МОДИФИЦИРОВАНИЕ МДС – ПРОЦЕССОМ
Объект исследования: модифицирование высокопрочного чугуна.
Результаты, полученные лично автором: рассмотрены механизмы и разновидности модифицирования высокопрочного чугуна, особенности модифицирования МДС-процессом.
Под модифицированием понимается процесс, позволяющий контролировать и улучшать микроструктуру и механические свойства чугуна, путём введения в расплав малых добавок отдельных элементов или их соединений.
Модификаторы – отдельные химические элементы или соединения, которые, практически не изменяя состав сплава, оказывают существенное влияние на его структуру. Рассматриваются, по крайней мере, три механизма воздействия модификатора на металл.
Согласно первому из них, при модифицировании увеличивается количество в расплаве тугоплавких неметаллических включений, которые могут быть центрами кристаллизации. Если эти включения находятся в физическом, химическом и структурном соответствии с основным металлом, они оказывают инокулирующее действие. Например, инокулирующая способность различных соединений увеличивается в ряду: оксиды, сульфиды, бориды, нитриды, карбиды, интерметаллиды.
Второй механизм модифицирования связан с адсорбцией элемента-модификатора на поверхности раздела фаз кристалл — расплав, вследствие чего происходит замедление скорости роста кристаллов. Это так называемый адсорбционный механизм модифицирования, обусловленный высокой поверхностной активностью модификатора.
Согласно третьему механизму, модифицирование связывают с предельной растворимостью модификатора в железе. При этом, чем меньше растворимость элемента в железе, тем при меньшей его концентрации может проявиться модифицирующий эффект. Растворимость магния и щелочноземельных металлов в жидком железе уменьшается от магния к барию.
Модифицирование чистым магнием осуществляется только с помощью специального оборудования, а Mg-содержащими композициями, как правило, в разливочных ковшах или непосредственно в форме.
Наиболее перспективная в настоящее время технология, которая может быть использована в любом производстве без дополнительных капвложений и при соблюдении санитарных норм. Технология подготовки ковшей при МДС-процессе аналогична Sandvish-процессу (рис. 1).
Рис. 1. Sandvish-процесс - процесс с карманом и контейнерное
модифицирование:
1 – ковш; 2 – модификатор;
3 – покровный материал; 4 – реакционный карман
МДС – процессобеспечивает высокую степень усвоения магния (до 80…90%) и позволяет получать чугун с шаровидным графитом, отличающийся высокой стабильностью структуры и свойств.
Преимущества процесса– малое время обработки, простота и гибкость процесса, повышенное усвоение магния, относительно малое количество формирующегося шлака и газов.
Недостаток процесса– незначительная потеря тепла, которая возникает из-за того, что часть тепла расходуется на расплавление 1 – 2 % материала защитного покрытия.
В результате модифицирования высокопрочных чугунов улучшается механическая обрабатываемость отливок, повышается прочность и пластичность, снижается твердость и чувствительность микроструктуры к толщине стенок, формируется более однородная микроструктура. Кроме того, графитизирующее модифицирование, как правило, снижает склонность чугуна к усадке при его кристаллизации.
Процесс модифицирования играет важнейшую роль при производстве качественных чугунных отливок.Посредством модифицирования можно управлять процессом формирования включений графита, степенью переохлаждения чугуна, что позволяет обеспечить требуемые эксплуатационные характеристики отливок.
Материал поступил в редколлегию 10.05.2017
УДК 621.745.55
А.Н.Грудина
Научный руководитель: к.т.н., доц. Д.А. Илюшкин
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА
С ВЕРМИКУЛЯРНЫМ ГРАФИТОМ
Объект исследования: чугуны с вермикулярным графитом (ЧВГ), технологические процессы получения ЧВГ.
Результаты, полученные лично автором: анализированы и выявлены особенности технологических процессов получения ЧВГ.
Для снижения металлоемкости и себестоимости отливок, повышения их физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик перспективным материалом является чугун с так называемой вермикулярной (червеобразной) формой графита (ЧВГ). Вермикулярный графит представляет собой округлые,утолщенные и в основном неразветвленные короткие изогнутые графитные включения. Такая форма графита определяет сочетание достаточно высоких механических свойств и повышенной теплопроводности, высокой термостойкостью, низким тепловым расширением, достаточно хорошей пластичностью, низкой литейной усадкой и хорошей жидкотекучестью, что делает ЧВГ перспективным материалом для отливок, работающих в условиях термоциклирования при значительном перепаде температур и испытывающих большие термические нагрузки.
В машиностроении используют четыре технологических процесса получения ЧВГ: цериевый, магний-цериевый, магний-титан-цериевый, магниевый. Все процессы основаны на модифицировании базового чугуна сфероидизирующими присадками: цириевым мишметаллом,магний-цериевыми лигатурами, магний-цериевыми лигатурами с титаном, чистым магнием. Различаются также способы введения модификаторов, их стоимость, стабильность получения чугуна, необходимое оборудование для проведения модифицирования и сложность обработки.
Наряду с другими магний-цериевый способ получения ЧВГ обладает рядом преимуществ: простотой технологией, легкостью внедрения в действующее производство, высоким коэффициентом усвоения редкоземельных элементов (РЗМ), стабильностью получения вермикулярной формы графита, меньшим количеством добавляемых РЗМ. Однако приходится соблюдать строго определенный температурный режим вермикуляризирующей обработки чугуна (1475…1500°С), т.к. при превышении температуры магний окисляется из расплава и возрастает риск получения чугуна с пластинчатым графитом, а при низкой температуре образуется повышенное количество шаровидного графита. Для устранения отбеливающего воздействия магния и РЗМ расплав обязательно подвергается вторичной графитизирующей обработке.
Материал поступил в редколлегию 10.05.2017
УДК 621.744.5.07
П.И. Ерченко
Научные руководители: профессор кафедры «Машиностроение и материаловедение», к.т.н., В.И. Хенкин; доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение», к.т.н., О.В. Петраков.