Метою роботи було дослідження, визначення і оптимізування параметрів процесу одержання високоміцного чавуну з підвищеними технологічними властивостями.

Базовий чавун для досліджень виплавляли в індукційній печі ІСТ-016 з переробного чавуну ПЛ2 звичайної якості (група II, клас А, категорія 3 за ДСТУ 3133-96, масова частка Si = 0,5-0,7 %, Mn = 0,3-0,5 %, P ≤ 0,08 %, S ≤ 0,03 %). Модифікувально-рафінувальне оброблення розплаву чавуну проводили у ковші феросиліцій-магній-кальцієвою лігатурою ФСМг7К4 спільно з флюсувальною добавкою флюориту кальцію марки ФК-92, яка знижує температуру і в’язкість шлаку, що утворюється під час реакційної взаємодії лігатури з розплавом. Для порівняння використовували також традиційний для технологій одержання високоміцного чавуну процес модифікування нікель-магнієвою лігатурою НіМг15 спільно з феросиліцієм ФС75. У кожному досліді в сирій піщаній формі відливали комплект пластин товщиною 5; 10; 15; 20 мм, шириною 40 мм і висотою 200 мм. Макроструктуру оцінювали за зламами площини поперечного перерізу пластин на середині їхньої висоти.

Встановлено, що злами пластин товщиною 5 мм, які були отримані у високоміцному чавуні після модифікування 1,5 % НіМг15 лігатури спільно з 1 % ФС75, мали структуру білого чавуну, а товщиною 10 мм – вибілені зони. У пластинах аналогічної товщини, відлитих з високоміцного чавуну після модифікування 2 % лігатури ФСМг7К4, структурно-вільний цементит був відсутній. Встановлене значне зниження схильності високоміцного чавуну до відбілу в результаті введення в розплав кальцію пояснюється його комплексним впливом, який забезпечує нейтралізування дії шкідливих домішок (сірки, кисню та ін.), зменшення ступеню переохолодження при кристалізації, утворення додаткових центрів графітизування, що прискорює процес евтектичної кристалізації [1].

У зв’язку з тим, що питомий об’єм графіту в 3 рази більший за питомий об’єм рідкого чавуну, збільшення кількості графітної фази в процесі кристалізації компенсує усадку високоміцного чавуну в рідко-твердому стані. Для визначення об’ємної усадки чавуну, обробленого порівнюваними лігатурами, застосовували загальноприйняту конічну технологічну пробу; обчислення проводили за відомою методикою [2]. Отримані результати (табл. 1) свідчать, що у високоміцного чавуну, модифікованого НіМг15 лігатурою і феросиліцієм, загальна величина об’ємної усадки складає 14,6 %, а у модифікованого ФСМг7К4 лігатурою – 9,6 %, що на 34 % менше і пояснюється різною графітизувальною здатністю порівнюваних процесів модифікування. Збільшення масової частки кальцію у складі лігатури сприяє зменшенню загальної величини об’ємної усадки. В результаті цього евтектична кристалізація чавуну, модифікованого лігатурою ФСМг7К4, відбувається при підвищеній в середньому на 20 °С температурі та у більш вузькому температурному інтервалі [1].

Таблиця 1 – Вплив способу модифікування на усадку високоміцного чавуну

Встановлене зниження усадки високоміцного чавуну, модифікованого лігатурою ФСМг7К4, дозволяє зменшити мікропоруватість виливків, підвищити їх механічні властивості, знизити в 1,3-1,5 рази масу живильних бобишок і, відповідно, підвищити вихід придатного литва.

Важливим технологічним показником процесів виробництва високоміцного чавуну є тривалість сфероїдизувальної дії модифікатора, яка обмежує час витримки розплаву у ковші після модифікування. Встановлено, що ФСМг-лігатури з кальцієм мають триваліший ефект сфероїдизування розплаву, порівняно з НіМг-лігатурами. Це підтверджено у виробничих умовах. Так, у технологіях, заснованих на застосуванні лігатури НіМг15, тривалість розливання у форми чавуну з ковша ємністю 1 т не повинна перевищувати 10 хв, після чого залишок чавуну зливається назад в плавильну (роздавальну) піч або заливаються чушки. Експериментально встановлено, що при використанні ФСМг7К4-лігатури тривалість розливання модифікованого металу досягає 15 хв при збереженні у структурі виливків показника ССГ понад 85 % без суттєвої зміни рівня механічних властивостей виробів із високоміцного чавуну.

Література:

1. Бубликов В. Б. Кальций в высокопрочном чугуне. Процессы литья. 2007. № 5. с. 4–10.

2. Клочнев Н. И. Литейные свойства чугуна. – М.: Машиностроение, 1968.