IT8203505A1 - Ferrolega per il trattamento d'inoculazione delle ghise a grafite sferoidale - Google Patents
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Description
a corredo della Domanda di Brevetto per Invenzione Industriali vente per titolo:
" FERROLEGA PER IL TRATTAMENTO D'INOCULAZIONE DELLE GHISE A GRAFITE SFEROIDALE "
R I A S S U N T O
La presente invenzione concerne una ferrolega per il trat tamento d'inoculazione delle ghise a grafite sferoidale prima che siano utilizzati grezzi di colata, cosi come un procedimento di trattamento della ghisa liquida con detta ferrolega, - Questa ferrolega ? caratterizzata dal fatto di comprendere dallo 0,005 al 3% in peso di almeno un metallo del gruppo delle terre rare e dallo 0,05 al 3% in peso di almeno un elemento preso nel gruppo comprendente il bismuto, il piombo e lo antimonio, il saldo essendo essenzialmente il silicio ed il ferro normalmente presente nelle ferroleghe utilizzate per l'inoculazione delle ghise.
D E S C R I Z I O N E
- La presente invenzione concerne una ferrolega per il trattamento d?inoculazione delle ghise a grafite sferoidale prima che siano utilizzati grezzi di colata, cosi come un procedimen to di trattamento della ghisa liquida con detta ferrolega.
- I procedimenti noti di trattamento delle ghise liquide in generale che sono elaborati secondo l'ordine seguente: carburazione , desolforazione , sferoidizzazione , inoculazione , comprendono nella maggior parte dei casi un trattamento di postinoculazione realizzato con degli inserimenti di ferrolega ntrodotti nelle fusioni per affinare la struttura ovviando alle imperfezioni dei trattamenti citati in precedenza compiuti a monte.
Il numero variabile di sferoidi prodotti nella fusione ha differenti modelli di specificazione; il rapporto ferrite/perli te della matrice ? fortemente dipendente dalla struttura della grafite nelle ghise di composizione chimica corrente. Risulta che, per queste ghise, la morfologia desiderata della grafite ? generalmente ottenuta direttamente dal trattamento di sferoidizzazione, sia tramite un'addizione di magnesio sia tra mite un'addizione di ferrolega contenente magnesio. La quantit? di ferrolega sferoidizzante ? determinata da fattori noti tali quale lo zolfo contenuto nella ghisa di base.
- Questa costrizione che fissa la quantit? globale di ferrole; ga di trattamento non pu? autorizzare a distinguere la quantit? ottimale di ciascun elemento costitutivo della lega.
- Per completare la composizione grafitica desiderata ? anche fatto per di pi? uso di metalli delle terre rare che, in quantit? ben dosate, producono un effetto particolarmente favorevole e noto. Cos?, nella maggior parte dei casi, l'addizione di metalli delle terre rare alla ghisa ? necessaria per neutralizzare gli elementi contaminanti che possono essere apportati dai metalli di base. Tuttavia gli eccessi di addizione di terre rare possono generare delle strutture macchiettate a causa per esempio dei carburi, per il fatto di contenere dei metalli delle terre rare nella ghisa. Questi ultimi possono altres? far degenerare gli sferoidi di grafite e/o ridurne la quantit?.
- Che i metalli delle terre rare siano parti costitutive delle ferroleghe a base di magnesio oppure che siano incorporati direttament? nella ghisa liquida, i dosaggi rimangono eccessivamen te delicati. Ne deriva un rendimento di sovente fluttuante ? volte, conduce alla necessit? di ricorrere all'utilizzazione. di inserimenti per post-inoculare le fusioni, ed altre volte, all?apparizione non voluta e nociva di forme di grafite degenerate nella struttura solidificata.
D'altro canto, l'addizione del bismuto, del piombo o dell'antimonio, per quel che concerne la neutralizzazione della azione sferoidizzante, ? nota. La crescente presenza di questi elementi nella ghisa conduce altres? all'apparizione di strutture di grafite degenerate che, in caso di surdosaggio, non sempre possono essere neutralizzate tramite l'addizione dei metalli delle terre rare. Ne deriva altres? che qualche volta il bismuto, il piombo o l'antimonio possono causare un accrescimento notevole del numero di sferoidi ma la propriet? di questi elementi di far degenerare la struttura sferoidale della grafite ha impedito sino ad ora la loro applicazione generale. - La presente invenzione mira essenzialmente a rimediare a questi inconvenienti grazie all'impiego di una ferrolega, quale inoculante per le ghise a grafite sferoidale, che permetta di apportare simultaneamente delle quantit? ben dosate e neutre rispetto all'azione sferoidizzante, di metalli delle terre rare e di bismuto dopo il trattamento di sferoidizzazione.
A questo fine detta ferrolega per il trattamento d'inoculazione delle ghise a grafite sferoidale ? caratterizzata dal fatto di comprendere dallo 0,005 al 3% in peso di almeno un metallo del gruppo delle terre rare e dallo 0,05 al 3% in peso di almeno un elemento preso nel gruppo comprendente il bismuto, il piombo e l'antimonio, il saldo essendo essenzialmente il silicio ed il ferro normalmente presenti nelle ferroleghe utilizzate per l'inoculazione delle ghise.
