автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Активность кислорода в железо-углеродистых расплавах и использование этой информации для прогнозирования формы выделения графита при затвердевании чугуна

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

УДК: 669.112.046.552.3

ЛИМ ВОН БОК

АКТИВНОСТЬ КИСЛОРОДА В ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВАХ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФОРМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ГРАФИТА ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ ЧУГУНА

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

, Москва 1990

""V > * г ■ \

Работа выполнена в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институте стали и сплавов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А. Ф. ВИШКАРЕВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук В. И. КАШИН, кандидат технических наук А. П. ВОРОБЬЕВ

Ведущее предприятие •—• Металлургический завод «Серп и Молот»

Защита состоится Л/ » 1990 г. в /У час на

заседании специализированного совета К-053.08.01 Московского института стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

Отзывы просим направлять в 2-х экземплярах на имя специализированного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Справки по телефону 236-96-01.

Автореферат разослан « J<'~» 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, д. т. п., профессор

Г. А. ФАРНАСОВ

' Обтал характеристика работы

Актуальнос11'ъ работы: Основным направлением развития черной металлургии является повышение и стабилизация качества металлопродукция, механических и служебных свойств стали, снижение количества брака, удовлетворение требований потребителей. Реализация этого направления позволит существенно сократить потребность народного хозяйства в металле, обеспечить значительное снижение капиталовложений.

Качество металла в значительной степени определяется технологией производства чугуна и стали - восстановления, раскислений, глубокой десульфурациа, легирования, модифицирования и т.д. Эффективность протекания всех этих процессов во многом определяется уровнем активности кислорода в расплаве. Поэтому контроль за изменением содержания кислорода в ходе процесса имеет существенное значение.

Применение в этом аспекте метода электродвижущих сил (ЭДС) дает возмокность оценить термодинамические характеристики всех исследуемых металлургических фаз и создает предпосылки для Управления заключительными процессами производства металлов.

Влияние отдельных примесей на активность кислорода в распла- ' вах железа изучено достаточно подробно. Менее детально исследована активность кислорода в трех-четырех компонентных расплавах на основе железа. Имеются лишь отдельные работы.по влиянию добавок на активность п высокоуглеродистых расплавах на основе железа. В то же время известно, '¡то активность кислорода в таких расплавах определяет форму выделения графита и позволяет регулировать получение отливок с вермккулярным или глобулярным

графитом.

Вышейзученное убеждает, что проблема контроля окисленности высокоуглеродистых расплавов и использование эчой информации для производства отливок из высокопрочного чугуна является актуальной.

Цегыо работы является определение активности кислорода и оценка некоторых термодинамических параметров многокомпонентных железо-углеродистых расплавов, влияние РЗМ и ЩЗМ на их активность, а также дальнейшее использование этой информации для прогнозирования формы выделения графита при затвердевании чугуна.

Научная новиана

Научная новизна работы заключается в том, что в ней экспериментально определены величины активности кислорода в расплавах £е-р и Ре-С-51 , выявлено влияние некоторых РЗМ и ЩЗМ на активность кислорода, а также .уточнены некоторые термодинамические характеристики изученных расплавов.

Уточнено' совместное влияние углерода и кремния на активность кислорода.

Установлено," что из исследованных РЗМ и ЩЗ,'.' наибольшее влияние па активность кислорода в расплавах аелеэо-углерод-кремяий оказывает магний, церий занимает промежуточное положение, наименьшей раскислительной способностью обладает иттрий.

Установлено поведение кислорода после ввода раскислитеяей (модификаторов) в железо-углеродистый расплав. Добавка кремния сопровождается снижением активности кислорода и установлением стабильной ее величины.

После введения РЗ,.! и ^Р?.! наблюдается резкое падение активности кислорода и ее последуицпй рост в связи с окислением добавок материалом тигля (Д£гОз) . а также кислородом, содержащимся в защитно'»: атмосфере.

Экспериментально установлен« оптимальные -пределы активности кислорода, обеспечивающие образование шаровидного ил/. вермикуляр-ного графита при модифжцировслии чугуна различными модификаторами (РЗМ и Ш3'<1).

