Високоміцний чавун з кулястим графітом визнаний у світі унікальним багатофункціональним матеріалом для виробів найвідповідальнішого призначення в багатьох галузях промисловості. Він має сприятливе поєднання показників міцності, а також володіє високими ливарними властивостями, що часто перевищують показники сталі (високою рідкоплинністю, меншою ливарною усадкою, схильністю до утворення тріщин тощо), які дозволяють виготовляти виливки будь-якої геометричної складності, конфігурації, форми та маси.
Останнім часом спостерігається інтенсивне зростання виробництва виливків з високоміцного чавуну з кулястим графітом (рис. 1, б) практично у всіх промислово розвинених країнах світу.
Рисунок 1 – Мікроструктура сірого чавуну з пластинчатим графітом (а) та чавуну зі сфероїдальним графітом (б) [1]
Так, наприклад, в США, Німеччині, Кореї, Китаї, Японії випуск виливків з високоміцного чавуну становить 70 – 80% від випуску виливків з сірого чавуну з пластинчастим графітом (рис 1). Випуск виливків з високоміцного чавуну перевищує випуск виливків з сірого чавуну у 1,2 – 2,8 рази у Туреччині, Фінляндії, Франції, Великобританії, Іспанії, Португалії, Данії, Норвегії, Австрії (країни вказані за зростанням співвідношення).
В даний час існує багато різних способів отримання високоміцного чавуну з кулястим графітом. Кожен з яких має свої переваги та недоліки, а також раціональну сферу застосування.
У промисловості найпоширенішим елементом-модифікатором, завдяки якому формується в структурі графіт сфероїдальної форми, домінуюче місце належить металевому магнію. Температура кипіння металевого магнію становить 1107°С, а температура рідкого чавуну під час модифікування приблизно дорівнює
1380…1480 °С. Тому додавання металевого магнію у рідкий метал супроводжується виплесками чавуну з ковша, піроефектом та виділенням білого диму окису магнію. При цьому корисне засвоєння магнію до потрібного для сфероїдизації графіту залишкового значення (0,03…0,05 % Mgзал) у чавуні виливків незначне і нестабільне. Для запобігання виплескам, піроефекту, димовиділенню і стабілізації коефіцієнта корисного засвоєння, металевий магній додають у рідкий чавун спеціальними, іноді досить складними методами, деякі з яких наведено на рис. 2.
Металевий магній додають на дно ковша з рідким чавуном у вогнетривкому стакані з отворами на штанзі крізь отвір у важкій захисній кришці (рис. 2, а), у герметизованому автоклаві при надлишковому тиску, який підвищує температуру кипіння магнію до 1300…1380 °С (рис. 2, в) або інжектують (продувають) крізь вогнетривку фурму у потоці нейтрального гасу (рис. 2, б). Досі поширеним є метод модифікування чавуну магнієм у герметизованому поворотному ковші конверторного типу (рис. 2, г).
Замість металевого магнію чавун модифікують менш активними сплавами нікелю з 15…20 % магнію, або феросиліцію (43…46 % кремнію) з 6…8 % магнію. Важкий нікель-магнієвий модифікатор НМг-15…НМг-20 здебільшого додають на дно відкритого ковша перед заповненням рідким чавуном (рис. 3, а).
Щоб уникнути передчасне спливання легкого феросиліцій-магнієвого модифікатора ФСМг-6…ФСМг-8, його іноді прикривають карбідом кальцію з наступним проколюванням спеченої кірки сталевою штангою (рис. 3, б); привантажують чавунною стружкою на дні ковша (рис. 3, в), у тому числі в спеціальній кишені футерівки дна ковша – так званий сендвіч-процес (рис. 3, г); привантажують чавунним диском (рис. 3, д) або механічно утримують зафутерованим біля днища стрижнем з отворами (рис. 3, е). Зниження піроефекту досягають використанням кришки з ливниковою воронкою (рис. 3, ж).
Використовуються методи додавання легкого модифікатора в ківш з рідким чавуном у вогнетривкому стакані з отворами на штанзі або на поверхню з одночасним продуванням чавуну нейтральним газом крізь пористу вогнетривку вставку у футерівці днища ковша (рис. 3, и).
Існує кілька варіантів для отримання ВЧКГ шляхом оброблення розплаву чавуну порошковим дротом.
Дріт можна вводити безпосередньо в ківш з допомогою спеціального пристрою, в ливникову чашу і навіть в форму через спеціальний отвір (рис. 4)
Технологія модифікування порошковим дротом заснована на безперервній або дискретному оброблення рідкого металу. Матеріал оболонки дроту і склад наповнювача можна змінювати з метою отримання заданих властивостей металу в виливках
Одним із найбільш сучасних і перспективних способів отримання високоміцного чавуну з кулястим графітом є процес модифікування чавуну в ливарній формі, так званий – Інмолд-процес (рис. 3, к). Модифікування чавуну в ливарній формі полягає в тому, що подрібнену модифікуючу суміш (лігатуру, модифікатор, добавку) поміщають у реакційну камеру, що спеціально розташована під живильником. При певному поєднанні температури і швидкості заливання модифікатор рівномірно та повністю розчиняється в потоці чавуну під час заливання ливарної
Рисунок 2 – Способи оброблення розплаву металевим магнієм:
а – ківш з герметизованою кришкою та вогнетривким стаканом на штанзі,
б – ківш з продувкою через перфорованою вогнетривкою трубкою; в – герметизований автоклав, г – герметизований поворотний ківш конверторного типу [2]
Рисунок 3 – Найпоширеніші способи модифікування (оброблення) розплаву чавуну комплексними лігатурами (добавками): а – пур-овер; б – тригер; в – з прикриттям; г – сендвіч; д – з приван-таженням; е – з вогнетривкою сіткою;
ж – тандиш; и – газал; к – Інмолд-процес [2]
Рисунок 4 – Схема модифікування (оброблення) розплаву порошковим дротом:
а – в струмінь при заливання з ковша; б – в ковші [3]
Пошук ефективного стабільного безпечного методу сфероїдизувального модифікування чавуну продовжується й досі. Чавун, який з метою сфероїдизації графіту оброблений металевим магнієм або нікель-магнієвим модифікатором, завжди кристалізується за метастабільною системою, тобто з вибіленням. Тому одночасне або вторинне його модифікування феросиліцієм для усунення вибілення у литому стані (без додаткової термічної обробки вибілених виливків) звичайна практика при виробництві високоміцного чавуну. При сфероїдизувальному модифікуванні чавуну феросиліцій-магнієвим модифікатором типу ФСМг додаткове графітизувальне модифікування чавуну феросиліцієм не обов’язкове.
Перелік посилань
1. Cheng X.A. Сomparative study on gray and nodular cast irons surface melted by plasma beam / X. Cheng, S. Hu, W. Song // Vacuum. – 2014. – Vol. 101. – P. 177-183
2. Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт з дисципліни «Виробництво виливків із чавуну», НТУУ КПІ ім. І.Сикорського, 2017 р., 37 с.
3. Ващенко К.И., Шумихин В.С. Плавка и внепечная обработка чугуна для отливок: Учеб. пособие. – К.: Вища шк., 1992. – 246 с.
Як з нами зв’язатися?
Напишіть нам: info@ukrfavorit.com.ua
Зателефонуйте: 0800 33 92 85 (безкоштовно).
Скануйте QR-код та долучайтеся до наших соцмереж!
Разом ми рухаємо індустрію вперед!
Телефон:
+38 (067) 333-92-85
+38 (066) 333-92-85
+38 (044) 333-92-85
Прес-служба «Укрфаворіт»
