Розмір шрифту: 

Високоміцний чавун відкриває великі  в порівнянні зі сталлю можливості для отримання оптимальних конструкцій, зменшення їх маси, зниження витрат матеріалу та енергії, зменшення собівартості. Тому підвищення якості і властивостей виливків із високоміцного чавуну та розробка ресурсозберігаючих технологій є однією із основних задач ливарного виробництва України. Отримання оптимальних технологічних і механічних властивостей високоміцного чавуну досягається за рахунок зближення у часі процесів модифікування і кристалізації, що в свою чергу призводить до збільшення включень кулястого графіту і ефективно попереджує утворення цементиту.     До важливих факторів, що визначають хід кристалізації і структуроутворення виливків, також відносяться хімічний склад чавуну та швидкість охолодження.     Тому є актуальним дослідження впливу основних технологічних факторів (хімічний склад, умови модифікування, товщина стінки виливка) на формування фазово-структурного складу високоміцного чавуну з кулястим графітом, щоб на основі результатів дослідження  встановити оптимальні параметри отримання тонкостінних виливків без відбілу з заданими механічними властивостями в литому стані.     Плавки проводили в індукційній печі ємністю 12 кг. В якості шихти використовували переплав чушкового переробного чавуну марки ПЛ2 (50%) і зворот високоміцного чавуну (50%). Хімічний склад чавуну в дослідних плавках варіювався в наступних межах (у % за масою): 3,2…3,8 С; 2,3…3,0 Si; 0,19…0,38 Mn; 0,05…1,30 Ni; 0,10…0,14 Cr; 0,011…0,031 S; 0,07…0,09 P. Необхідну кількість кремнію в високоміцному чавуні отримували додаванням в піч в кінці плавки розрахункової кількості феросиліцію.                    Рис.1. Схема  ливарної  форми  для  внутрішньоформового графітизувального модифікування          Модифікування проводили в спеціальній формі з ливниково-модифікувальною системою, яка складається із стояка, проточного реактора та шлаковловлювача, з’єднаних ливниковими каналами (рис. 1). Заливка             проводилась при температурі 1380 °С. Контроль температури здійснювали термопарою в печі і ковші.     Вивчали ефективність графітизувального модифікування в ливарній формі наступними сплавами: FeSi, FeSiCa, FeSiBa, FeSiSr, FeSiZr, FeSiРЗМ і композитним комплексним магній-кальцієвим модифікатором ККМ (FeSiMg7Ca7). Графітізувальне модифікування в ливарній формі проводилося після сфероїдизувального модифікування в ковші лігатурою ЖКМК-4Р.     Вплив ефективності графітизувального модифікатора на структуру високоміцного чавуну вивчали на шліфах, вирізаних із ступінчастої технологічної проби розміром 50?50 мм і товщиною 2,5; 5; 10; 15 і 30 мм. Ступінчаста поверхня проби при заливанні знаходилась зверху, що забезпечувало послідовне заповнення сходинок розплавом, починаючи з найбільш віддаленої від стояка сходинки товщиною 2,5 мм. Металографічний аналіз проводили в поперечному перетині сходинок від центру до бічної зовнішньої поверхні.     Товщина відлитих пластин варіювалась в певних межах, обумовлених ливарними ухилами, розштовхуванням форми при витягуванні моделі, деформацією форми під дією тиску, що обумовлений ростом кулястих включень графіту при кристалізації. Тому перед проведенням  металографічного аналізу  виміряли фактичну товщину шліфа в місці, підготовленому до дослідження.      Порівняльне дослідження графітизувальних модифікаторів на основі кремнію дало такі результати:     при використанні FeSiРЗМ та FeSiZr спостерігали наявність цементиту в структурі всіх перерізів ступінчастої проби при використанні, що свідчить про незадовільну їх графітизувальну здатність;     в результаті модифікування феросиліцієм (FeSi) утворення цементиту повністю запобігається, в тому числі і в структурі поверхневої зони сходинки, що охолоджується зі швидкістю 10,5 °С/с;     у варіанті модифікування феросилікобарієм (FeSiBa), цементит в кількості до 2…3% виявлений тільки в деяких зонах ступінчастої проби, що охолоджується зі швидкістю 10,5 °С/с на відстані від 1,5 до 6 мм від бічної поверхні;     при модифікуванні FeSiCa, також як і при модифікуванні FeSiBa, цементит в кількості до 2…3% спостерігається тільки в деяких ділянках мікроструктури ступінчастої проби, що охолоджується зі швидкістю 10 °С/с, на відстані від 1,5 до 6 мм від бічної поверхні;     у варіанті модифікування FeSiSr, цементит в кількості 3…5% виявлений тільки в ступені, що охолоджується зі швидкістю 10,5 °С/с. У перетинах ступінчастої проби, що охолоджується зі швидкістю 4,3…0,87 °С/с присутні окремі включення цементиту по периметру перетину шліфа (в поверхневому шарі);     при модифікуванні композитним комплексним модифікатором ККМ (FeSiMg7Ca7), в структурі ступінчастої проби цементит відсутній, і спостерігається найбільший ступінь сфероідизації графіту, який складає 95…97%, а розмір включень графіту в перетині, що охолоджується зі швидкістю 10,5 та 4,3…0,87 °С/с, складає відповідно до 9 та 9…20 мкм.     Серед досліджуваних модифікаторів найбільший рівень інокуляції, що визначається щільністю включень кулястого графіту на 1 мм2 площі шліфа, забезпечує модифікування ККМ.     Високий ступінь графітизації структури пояснюється з однієї сторони ефектом пізнього, наближеного до кристалізації модифікування, а з іншої сторони наявністю в складі досліджуваних модифікаторів хімічно активних лужноземельних елементів другої групи періодичної системи Менделєєва – Ca, Ba, Mg, які малорозчинні в залізі. Вказані елементи утворюють стійкі хімічні  сполуки з такими шкідливими домішками високоміцного чавуну, як сірка, кисень, азот, водень та ін., звільнюючи від них міжфазні межі. Деякі з них утворюють хімічні сполуки, включаючи оксиди і силікати Ca, Ba, Mg, сприяють утворенню додаткових ефективних центрів кристалізації кулястого графіту.     Використання внутрішньоформового модифікування збільшує кількість включень кулястого графіту в 2 рази при модифікуванні FeSi і більш ніж в 2,5 рази при модифікуванні FeSiBa, FeSiCa, FeSiMgСа. Зі збільшенням швидкості охолодження з 4,3 до 8,5…10,5 оС/с ефективність ковшового графітизувального модифікування недостатня для попередження цементитної фази при кристалізації, тоді як графітизувальне внутрішньоформове модифікування ефективно попереджує утворення відбілу у виливках з мінімальною товщиною стінки 2,5 мм. При цьому інокулююча дія FeSiBa та його аналогів (FeSiCa, FeSiMgСа) в 1,5…1,7 рази більше, ніж FeSi.