Практическая значимость заключается в то:л; что подученные результаты могут бить использованы в термодинамических расчетах многокомпонентных' расплавов на основе железа, й тагег.е при разработке технологии кодифицирования чугуна для производства отливок с вермикулярншл или шарояиднкм графитом. Показано, что модифицирование должно производится на последних стадиях производства, а количество вводимого модификатора необходимо контролировать по величине активности кислорода. При этом следует учитывать, что уровень активности кислорода, определяющкйо образование той или иной формы графита, зависит от типа модификатора: например, образование шаровидного графита наблюдается в случае модифицирования магнием при активности кисчорогуа менее 2,5x10"°^.

Объем и структура работа Диссертационная работа общим объемом стр. состоит из введения, глав, общих выводов, сш;с.ка литературы (наименован;!'1).

Методика росле/и .тч:п1! Опытные плавки проводили п ночи Тамкана в потоке азота. При проведении плаэок. ддл исследования вчшшия углерода на ак—

"квность кислорода в системе железо-углерод в качестве иеход-•ного материала использовали карбонильное келезо.

Содержание углерода в металле увеличивали введением в него спектрально nicfux графитовых стеркней.

Для оценки активности кислорода в системе ¡-'е~С-&; в качестве исходного материала использовали синтетический железо-угле-родисткй сплав с содержанием 3-3,5$С. Пра этом содержание кремния увеличивали добавками в расплав ферросилиция 75. В дальнейших экспериментах в качестве шихтовых материалов

л

;использовали синтетический чугун с содержанием 3,5%С и 2.1$ Si. Этот материал использовали для исследован^ влияния магния, церия и иттрия на активность кислррода в железо-крем-нии-углеродистих расплавах. Синтетический чугун выплавляли в индукционной печи на воздухе. Магний добавляли в виде

Mg -Ali. -вой лигатуры, церий - в виде металлического церия и

\

ферроцерия, иттрий - в виде металлического иттрия.

Температуру расплава измеряли вольфрам-реннеаой термопарой. Активность кислорода определяли о помощью метода злектро-дзикущих сил (ЭДС). Величина ЭДС измеряли кислородны;.! зондом; В качестве твердого электролита использовали диокись циркония, стабилизированную оксидом иттрия, электродом сравнения являлась смесь Мо-КоС^. Для обеспечения точности измерения ЭДС использовали двоение датчики кислородного зонда для одновременного параллельного замера .'В том случае, если измерения сильно различались,' замерц повторялись. Если различие-в параллельных измерениях было небольшим, замера усредняли. • При расчете величины активности кислорода использовали

выражение, учитывающее доли ионной проводимости:

ЖЗиЖЪ . . 95% рад Р

й0 = ио 7—-Ш2'/0~ г 2'9У

■ Она позволяет рассчитывать истинные величины активна ли 1шс-' лорода в глубоко раскисленном расплаве.

Для изучения взаимосвязи между активностью кислорода и сфероидизадней графита при модифицировании чугуна образцы рассматривали в оптическом микроскопе. Для этого после расплавления исходных синтетических чугунов добавляли различные рас-м;сители-модафикаторн (РБМ, 113М). Через 2 мин. после их введе-гтя в расплаз добавляли 0,5$ касса Рег«-75 с целью создания центров кристаллизации -рафита. Микроструктуру чугуна изучал;! на пробах, отобранных затем после полного растворения присадок кремния. Из этих проб в дальнейшем изготовляй шлифы. При рассмотрении микроструктуры шлифов изучали форму, размер, распределение и площадь графита. Исследование микроструктуры графитовых включений выполнялись на основе ГОСТ 3443-67.

Активность'кислорода в яилезо-углеподистчх

расплавах

Величина активное ти кислорода зависит от химического состава и температуры расплава. Известно, что активность кислорода в жидких чугунах очень мала, и до и после предварительной обработки шлаком по результатам измерений с помощь» промышленных

одноразовых зондов она колеблется от 0,7 до 2x1 СГ4 при температурах около 1400°С.

В системе £е-С равновесная активность кислорода мокет быть рассчитана из выражения константы равновесия реакции между углеродом и кислородом в железе с учетом параметров взаимодействия :

(С) + Ш = СОг

На рис. I представлена расчетные величины активности кислорода по уравнению (2), экспериментальные данные, полученные Альберт о с использованием кислородного зонда системы ТИ02 ~

и экспериментально полученные нами значения активности кислорода.

