугуна, содержащий кремний, стронций, кальций, алюминий, цирконий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас.%:-3 008521 2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит от 0,1 до 1,0% магния, от 0,1 до 0,2% кальция,от 0,3 до 0,5% алюминия, от 0,1 до 0,3% РЗМ. 3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит от 4,0 до 7,0% магния, от 0,2 до 1,0% кальция,от 0,5 до 1,5% алюминия, от 0,1 до 0,3% циркония, а в качестве редкоземельных металлов используют индивидуальные элементы. 4. Сплав по п.3, отличающийся тем, что индивидуальными РЗМ элементами являются лантан и/или неодим, причем их общее количество составляет 0,2-0,5%. 5. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит шлак и примесные элементы в количестве до 1% каждого.