- L'invenzione ha altres? per oggetto un procedimento di trattamento della ghisa liquida con la ferrolega sopradetta come unico trattamento d'inoculazione, questo procedimento essendo caratterizzato dal fatto che vengono apportate delle quantit? ben dosate di metalli delle terre rare con delle quantit? egualmente ben dosate di bismuto, di piombo o di antimonio, dopo il trattamento di sferoidizzazione della ghisa, di modo tale che degli
la somma 7 elementi metalli delle terre rare siano compresi tra lo 0,005% e lo 0,1% in peso della ghisa, mentre la somma degli elementi bismuto, piombo ed antimonio rappresenta dallo 0 ,005 allo 0,05% in peso della ghisa.
- La ferrolega secondo l'invenzione presenta molteplici vantag gi. In primo luogo, in virt? della sua azione dovuta all'originalit? della sua composizione, questa ferrolega permette che la sua utilizzazione possa essere indicizzata alla quantit? della ghisa da trattare che entra in siviere od in stampi senza altre addizioni complementari ulteriori. Pu? essere utilizizata in fine granulometria all'entrata degli stampi oppure in grani all'entrata delle siviere di colata. In ciascuno di dett casi la ferrolega ? introdotta di preferenza meccanicamente in tempi ed in quantit? determinate dalla sequenza di trattamento - Il procedimento di trattamento della ghisa liquida con la ferrolega secondo l'invenzione determina un'economia nei trattamenti termici e la riduzione dei tempi, un'economia di inserimenti di ferrolega, l'indicizzazione dei trattamenti d'inoculazione e la produzione di ghise a matrice ferritica di poco spessore e di alta tenacit?.
- Saranno descritte qui di seguito, a titolo di esempi non limitativi, diverse forme di realizzazione della presente invenzione, con riferimento ai disegni allegati nei quali:
- La figura 1 ? un diagramma che mostra la variazione del numero medio di sferoidi per millimetro quadrato, misurata in una sezione trasversale di una lastra di ghisa colata di 6mm d spessore, in funzione della percentuale di inoculante aggiunti, rispettivamente nel caso di inoculante a composizione classica e di inoculante secondo l'invenzione;
- La figura 2 ? un diagramma che illustra la variazione del numero medio di sferoidi per millimetro quadrato e della percentuale di perlite , in funzione del tempo di mantenimento seguente l'inoculazione, rispettivamente nel caso di inoculante classico e di inoculante secondo l'invenzione.
- In tutti gli esempi di seguito descritti, tutte le percentuali del diversi componenti sono date in peso.
In una prima serie di prove sono state,confrontate le propriet? germinative, per la grafite, di un inoculante A di composizione classica a base da 0,8 a 1,2% di Ca, da 4 a 5% di Al e da 70 a 72% di Si, e di una ferrolega B realizzata secondo l'invenzione (a base di 0,59% di Ca, 0,23% di Al, 0,44% di terre rare, 0,49% di Bi e 71% di Si, il saldo essendo essenzialmente Fe). Le cariche essendo costituite da ematite e da ferrolega correnti che sono state fuse in un forno a induzione a rivestimento neutro di una capacit? di 65Kg.
- Dopo l'aggiustamento della composizione chimica della ghisa di base, il bagno liquido ? stato portato ad una temperatura di 1500?C e trattato al magnesio nel forno aggiungendo lo ,85% di una lega contenente dal 13 al 17% di Mg, circa l'85% di Ni, senza Mischmetal o tepre rare.
- La ghisa cosi trattata ? poi stata versata in una siviera di colata preriscaldata con gas ed inoculata alla temperatura di 1400?C. Delle lastre di 6mm di spessore sono state colate immediatamente dopo l'inoculazione. Lacomposizione chimica finale, quindi dopo l 'inoculazione della ghisa, per tutte le prove corrisponde a:
- La tabella I indica la variazione del numero medio N di sferoidi per millimetro quadrato, misurata in una sezione trasversale delle lastre di 6mm di spessore, in funzione della percentuale i d'inoculante aggiunta, e ci? nei casi delle leghe A e B. Queste variazioni sono illustrate dalle curve corrispondenti e della figura 1.
TABELLA I
a
Il conteggio del numero di sferoidi ? stato effettuato con l'aiuto di un microscopio ottico con un ingrandimento di 250.
Con la lega B secondo l?invenzione si pu? constatare l'assenza assoluta di ogni forma di grafite degenerata, qualunque sia il tasso di apporto di detta lega B. Per la composizione chimica della ghisa scelta, il numero minimo di sferoidi necessario per garantire, allo stato grezzo di colata, una struttura libera da carburi alle estremit? delle lastre di 6mm, si situa attorno ai 570. La figura 1 mostra che applicando la lega A di composizione classica non si giunge mai ad una struttura completamente uniforme.