Полученные данные показывают, что активность кислорода в келезо-углеродистых расплавах С(2 - 4)Й находится в пределе (5,0 - 1,0)хЮ~4^ при 1600°С. Номере увеличения содержания , углерода активность кислорода снимется. Так, увеличение содержания углерода с 2,0 до 3,С% приводит к уменьшении активности кислорода практически вдвое.

Температура расплава также влияет на активность кислорода. Это обстоятельство показано такае на рис. I.

Экспериментальное значение актиг.юсти кислорода хороао согласуется с данный Лльберто к близко к расчстним.

(2) (3)

В соответствия с экспериментальными значениями активности кислорода рассчитачи коэффициент активности углерода и параметр взаимодействия углерода по углероду по следующей схеме

^с = -вдКс

(4)

ее

Ыс

ел с)

(5)

При этом в связи с малш его содержанием влиянием кислорода на активность углерода пренебрегали.

Полученные результаты представлены в табл. I.

Среднее значение 6с равно 0,165. Это значительнее ближе к рекомендуемому в настоящее время Сс = 0,14 в справочной литературе.

Таблица I

Параметр взаимодействия при 160С°С

Содержание углерода 2,4 '¿,'0 3,0 3,5

О, ¡>14 О.ХоГ

т I

0,33 и,417 0,-и,7 0,Ы"ь 0,1П6 (1,107

СОло4

Рис.1. Зависимость активности кислорода от содержания углерода .

1,2: экспериментальные значеня при 1600 С ц 1450*С соответственно,3: расчетные для 1600 С, 4:экспериментальные данные Альберто для 1600'С.

%Ь\.

Рйс.2. Зависимость активности кислорода от содержания кремния в системе Ре-С.

О о

1,2; экспериментальные значения при 1С00 С и 1450 С соответственно,3:расч8тны9 для 1600°С.

Влияние кремния на активность кислорода исследовали в железо-углеродистых расплавах С 3,5%0. Как показывают эксперименты (рпс. 2), активность кислорода заметно изменяется в зависимости от содержания кремния. При температуре 1723К увеличение содержания кремния до 3,0$ позволяет снизить активность кислорода в 1,5 раза. При этом значение активноств кислорода достигает величины (7,5-8,5)х 10~®. Во всех экспериментах повышение температуры расплава приводит к росту активности кислорода. . Например, при содержании 3,5?С и 2,0$ величина активности кислорода составляет (0,9-1,0)х КГ4/» при 1723К, а при 1873К -(1,1-1,2)х Ю~4%.

С целью сравнения экспериментальных значений с расчетным рассчитали их по реакции

+ ¿со) = 5гйгг

фл-^гк-1?®-«* ■'<•>

Сравнение показывает, что экспериментальное значение хорошо соответствует для внсоких концентраций кремния.

В настоящей работе большое внимание уделено изучению влияния . таких элементов, как магний, церий и иттрий, на активность кислорода в железо-углеродистых расплавах в процессе модифицирования.

Чистый магний при стандартном состоянии имеет температуру плавления 923К и температуру кипения 1380К. При температуре жидкого чугуна он находится в газообразном состоянии и реагирует сначала с теми компонентами расплава, к которым магний имеет большое химическое сродство. Прг-вде чем раствориться н чугуне,

он реагирует сначала с кислородом, а затем с серой

£Мо) t Ю) МдОт фКуо * 26500/Т

(Мр + Сб) » Мцвт

« шоо/т -¿.99

Равновесная константа реакции магния с кислородом на 2-3 порядка больше, чем реакции магния с серой.

До присадки магния в расплав с 3,45$С и 2,1% активность кислорода находится в пределах (0,85~1,0)х10-4# при 1450°С. После добавки магния активность кислорода резко изменяется. В начале раскисления магнием жидкого чугуна скорость падения активности кислорода очень большая, а потом, когда его содержание достигало более 0,03$, скорость падения активности кислорода становится менее заметной, несмотря на дальнейшее увеличение содержания магния (рис. 3). Повшениа содержания магши на 0,01? приводит к уменьшению активности кислорода при-, мерно до (1-3)х 10~Н в пределах (0,001-0,07)^ У1]) .

При модифицировании магнием расплава температура также оказывает влияние на активность кислорода. Так, при 0,02%Ма , 3,45/Й, 2,1$ & и температуре 1450°С активность кислорода находится в диапазоне (4-5)х ТО-5^, а при 1400°С и одном и том же состаае расплава она заметно ниже и составляет (3,0-4,0)хЮ-с'^.

