Модифікатор для сфероїдизуючої обробки чавуну

1. Модификатор для сфероидизирующей обработки чугуна, содержащий плакированные смесью твердых углеводородов ультрадисперсные 29736 ются, эффективность модифицирования резко увеличивается. Предложенный модификатор опробовали в литейном участке Государственной металлургической академии Украины (г. Днепропетровск) при обработке чугуна следующего состава: 3,4...3,6% С; 2,2...2,4% Si; 0,4...0,5% Мn; 0,2...0,3% Р; 0,03...0,4% S; 0,1...0,2% Сr; 0,2...0,3% Ni. Использовали модификаторы с размером частиц от 0,005 до 0,55 мкм, полученные из отходов кремнийполимерных и титаномагниевых производств на установках плазмохимического синтеза АО "Неомат" (г. Рига, Латвия). Исходный чугун выплавляли в индукционной печи, разливали в ковши, на дно которых перед заливкой укладывали пакеты с модификатором. Из чугуна заливали стандартные технологические пробы для исследования структуры и механических свойств чугуна. Количество графитных включений в 1 мм2 определяли путем подсчета их на поверхности шлифа (Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. - М: Металлургия, 1976). Степень сфероидизации графита (ССГ) определяли по формуле (Литовка В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках. - К.: Наукова думка, 1987, с. 8): шается тем, что разработанный модификатор для сфероидизирующей обработки чугуна содержит плакированные смесью твердых углеводородов ультрадисперсные порошки силицида магния, нитрида магния и карбида кремния плазмохимического синтеза при следующем соотношении компонентов, мас. %: Силицид магния 45...55 Нитрид магния 3...10 Карбид кремния остальное Кроме того, размер частиц ультрадисперсных порошков составляет 0,01...0,1 мкм. Дополнительный ввод в модификатор ультрадисперсного порошка карбида кремния позволяет устранить отбел (кромочный или сквозной) в чугунных отливках. При вводе карбида кремния образуется огромное количество микрообъемов металла с зародышами критического размера, что облегчает графитизацию чугуна и препятствует образованию хрупких высокоуглеродистых фаз (цементита и карбидов). Частицы карбида кремния плазмохимического происхождения обладают способностью после усвоения их расплавом и достижения ими в расплаве критического размера замедлять растворение, существуя в дальнейшем в таком виде определенное время (Бакли Г. Рост кристаллов. - М. Иностранная литература, 1954, с. 33). При вводе ультрадисперсного SiC в расплав образуются локальные микрообъемы заэвтеклического чугуна с термодинамическими центрами кристаллизации графита. В микрообъемах расплава частицы карбида кремния разлагаются (Самсонов Г.В., Портной К.И. Сплавы на основе тугоплавких соединений. - М.: Госиздат, 1961. с. 238): SiС+Fe®FeSi (раствор) + С (нерастворимый). Углеродистые образования, имеющие свою межфазную границу, являются центрами кристаллизации графита. При этом микрообразования кремния повышают активность углерода, что ускоряет диффузионные процессы. Образование большого количества центров кристаллизации при модифицировании способствует формированию мелкозернистой структуры серого чугуна без наличия хрупких структурных составляющих (отбела). Ковшевое или внутриформенное сфероидизирующее модифицирование чугуна разработанным составом способствует улучшению формы графита и повышает пластичность чугуна по сравнению с известным модификатором по патенту № 2069704, С22С35/00. Согласно проведенным физико-химическим исследованиям силицид и нитрид магния, полученные методом плазмохимического синтеза, в Fe-С расплаве при температуре выше 1300°С разлагается: Mg2Si®2Mg+Si Mg3N2®3Mg+2N Выделяющийся в атомарном состоянии магний в расплаве способствует формированию шаровидного графита. Усиливает это действие, способствуя формированию мелкодисперсной структуры и высокой степени сфероидизации графита (ССГ), образующийся в микрообъемах атомарный кремний при разложении Mg2Si и SiC. Диффузионные процессы при этом значительно сокраща i =n i =n i =1 i =1 CCГ = å Ф іNi å x100%, где Фі - величина фактора формы графитных включений; Ni - количество включений графита, входящих в і-ю группу и имеющих фактор формы Фі. Результаты экспериментов по сфероидизирующей обработке чугуна известным и предлагаемым модификаторами приведены в таблице. Из таблицы видно, что наиболее высокие результаты получены при содержании 45...55% Мg2Sі, 3...10% Мg3N2 и остальном до 100% содержании SiC (составы 3...5). Оптимальным является фракционный состав в пределах 0,01...0,1% мкм (составы 8...12). При уменьшении количества Mg2Si до 40% и Мg3N2 до 1% ухудшается ССГ до 72-75% и снижается пластичность (состав 2) вследствие недостаточного количества магния в модификаторе. При увеличении количества Mg2Si выше 10% и снижении SiC менее 35% (состав 6) увеличивается количество хрупких карбидов в структуре вследствие недостаточного количества графитизирующего кремния, уменьшается количество графитных включений при возрастании их размеров и соответственно падает пластичность. Из таблицы видно, что при снижении размера частиц модификатора менее 0,01 мкм, часть их, имея диаметр меньше критического, растворяется в чугуне, не образуя центров кристаллизации, поэтому увеличивается количество карбидов, уменьшается число графитных включений в 1 мм2, падает пластичность (состав 7). Кроме того, нижний (минимальный) размер частицы ограничен возможностями способа ее получения и снижением производительности установки. Уменьшается число центров кристаллизации графита и с увеличением размера частиц более 0,1 мкм, графитные включения укрупняются и в 2 29736 обоих случаях падает пластичность чугуна (состав 13). Таким образом, обработанный предлагаемым модификатором чугун по сравнению с чугуном, обработанным известным модификатором, имеет более мелкие графитные включения, большую степень сфероидизации графита и высокую пластичность без наличия отбела в отливках. Обработка предложенным модификатором позволяет повысить эксплуатационные показатели отливок для металлургической и машиностроительной промышленности (прокатные валки, изложницы, трубы, штампы, станины и т.д.), что дает значительный экономический эффект. Таблица № п/п Результаты исследований чугуна, обработанного известным и предлагаемым модификаторами 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Mg Mg3N2 Mg2Si SiC Фракция, мкм 12,5 9,0 1 78,5 40 59 0,55 0,05 Количество карбидов, % 14,0 2,5 3 45 52 0,05 2,5 182 76-78 18,6 7 50 43 0,05 3,7 162 83-85 16,8 10 55 35 0,05 3,3 146 90-92 17,1 13 6,5 60 50 27 43,5 0,05 0,005 5,9 8,7 115 105 90-92 60-63 13,6 12,4 6,5 50 43,5 0,01 2,7 158 80-82 15,7 6,5 50 43,5 0,03 2,8 173 83-85 16,8 6,5 50 43,5 0,05 3,9 171 81-83 15,2 6,5 50 43,5 0,07 2,8 173 78-80 15,0 6,5 50 43,5 0,10 3,4 161 79-81 15,4 6,5 6,5 50 50 43,5 43,5 0,15 0,20 6,8 6,7 130 123 67-70 65-69 9,8 9,6 Состав, мас. % Тип состава Известный Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Количество графитных включений, шт/мм2 67 182 73-75 72-75 Пластичность, d, % 8,6 15,2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3 ССГ, %