При изготовлении литых вставок пресс-форм необходимо решить задачу получения качественного расплава заданного химического состава, свободного от газовых и неметаллических включений, позволяющего получить отливку, идентичную по химическому составу и механическим свойствам отливкам из кованых сталей. Плавка стали проводилась методом переплава в индукционной печи. Этим методом выплавляют преимущественно легированные и высоколегированные стали и сплавы для максимального использования легирующих элементов, содержащихся в шихте.

Для модифицирования сплавов практическое значение имеют поверхностно-активные металлы, характеризующиеся низкой свободой поверхностной энергии в жидком состоянии на границе с воздухом, т.е. минимальными силами сцепления в жидком состоянии, а следовательно, и более низкими температурами кипения (плавления) и твердостью. При этом поверхностная активность металла как модификатора определяется его способностью адсорбироваться на границе расплав – кристалл и характеризуется величиной понижения поверхностной энергии на этой границе. Поверхностная активность модификатора, присутствующего в расплаве, может быть определена по изменению его поверхностного натяжения. Наилучшие результаты при этом достигаются в том случае, когда модифицируемый расплав будет иметь более высокое поверхностное натяжение по сравнению с поверхностным натяжением расплавленного модификатора.

Поверхностное натяжение оказывает значительное влияние на динамическую вязкость металлической жидкости, поэтому модифицирование одновременно улучшает литейные свойства сплавов.

Эффективными модификаторами первого и второго рода являются комплексные раскислители алюминий – кальций – церий – бор, при которых измельчается структура металлической матрицы, улучшается форма неметаллических включений.

Бор выбран из соображений, связанных с рядом факторов и, прежде всего, с модифицирующим влиянием бора на процессы кристаллизации стали, приводящем к значительному измельчению первичных зерен – кристаллитов. Известна также высокая химическая активность бора по отношению к кислороду и азоту. Повышенная устойчивость аустенита к распаду при переохлаждении, а, следовательно, повышенная прокали­ваемость – свойство, определяющее степень однородности структуры и уровень механических свойств термически обработанных деталей. Кроме того, под влиянием бора возможно изменение состава и морфологии из­быточных фаз, выделяющихся по границам кристаллов и вторичных зе­рен в сложнолегированных сталях для улучшения их способности к горя­чей пластической деформации.

Силикоккальций – один из традиционных модификаторов и раскисли­телей, применяемый при плавке стали. Кальций выполняет как раскисли­тельную функцию, образуя продукты раскисления, отличающиеся низ­ким удельным весом и малой адгезией, легко всплывающие на поверх­ность расплавов, что приводит не только к изменению их состава  и мор­фологии. Кальций выполняет модифицирующую функцию, что непосредственно связано с влиянием кальция на поверхностное натяжение. Кальций, как поверхностно-активное вещество, скапливается в виде «вала» на поверхности растущих зерен первичной кристаллиза­ции, препятствуя тем самым развитию скелетных форм дендритов. Од­нако, эффект модифицирования кальцием в значительной степени зави­сит от его растворимости в металле. Чем больше растворимость кальция в металле, тем эффект модифицирования сильнее.

Церий выбран с учетом его модифицирующего и раскисляющего воз­действия, а также высокой способности к десульфурации. Учитывая вы­сокую раскислительную способность бора, кальция и церия, непремен­ным условием получения модифицирующего эффекта от введения ком­плексного модификатора является полное раскисление стали алюминием.

Состав выбранного комплексного модификатора: ферроцерий - 0,1%, ферробор - 0,005%, силикокальций – 0,15%,      алюминий - 0,13 %.

Результаты химического анализа пятикратного переплава с модифицированием приведены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание серы в стали – 0,033 %.

На основании проведенных исследований по изучению влияния кратности переплава с комплексным модифицированием на свойства и стойкость стали 40Х5МФС можно сделать вывод, что комплексное модифицирование улучшает прочностные свойства материала и позволяет сохранить их на уровне кованых сталей даже после 5-ти кратного переплава.