Несмотря на большое сродство магния к кислороду, с ним реагирует и углерод и кремний. С учетом многочисленных экспершен-

(8)

0.02 0.04 О.Оо 0.03 % "9 '

Рио.З. Зависимость активности кислорода от содержания магиия при 1450 С, 3.45 %С,2.1% 3».

а.хю5

% Се

Рис.4. Зависимость активности кислорода от содержания церия при 1450°С,3.45 % С,2.1 % ш

тал 1ых данных об активности кислорода в системе £е-С- Му -подучили уравнение корреляции

Церий обладает высоким сродством к кислороду и сере, и при определенных условиях его раскислительная способность близка к раскис-

лительной способности магния. При температуре жидкого железа он »

находится в жидком состояния.

В железо-углеродистых расплавах церий выступает сначала в роли раскислителя

21Се) +ЗС0) = СегОл

. - - *Ш (Ю)

С&) t 210) = СеОлт

Маог - Щ3- -

1 (И)

В присутствии серы в расплаве церий реагирует с серой, образуя сульфиды церия

Ш + Ш =

На ряс. 4 представлено влияние церия на активность кислорода в расплавах Ре-С- -Се. Церий существенно влияет на активность кислорода в расплаве. Осоаточное содержание церия 0,05% приводит к снижению активности кислорода в 2 раза по сравнению с безцериевым составом расплава. Если без добавок церия в расплаве с 3,45#Си 2,1^5* величина активности' кислорода составляет (0,85-1,0)х1СГ4Я при 1450°С, то при том же условии увеличение содержания церия до 0,12% сопровождается снижением активности кислорода до уровня (1-2)х10-^.

Скорость изменения активности кислорода в ходе раскисления церием меньше, чем при раскислении магнием, так как последний является более сильным раскислителем.

В результате математической обработки результатов эксперимента было получено уравнение корреляции, учитывающее зависимость активности кислорода от состава расплава и температуры в системе Ре-С - - Се.

СдС(0 = й,0 ~ ~№ 1%Се) ~ О.ШШ ~ Ш)

Иттрий представляет собой хороший раскислитель. Он имеет температуру плавления и кипения соответственно 1773Х и 2903К.

В железо-углеродистых расплавах .иттрий реагирует с кислородом по реакции

21У) + ЗСО) = Уг(Ьт

ИдКт - №бо/т - ¿ш с«)

Экспериментальное значение активности кислорода зависит 'от концентрации иттрия в расплаве, даже при небольшом количестве иттрия активность кислорода мала. Если при температуре 1450°С в расплавах, не содержащих игтрия, в 3,45$С и 2,1%51 значение'активности кислорода составляло (0,85-1,0)х10~^2 , то введение 0,20$ У приводит к уменьшению активности кислорода до (2-3)х1СГ52 (рис. 5).

Следует заметить, что иттрий так же,как магний и церий, являетоя хорошим раскиолителем. Однако результаты по активности 'кислорода'в процессе раскисления различны для этих компонентов. Так, 0,2% остаточного содержания иттрия по.раскислительной способности соответствует 0,04$ магния или 0,08% ц$рШ1 при одном и том же условии эксперимента.

Изменение активности кислорода во времени при модифицировании желеяо-углеродиотых расплавоч магнием и церием

После введения модификаторов, обладающих высоким сродством к кислороду, активность кислорода не оотается постоянной.

Это обстоятельство было установлено., исследованиями изменения активности кислорода о течением времени в хода ввдержхи расплава при постоянной температуре.

На рис. 6 показано изменение активности кислорода в зависимости от времени при введении магния в расплав. Химический анализ показывает, что содержание углерода и кремния с течением -времени' в ходе выдерзки модифицированного расплава практически не изменяются. Однако содержание магния и величины акти-

% Г

Рис.5. Зависимость активности кислорода от содержания иттрия при 1450 С, 3.45$С, 2.1%$'\.

О.хЮ5

время,мин.

Рис.6. Изменение активности кислорода во времени при введении магния.

1-7^=0.018 %, 2=0.028 %, 3-М^=0.05 % в момента =2 га,

вности кислорода в расплаве постоянно изменяются. В условиях эксперимента средняя степень усвоения магния составляет 22, Чем больше добавки магния, тем больше его потеря. Введение магния в расплав приводит к резкому уменьшению активности кислорода.

