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.
В последнее время наблюдается интенсивный рост производства отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (рис. 1, б) практически во всех промышленно развитых странах мира.
Рисунок 1 – Микроструктура серого чугуна с пластинчатым графитом (а) и чугуна со сфероидальным графитом (б) [1]
Так, например, в США, Германии, Корее, Китае, Японии выпуск отливок из высокопрочного чугуна составляет 70–80% от выпуска отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом (рис. 1). Выпуск отливок из высокопрочного чугуна превышает выпуск отливок из серого чугуна в 1,2–2,8 раза в Турции, Финляндии, Франции, Великобритании, Испании, Португалии, Дании, Норвегии, Австрии (страны указаны в порядке возрастания соотношения).
В настоящее время существует много разных способов получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, а также рациональную область применения.
В промышленности наиболее распространённым элементом-модификатором, благодаря которому в структуре формируется графит сфероидальной формы, доминирующее место занимает металлический магний. Температура кипения металлического магния составляет 1107 °C, а температура жидкого чугуна при модифицировании приблизительно равна 1380–1480 °C. Поэтому введение металлического магния в жидкий металл сопровождается выбросами чугуна из ковша, пирoэффектом и выделением белого дыма оксида магния. При этом полезное усвоение магния до необходимого для сфероидизации графита остаточного содержания (0,03–0,05 % Mgост) в чугуне отливок является незначительным и нестабильным. Для предотвращения выбросов, пироэффекта, дымовыделения и стабилизации коэффициента полезного усвоения металлический магний вводят в жидкий чугун специальными, иногда достаточно сложными методами, некоторые из которых приведены на рисунке. 2.
Металлический магний добавляют на дно ковша с жидким чугуном в огнеупорном стакане с отверстиями на штанге через отверстие в тяжёлой защитной крышке (рис. 2, а), в герметизированном автоклаве при избыточном давлении, которое повышает температуру кипения магния до 1300–1380 °C (рис. 2, в), либо инжектируют (продувают) через огнеупорную фурму в потоке нейтрального газа (рис. 2, б). До сих пор широко применяется метод модифицирования чугуна магнием в герметизированном поворотном ковше конвертерного типа (рис. 2, г).
Вместо металлического магния чугун модифицируют менее активными сплавами никеля с 15–20 % магния или ферросилиция (43–46 % кремния) с 6–8 % магния. Тяжёлый никель-магниевый модификатор НМг-15…НМг-20 в основном добавляют на дно открытого ковша перед заполнением его жидким чугуном (рис. 3, а).
Чтобы избежать преждевременного всплытия лёгкого ферросилиций-магниевого модификатора ФСМг-6…ФСМг-8, его иногда покрывают карбидом кальция с последующим прокалыванием спечённой корки стальной штангой (рис. 3, б); пригружают чугунной стружкой на дне ковша (рис. 3, в), в том числе в специальном кармане футеровки дна ковша — так называемый «сэндвич-процесс» (рис. 3, г); пригружают чугунным диском (рис. 3, д) либо механически удерживают зафутерованным у днища стержнем с отверстиями (рис. 3, е). Снижение пироэффекта достигается использованием крышки с литниковой воронкой (рис. 3, ж).
Используются методы введения лёгкого модификатора в ковш с жидким чугуном в огнеупорном стакане с отверстиями на штанге либо на поверхность с одновременной продувкой чугуна нейтральным газом через пористую огнеупорную вставку в футеровке днища ковша (рис. 3, и).
Существует несколько вариантов получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) путём обработки расплава чугуна порошковой проволокой.
Проволоку можно вводить непосредственно в ковш с помощью специального устройства, в литниковую чашу и даже в форму через специальное отверстие (рис. 4).
Технология модифицирования порошковой проволокой основана на непрерывной или дискретной обработке жидкого металла. Материал оболочки проволоки и состав наполнителя можно изменять с целью получения заданных свойств металла в отливках.
Одним из наиболее современных и перспективных способов получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом является процесс модифицирования чугуна в литейной форме, так называемый Инмолд-процесс (рис. 3, к). Модифицирование чугуна в литейной форме заключается в том, что измельчённую модифицирующую смесь (лигатуру, модификатор, добавку) помещают в реакционную камеру, специально расположенную под питателем. При определённом сочетании температуры и скорости заливки модификатор равномерно и полностью растворяется в потоке чугуна в процессе заливки формы.
Рисунок 2 – Способы обработки расплава металлическим магнием:
а – ковш с герметизированной крышкой и огнеупорным стаканом на штанге,
б – ковш с продувкой через перфорированную огнеупорную трубку;
в – герметизированный автоклав;
г – герметизированный поворотный ковш конвертерного типа [2]
Рисунок 3 – Наиболее распространённые способы модифицирования (обработки) расплава чугуна комплексными лигатурами (добавками):
а – пур-овер; б – триггер; в – с прикрытием; г – сэндвич; д – с пригрузом; е – с огнеупорной сеткой; ж – тандиш; и – газал; к – Инмолд-процесс [2]
Рисунок 4 – Схема модифицирования (обработки) расплава порошковой проволокой:
а – в струе при разливке из ковша; б – в ковше [3]
Поиск эффективного, стабильного и безопасного метода сфероидизирующего модифицирования чугуна продолжается и по сей день. Чугун, который с целью сфероидизации графита обработан металлическим магнием или никель-магниевым модификатором, всегда кристаллизуется по метастабильной системе, то есть с отбелом. Поэтому одновременное или вторичное его модифицирование ферросилицием для устранения отбела в литом состоянии (без дополнительной термической обработки отбелённых отливок) является обычной практикой при производстве высокопрочного чугуна. При сфероидизирующем модифицировании чугуна ферросилиций-магниевым модификатором типа ФСМг дополнительное графитизирующее модифицирование ферросилицием не является обязательным.
Список ссылок
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. Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Производство отливок из чугуна», НТУУ КПИ им. И. Сикорского, 2017 г., 37 с.
3. Ващенко К.И., Шумихин В.С. Плавка и внепечная обработка чугуна для отливок: Учеб. пособие. – К.: Вища шк., 1992. – 246 с.
Как с нами связаться?
Напишите нам: info@ukrfavorit.com.ua
Позвоните: 0800 33 92 85 (бесплатно).
Сканируйте QR-код и присоединяйтесь к нашим соцсетям!
Вместе мы двигаем индустрию вперед!
Телефон:
+38 (067) 333-92-85
+38 (066) 333-92-85
+38 (044) 333-92-85
Пресс-служба «Укрфаворит»
