Графитизирующее модифицирование чугуна углерод - карбидкремниевыми материалами

1.

STCIM
НиТМЧ
ГРАФИТИЗИРУЮЩЕЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЧУГУНА
УГЛЕРОД-КАРБИДКРЕМНИЕВЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
2022
Подольчук А.Д.
ООО «НПФ АМЮС», г. Москва, (+79161658390)
Введение
Результаты исследований
Одним из решающих факторов, влияющих на получение чугунных отливок высокого
качества с заданными механическими свойствами и улучшение обрабатываемости отливок,
является – графитизирующее модифицирование.
Графитизирующее модифицирование чугуна проводится с целью увеличения количества
зародышей Графита, улучшения формы и распределения графита, а также для снижения
склонности чугуна к отбелу.
Результаты опытных работ по модифицированию чугуна СЧ20 в разливочном
ковше
Цель исследования
Определить степень эффективности графитизирующего модифицирования чугуна
углерод-карбидкремниевыми материалами (УККМ) при введении в расплав на различных
этапах плавки.
Определить длительность «живучести» эффекта графитизирующего модифицирования
чугуна при модифицировании расплава углерод-карбидкремниевыми материалами (УККМ) на
различных этапах плавки.
Определить
эффективность
графитизирующего
модифицирования
углеродкарбидкремниевыми материалами (УККМ) при выплавке чугунов переплавом и при выплавке
синтетических чугунов.
Модифик
атор
Масса
модификатор
а, кг(%)
Величина
отбела, мм
Предел
прочности,
кгс/мм2
Твердость
с обр., НВ
FeSiBa4
3(0,3)
3-5
20,0-22,0
192-225
FeSiBa4
5(0,5)
2-4
20,2-22,0
187-215
УККС-63
1(0,1)
3-5
18,8-20,0
200-232
УККС-63
2(0,2)
2-3
20,0-23,0
197-227
УККС-63
3(0,3)
1-2
20,0-24,0
187-217
УККС-63
4(0,4)
отсутствует
21,0-25,0
187-217
Методология исследования
-
-
Оценка влияние графитизирующего модифицирования на склонность чугуна к отбелу,
влияющего на обрабатываемость отливок, контролируется в процессе плавки
специальными клиновыми пробами, получаемыми в сырых песчаных формах.
Оценка форм и размеров зерен графита, а также размеров зерна эвтектики оценивается по
клиновым пробам визуальным контролем макроструктуры чугуна.
Фото 4
Фото 5
Фото 6
Исследования проводились в рамках опытных и серийных плавок на предприятиях
металлургического и машиностроительного комплекса на индукционных и
электродуговых печах емкостью от 190 кг до 50 тонн. Полученные в ходе исследований
результаты представлены на фото 1-6 и Рис 1-3.
Все полученные отливки соответствовали требованиям НТД предприятий.
На Фото 6 представлена клиновая проба чугуна после выдержки в печи более 3-х
часов чугуна, имевшего клиновую пробу (фото 5) после расплавления. Полученные
отливки имели прочность 230 Н/мм2, твердость 207НВ. Структура чугуна ПГф1-ПГф2ПГр2-ПГр8-ПГд350-Пт1-П96-ФЭр1, что соответствовало заданным требованиям. Все
отливки прошли мехобработку. Литейный брак отсутствовал.
Выводы
-
Фото 1
Фото 2
Фото 3
Контроль механических свойств отливок контролировалась по сопутствующим образцам,
отлитых по ГОСТ 1412-85 и 7293-85.
Окончательная оценка форм, размеров и распределения графита в чугуне проводилась на
не травленных образцах по контролю микроструктуры чугуна по ГОСТ 3443-87.
100 мкм
-
100 мкм
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Оценка структуры металлической матрицы отливок проводилась на травленных образцах
по ГОСТ 3443-87.
Результаты исследования
-
-
-
-
Введение углерод-карбидкремниевых материалов (УККМ) при сливе металла из печи в
ковш привело к положительному эффекту графитизирующего модифицирования при
определенном соотношении фракционного состава и емкости ковша.
Положительные результаты по графитизирующему модифицированию чугуна углеродкарбидкремнитевыми материалами (УККМ) получены при введении УККМ в печь на
зеркало металла, предварительно очищенного от шлака, в количестве 0,2-0,4% и работе
печи в течении 5-10 минут.
«Живучесть» эффекта графитизирующего модифицирования чугуна углеродкарбидкремниевыми материалами (УККМ) сохраняется в течении длительного времени
(до 60 минут).
Наилучшие результаты по влиянию углерод-карбидкремниевых материалов (УККМ) на
структуру и механические свойства отливок из чугуна получены при выплавке
синтетических чугунов с применением в составе шихты УККМ взамен ферросилиция и
углерод-содержащих материалов и модифицирование расплава УККМ в конце плавки при
введении УККМ в печь при наплаве от 2/3 уровня металла и в пределах верхнего витка
индуктора.
Углерод-карбидкремниевый материалы (УККМ) позволяют эффективно проводить
графитизирующее модифицирование расплава чугуна на различных этапах плавки.
- «Живучесть» графитизирующего модифицирования расплава чугуна УККМ
значительно превосходит показатели известных модификаторов и обеспечивает высокое
качество отливок при длительной раздаче металла из печи.
- Графитизирующее модифицирование чугуна обеспечивается принципиально
различным влиянием карбида кремния, входящего в состав углерод-карбидкремниевых
материалов (УККМ), от влияния известных модификаторов на основе ферросилиция с
различными добавками на образование зародышей графита в расплаве.
Графитизирующее
модифицирование
чугуна
углерод-карбидкремниевыми
материалами (УККМ) позволяет, при одинаковом химическом составе чугуна по
действующим технологиям, повысить механические свойства отливок на 10-20%.
Графитизирующее
модифицирование
чугуна
углерод-карбидкремниевыми
материалами (УККМ) обеспечивает значительный рост количества зародышей графита,
снижение переохлаждения и склонности чугуна к отбелу.
- Образующийся в отливках междендритный графит ПГр8,9 не оказывает значительного
влияния на механические свойства отливок, что требует дополнительного изучения и
научного обоснования.
- Применение углерод-карбидкремниевых материалов (УККМ) показала высокую
эффективность при графитизирующем модифицировании серого и высокопрочного
чугуна, в том числе синтетического.
- Применение УККМ для графитизирующего модифицирования чугуна позволила
сократить расход FeSiBa для ответственного литья на 50% или отказаться от его
применения.
- В современных условиях санкций и ограничений в поставках импортных
графитизирующих модификаторов наиболее оптимальным является выплавка чугуна с
обработкой расплава УККМ на различных этапах плавки., что позволяет значительно
снизить себестоимость продукции и повысить качество отливок.
Библиографический список
1. «О реакциях карбида кремния с металлами и окислами при выплавке ферросплавов» //
В.А.Кравченко, С.И.Хитрик // Известия вузов. Черная металлургия – 1960 - № 4. С. 87-98.
2. «Электрометаллургия ферросилиция» / Зубов В.Л., Гасик М.И.// Системные
технологии/ 2002.
3. «Диаграмма системы Fe-Si-O-C» / Толстогузов Н.В.// Известия вузов. Черная
металлургия. 1990. № 2, с. 14-18.
4. Патент РФ № 2620206 / Подольчук А.Д., Деревянко И.В. // Способ графитизирующего
модифицирования чугуна/ 2017 Бюл. № 11