Самое минимальное значение активности кислорода наблбдается через 2 мин после добавление магния. В течение 2 минут после этого минимальная величина активности кислорода практически сохраняется на достаточном уровне, а затем со временем активность кислорода повышается. Через 30 мин после введения магния активность кислорода в расплаве возвращается практически к исходному значению. Количественно обнаружено, что в первом этапе за 2 мин после добавки магния активность кислороду • в условиях эксперимента снижается со скоростью (3-4,5)хЮ~^/ мин, затем в течение 2-4 мин величины активности кислорода остаются постоянной, а после этого она возрастает со скоростью (0,2-0,3)мин.

Подобное явление наблюдается и при раскислении расплава церием (рис. 7). Средняя степень усвоения'церия в данных условиях эксперимента составляет 90&.

При введении церия в расплав режим выдержки раскисленного расплава оказывает существенно влийние на кинетику изменения активности кислорода. При постоянной температуре расплава содержание углерода и кремния практически не изменяется, однако содержание церия и активность кислорода в расплаве постоянно изменяется с течением времени в ходе выдержки модифицированного расплава.

В зоне раскисления активность кислорода снижается со скоростью (3-4)х10-^о/мид, а в зоне вторичного окисления модифицированного расплава она увеличивается со скоростью (0.15— 0,25)х Ю~5^/мин.

Количественный характер по влиянии магния и церия на активность кислорода в зависимости от времени выдержки расплава оказывается неодинаковым. При одном и том же остаточном содержании магния и церия в расплаве последний слабее влияет на изменение активности кислорода со временем. Другими словами, скорость самопроизвольного удаления магния в расплаве в несколько раз выше, чем у церия.

Одной из причин большой степени самопроизвольного удаления магния является высокая его фугитивность в жидком металле в атмосфере инертных газов и постепенное влияние магниевой пары из чугуна вследствие различий в плоности при более высоких давлениях инертной атмосферы. И это обусловливает очень малую растворимость магния в расплаве.

Самопроизвольное возвращение активности кислорода к исходному значению с течением времени при модифицировании расплава такими элементами, как магний и церий, которые тлеют высокое химическое сродство к кислороду, объясняется следующим образом: несмотря на применяемую азотную защиту в атмосфере печи присутствует кислород, в результате чего раскисленный расплав,,контактируя_с воздухом, со временем окисляется. При модифицировании магнием и .

ТС Т7

церием парциальное давление кислорода в атмосфере 10 -10 атм уже достаточно, чтобы эти элементы окислялись. Во-вторых, обладая исключительно сильным сродством к кислороду, магний и церий

а.хю5 12 10

8 6 4 2

мин.

Рис." 7. Изменение активности кислорода во времени при введении цэрия.

1-Се=0.053^, 2- С0=Ю.О?2£, 3-Се=0.10$ в момонтц =2 дан.

% ИГ

100

80 60 40 20

Изменение активности кислорода

6 8 а.хю5

г\ 'У

Рис. 8. Влияние и» на сфеиоидизацию графита при 1450 С, 3.45 % С, 2.1 %5\ .

не только могут раскислять металл, но и способны также восстановить другие продукты раскисления, такие как $¿0? , 2x01 и др. А ото означает, что магний и церий будут активно взаимодействовать практически с любой футеровкой, которая для этих элементов будет окислителем.

Вследствием этого активность кислорода в расплаве при модифицировании магнием и церием в первый момент после добавки значительно снижается, впоследствии она вновь возрастает, оставаясь немного ниже исходной.

Таким образом, активность кислорода в расплаве при раскислении модификаторами, обладающим сильным сродством к кислороду, зависит не только от исходного состава и температуры расплава, но и от времени выдержки модифицированного расплела.

Влияние активности кислорода на сфеооидизацию графита при затвердевании чугуна

Цель модифицирования чугуна заключается в графитязации расплава при затвердевании за счет создяния центров кристаллизации, сфероидизации включений графита, основным условием которой является глубокое рафинирование расплава от кислорода и сери.

Для получения высокопрочного чугуна с шаровидным и веркику-лярннм графптагл применяют модификаторы, содержащее магний, редкоземельные металлы и другие.