- Per la seconda serie di colate, ? stata scelta la medesima composizione chimica finale della ghisa, come per la prima.
Per queste colate sono state realizzate delle prove comparative tra l'inoculante A di composizione classica sopra indicata ed altri inoculanti, cio?;
- Lega C di composizione: ferrolega a 0,44% di Ca; 1,9-2% di Al; 0,26% di terre rare e 73% di Si; saldo: Fe;
- lega D: ferrolega secondo l'invenzione a 0,9% di Ca; 0,2% di Al;
0,74% di terre rare; 1,45% di Bi e 72% di Si; saldo Fe. - il quarto inoculante sperimentato, corrispondente alla colata A4, essendo composto da pezzi di Mischmetal e di Bi-metallico, immerso nel bagno liquido con l'aiuto di un'asta di acciaio.
I risultati di queste,prove sono stati riassunti nella tabella II di cui sotto:
TABELLA II
- Nel caso della colata A4, 11 che ? a dire con 0,005% di Mischmetal e 0,005% di Bi-metallico come inoculante, sono sta te ottenute , nel caso di lastre di 6 e 12 mm, delle struttura macchiettate in cui il numero di sferoidi non ? stato determinato e , con la lastra da 24mm, una debole quantit? di sferoidi per la maggior parte di forma irregolare: 10% del tipo I 85% del tipo II 5% del tipo V (secondo la classificazione dei tipi di grafite di cui alle specifiche ASTM A247-67), La tabella II di cui sopra mostra che gli inoculanti A e C sono praticamente equivalenti. Al contrario, la lega D realizzata secondo l'invenzione produce nuovamente dei risultati superiori a quelli delle due leghe classiche A e C, il che si concretizza in un numero di sferoidi notevolmente superiore in tutte le concretezze della fusione . Ne deriva un maggiore tenore di ferrite nelle strutture e di conseguenza, nonch? a titolo di esempio, delle durezze notevolmente meno elevate come indil'ultima colonna della tabella II. I risultati della colata A4 riportati nella tabellaII provano che l ' apporto di terre rare e di bismuto in formaconcentrata nonha effetti inoculanti notevoli.
- Si ? egualmente studiato, in una terza serie di colate, il comportamento delle leghe circa la diminuzione dell'effetto inoculante.
delle
- Sono state colate lastre di 6mm di spessore a diversi tempi di mantenimento dopo l'inoculazione. 200kg di ghisa liquida sono stati trattati al magnesio a 1550?C nel forno aggiungendo l'1,1% della stessa lega al Ni e Mg senza terre rare, quale quella utilizzata nella prima serie di prove. L'apporto totale d'inoculante ? stato dell?1% di cui la met? ? stata aggiunta amomento del travaso della ghisa dal forno nella siviera di colata e l?altra met? immediatamente prima della colata della prima lastra. Incesto momento la temperatura della ghisa essendo di 1.440-1,445?C. Sono state comparate la lega B secondo invenzione con una ferrolega E a 0,57% di Ca, 0,2% di Al, 0,42% di terre rare e 71% di Si, saldo: Fe. La composizione chimica fi nale della ghisa non differisce da quella delle due prime serie di prove se non per un equivalente di carbone pi? elevato.
Detta composizione finale della ghisa ? illustrata nella
tabella III di cui sotto.
TABELLA III
- I risultati delle prove sono indicati nella tabella IV di cui sotto in cui N rappresenta il numero medio di sferoidi per millimetro quadrato nelle lastre di 6mm di spessore, P il tenore di perlite, in percentuale, in dette lastre i tempi di colata dopo l'inoculazione, in minuti, e T la temperatura di colata in ?C, misurata nella siviera
TABELLA IV
Nella figura 2 i carburi da una parte , e ed
Claims (3)
1)- Ferrolega per il trattamento d'inoculazione delle ghise a grafite sferoidale, caratterizzata dal fatto di comprendere dallo 0,005 al 3% in peso di almeno un metallo del gruppo delle terre rare e dallo 0,05 al 3% in peso di almeno un elemento preso nel gruppo comprendente il bismuto, il piombo e l'antimonio, il saldo essendo essenzialmente il silicio ed il ferro normalmente presente nelle ferroleghe utilizzate per l ' inoculazione delle ghise.
2)- Procedimento di trattamento della ghisa liquida con una ferrolega secondo la rivendicazione 1, come unico trattamento d'inoculazione, caratterizzato dal fatto che vengono ap? portate delle quantit? ben dosate di metalli delle terre rare con delle quantit? egualmente ben dosate di bismuto, di piombo o di antimonio, dopo il trattamento di sferoidizzazione della ghisa, di modo tale che la somma degli elementi metalli delle terre rare siano compresi tra lo 0,005 e lo 0,1% in peso della ghisa, mentre la somma degli elementi bismuto, piombo ed antimonio rappresenta dallo 0,005 allo 0,05% in pes della ghisa.
3)- Ferrolega e procedimento secondo le rivendicazioni precedenti e sostanzialmente come descritti ed illustrati nelle figure dei disegni allegati e per gli scopi sopra specificat
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