Введение этих элементов в расплав сопровождается изменением термодинамических характеристик и свойств чугуна, в частности активности кислорода и повехшюстного патя!г.ения, так как,

будучи поверхностно-активными элементами, кислород и сера удаляется из расплава. 3 результате удаления этих элементов улучшаются условия образования шаровидного и вермикулярного графита.

Контроль значения активности кислорода позволяет более качественно подбирать состав и необходимое количество модификаторов, определять эффективность модифицирования, управлять этими процессами.

Сопоставление результатов измерения активности кислорода и определение форм графита в сечении образца при кодифицировании магнием представлены на рис. 8. В условиях проведения экспериментов магний снижает активность кислорода до при 0,06$Му и 1450°С.

Несмотря на разнообразие форм графита в микроструктуре шлифов при одинаковом условии эксперимента комбинация результатов эксперимента показывает, что чистая вермикулярная форма графита существует в очень узком диапазоне активности кислорода, то есть от 4.0хЮ-® до 5.5хЮ~5$ при 3,45$С, 2,1$& и 0,01$ в . Зто соответствует 0,016-0,023$ Мд • В пределах ЗхЮ~®$ активности кислорода степень сферокдизации увеличивается до 70$, а

с ^

когда активность кислорода достигает значений ниже 2,5x10 шаровидность графита составляет более 80$. За пределами ниже 1,5x10"^$ наблюдается стопроцентный шаровидный графит, а выше 5,5x10"^ - в основном присутствует пластинчатый графит.

Полная шаровидная форма графита относится к 0,05$ остаточного магния, а граница, за которой существует пластинчатый графит, относится 0,018$ остаточного магния.

При модифицировании магнием жидкого чугуна его остаточное содержание является основным фактором, который контролирует форму графита, если другиа параметры процесса поддерживается на постоянном уровне.

В Ре-С-51-М^. сплавах остаточное содержание магния в расплаве можно контролировать через активность кислорода.

Таким образом Форму графита в чугуне можно прогнодкровать по измерению активности кислорода.

Церий представляет собой хороший модификатор для получения вис.окопрочпсго чугуна. В процессе модифицирования чугуна чернеными лигатурами образование иаровидного и вермикулярного графита сопровождается падением активности кислорода в расплаве.

Основная доля введенного церия расходовалась на раскисление расплава. Кроме тою, часть Церия окисляется атмасФероЙ.

Рассмотрение микроструктуры модифицированного чугуна показывает,что при остаточном содеркачии церия не более 0.023 % образуется главным образом пластинчатый графит. Иначе говоря в диапазоне активности кислорода более г,5зс10 % не образуется ни иароэшшая форма, ни вэрмикулярпая форма графита.

5

Впределзх активности кислорода от 4,5 до 5,5x10 чаще всего наблюдается вержжулярний графит, тем не менее его доля изменяется в зависимости от активности кислорода. При этом остаточное содержание царил составляет 0,023-0,033 %.

Дальнейшее снижение активности кислорода в расплаве приводят к возрастанию степени шаровидности. Когда величина активности кислотюда достигает порядка ЗхЮ5 %, степень сфероидизацин увеличивается до 80'/. Подобная активность кислорода! соответ-

ствует 0,06$ церия Рис. 9.

При ( 2,0-3,5)х1(? % .активности кислорода большинство из модифицированных включений графита имеют правильную шаровидную форму, а по море дальнейшего увеличения содержания пария грабит переходит к компактной форме.

В экспериментах на наблюдалось четких границ между активностью кислорода и переходом от одной формы гранита к другой, его распределении и общей площадью, занятой гранитом. Однако общая стннень сферовдизаыии графита зависит от величины активности кислорода и остаточного содержания церия.

Таким образом, при модифицировании жидкого чугуна цоризм можно регульровать образование шаровидной Формы графита при помощи контроля активности кислорода.

Добавленный в кидкий чугун иттрий выполняет роль как модификатора, так и легирующего компонента. В расплаве иттрий прежде венго взаимодействует с кислородом, образуя соединение У<.0Л , в результате чего активность кислорода уменияается. После достаточного удал.шия кислорода из расплава создаются условия, при которых начинает йлти реакция иттрия с серой.

В результате очищения от вредных примесей, таких как кислорода и сори,происходит сфаровдизация графита в процессе кристаллизации чугуна. Структура чугуна зависит от остаточного содержания иттрия в чугуно.

Так как остаточное содерлинио иттрич в расплаве тесно связано с активностью кислопода, процесс срерощшзацни сопрово-щяоюя измзноииом активности кислорода.

Нч рис. 10 представлен'" тоаишевяэь мокну активностью кисло-

1Ж

80 \о о о\ пт

\о о

60 Y> о

\о 0

40 \ ° о\ \

о \

20

о \

о о>

Рис.9. Влияние а0 на сфероидизацшо графита при 1450°С, 3.45 % С, 2.1 %

% ИГ

при 1450°С, 3.45 % С, 2.1 %

рода и формой графита в чугуне. Б зоне, где величина активности кислорода больше, чем 5,5x10 %, не наблюдалась сфероидизация графита. По море снижения активности кислорода начинает изменение формы графита, то есть сокращение длины пластинчатого графита, а затем он переходит в верми^улярную форму. Это проихо-дит в диапазоне активности кислорода (5,5 - С,5)хЮ~®$. В дальнейшем наблюдается смешанная зона, где присутствует вермику-лярньш и шаровидный графит. При активности кислорода 5хЮ-®$ доля шаровидного графита уже составляет около 5С$.

В тех случаях, когда значение активности кислорода не превышает 3,5хЮ~^$, большинство графита имеет шаровидную форму. Для того, чтобы получить шаровидшй грабит, доля которого не менее 80$, достаточно обеспечить значение кислорода менее 2,5x10"'^. Это соответствует 0,18$ у в расплаве. Если активность кислорода снижается еще никэ 1,0x10 %, то форма графита искажается, переходя к компактной.

Следует вывод, что контроль активности кислорода дает возможность регулировать процесс образования той или иной формы графита при модифицировании чугуна различными модификаторами.

Предельные содержания модификаторов, оцениваемые по контролируемой величине активности кислорода, зависит не только от их типа, но и от условий проведения эксперимента (прежде всего от условий затвердевания металла). Поэтому количественные результаты работы нельзя прямо переносить на производственные условия. 3 каждом конкретном случае для кавдого типа отливок в производственных условиях необходимо определить предельные концентрации модификаторов (активности кислорода), обеспечива-

в.щие получение требуемой формы графита.

шзоды

1. Подтверждено монотонное снижение активности кислорода при повышении концентрации углерода в широком интерзале его

содержаний. Уточнен параметр взаимодействия углерода по угле-

£

роду первого порядка ( бс = и,16). Показано, что во веем исследованном диапазоне концентраций углерода параметром взаимодействия второго порядка в термодинамических расчетах мо:кно пренебречь.

2. Установлено влияние кремния на активность кислорода а железо-углеродистых расплавах. Определен параметр ззаилодей-стзияуглевода по кремнию _ о,оо)- Показано, что параметрами взаимодействия второго порядка ( 2-1' м 1СЛ" ) в термодинамических расчетах мокно пренебречь.

3. Установлено влияние модификаторов ЦЗМ и РЗи (Се,У) на активность кислорода в келезо-кпемний-углеродистих расплавах. Показано, что наибольшее аиши на активность кислорода из исследованных элементов оказывает манили, церий занимает промежуточное место, а самым слабим раскислятелем является иттрий. Предложены корреляционные зависимости для оценки активности кислорода в исследованных расплавах.

4. Установлено интенсивное влияние вторичного скислеш;я расплавов, содержащих модификаторы, огнеупорным материалов тигля и остаточном кислородом инертной атмосферы: вслед за падением активности кислорода после введения модификаторов и некоторого периода стабилизация охкслешюсти начинается

рост активности кислорода при одновременном снижении концентрации модификатора. Подобного явления при введении в металл более слабого раскислителя (кремния) не наблюдаемся.

5. Определено влияние модификаторов на степень сфероидизации графита. В условиях проведения экспериментов установлены предельные концентрации модификаторов, обеспечивающие получение чугуна о вермикуяярнкм или глобулярным графитом. Показано, что эти концентрации зависят от типа модификатора,

6. Продемонстрирована возможность прогнозирования формы выделения графита по веяк,ине ЭДС концентрационного гальванического элемента. Показано, что этим способом можно управлять процессами модифицирования, добиваясь путем ввода модификатора необходимой активности кислорода в расплаве.

&91&-

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ Ленинский проспект, 4

Заказ ПН )'/?Шьем Тираж /СО

Типография ЭОЗ МИСиС, ул. Орджоникидзе, 8/9