автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Некоторые аспекты управления качеством серого чугунас пластинчатым графитом

р Г 6 од

'ШШВСЫШИ ДЕРЖАВНИИ П0Л1ТЕХН1ЧНШ УН1ВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

Дъом!н Дмитро Олександрович

ДЕЯК1 АСПЕКТИ УПРАВЛ1ННЛ ЯК1СТЮ С1Р0Г0 ЧАВУНУ 3 ПЛАСТИНЧАСТИМ ГРАФIТОМ

05.16.04 - Ливарне вироСшцтво

Автореферат дасертацп на здобуття наукового ступени кандидата техшчних наук

XapKíB - 1995 р.

1исертац1БЮ е рукопис

Рооота виконана на кафедр! "Ливарне виробництЕо" Харк1вського державного пол1техзпчного ушверситету.

Науковий кер!Бник

- кандидат техшчних наук, доцент Пел1х Володимир Федотович

ОфШйн! опоненти

- доктор техшчних наук, профееор Любченко АнатолШ Петрович

- кандидат техшчних наук, доцент скажэннш Володимир илекс!йович

11ров1днй шдприемство

АТ "Кредааш", м.Кременчуг.

Махист В1дсудеться " (5 » уыэиЛ хх© р. на заслдакн! :пашал1говано1 вченоч ради К иг.ОЭ.иЗ в Харк!вському державному пол ггехн иному ушверситетт (310002, м.Харк1в, вул.Фрунзе, 21).

3 диеерташею можна ознайомитися у сюлютеш Харк1вського деркавного 1кштегн1чного ун1верситету.

Автореферат розI сланий " 'МС/стс^ээь р.

Вчений секретар спещ ал ковано! ради К 02.09.03

у У

.....

а У

Кузьменко В.I.

- 3 -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть проблема. Зараз основними концептуальными п!дходами до вибору типу ковшових присадок, як ефективного засобу управл!ння структурою 1 якостями чавуну, е: виб!р чистих елемент!в-граф1тизатор1в, сплав1в на IX основ! або сум!шей. При цьому, як правило, виходять з таких м!ркувань: необх!дност! введения у склад! модификатора у розплав термодинам1чно активных элементов, що взаемод!ють з киснем, азотом та !нпшми дом!шками 1 сполуками, що утворюються в результат! цшс взаемод!й 1 е центрами кристал!зац!1 граф!ту; необх!дност! введения у розплав штучних центр!в кристал1зац!1, наприклад, таких матер!ал!в, що м!стять вуглець, в яких вуглець створюе !деальну п!дкладку для граф!тизац!1 чавуну.

Технолог!чн! параметра модаф!кування багатьох модиф!катор!в, що м!стять кремн!й (оптимальна к!льк!сть, фракц1я, температура I час введения, епосШ введения у розплав тощо), на практиц! добре в!дпрацьован!, проте, зараз мало вивченим залишаеться питания встановлення кореляцИ м!ж типом мод!ф!кагора, що застосовуеться, 1 базовим х!м!чним складом чавуну, що п!ддаеться модиф!куванню.

У б1лыиост! досл!джень, присвячених ефективност! модиф!кування, зэзначен! . вих!дниЗ х!м1чний склад чавуну, оброблюваного визначеним типом модиф!катора, техн!чн! параметри модифгкування ! одерзканого результату: структурн! зм!ни, механ!чн! або епец!альн1 властивост! чавуну п!сля модоф!кування. При цьому, немае можливост! оц!нити ефективн1сть модиф1кування при р!зних зм!нах х!м!чного складу чавуну ! в!дпов!сти на питания щодо доц!льност! застосування того чи хншого модиф!катора. Тому пришдаговзш е вир!шення проблет розробки единого критер1ю вибору типу модиф!кагора, засновайого на анал!з! базового х!м!чного складу чавуну.

Кр!м того, до цього часу мало вивчен! метода прогнозування якост! чавуну, заснованого на адекватних моделях, що зв'язують параметри якост! з основними технолог1чними параметрами виплавки чавуну.

Акгуальним зараз е завдання визначення фактор!в, що впливають на тривал!сть модиф!куючого ефекту, ! пов'язане з цим завдання,прогнозування допустимого !нтервалу часу витримки чавуну п!сля модиф!кування без втрати як!сних характеристик.

У численних досл!дженнях, присвячених проблем! п!двищення марки чавуну, в!дзначаеться, що ефективним е комплексне легування елементами-графИизаторами , 1 елементеми-стабШзаторами . у поеднанн! з модаф!куванням розпдаву чавуну. Проте, незнания точних (адекватних) залежностей вшшву комб!наи!й елемент!в на необх!дн! властивост! може. призвести до перевиграти дорогих матер!ал1в, що м!стять н!кбль, м!дь, хром тощо 1 не виправдовуються.з точки зору впливу на оптим!зований параметр-що зв'язано з р!зним характером ловерхн! (в!дклику) поблизу оптимально! точки.

Основюш методом досл!джеяня при вир!шенн! завдання побудови математичних моделей, .що описують залекнЮть механ1чних властивостей чавуну в!д його х!м1чного складу, до цього часу залишаеться регресивний анал!з, що дозволяе знайти взке сьогодн! бвгвто оптомальних легуючих комплекс1в 1 сиолук модаф!катор!в. Проте, застосування метод!в планування експерименту при вир!шенн! даного завдання може суттево розширити уявлення про виб!р оптимально! к!лькост! 1 типу ковшових присадок чавуну, що забезпечуе шдвадення його марки, причому, шва може йти не лише про нов! комплекси,. а й про вже вивчен! !з застосуванням метод!в регресивного анал!зу.

Мета ! завдання досл!джешм. Метою дано! робота була розробка метод!в управл!ння як!стю чавуну, У зв'язку з цим були поставлен! так! завдання: I). Вивчення впливу р!зних тип1в модиф!катор1в (феросШц1ю I його ком01нац!й з термодинам 1чно активними елементами, з матер!алами, що м!стять вуглець, з карб!доутворюючими елементами; присадок, що не м!стять кремнш) на окислйвально-в!дновлювальн1 процеси в розплав!, на структуру I властквост! чавуну; 2). Визначення впливу х!м!чного складу чавуну, обробленого р!зними типами модиф!катор!в, на його, структуру 1 властивост!; 3). Розробка комплексного Шдходу до вибору модиф1катора; 4). Розробка методу щюгнозування структури- I властивостей чавуну; 5). Розробка методу прогнозування тривалосг! модифжуючого ефекту; 6). Розрахунок оптимальних комб!нац!й граф!тизуючих ! карб!доутворюючих елемент!в; V). Обгрунтування можливостей п1двищекня марки чавуну в умовах одного виробництва (зокрема при плавц! на един!й шихт!).

- о -

Наукова новизна робота. У робот! вивэден! к!нетичн! р!вняння реакщй окисления I в!дтворення вуглецю, котр! враховують тип модиф!катора, що вводиться у розплав, I дозволяють розрахувати в залежност! в!д типу юдаф!натора, концентрацШ вуглецю ! кремнио у заданий момент часу, а також !нтервал часу, п!сля зак!нчення, що ц1кавило.

Побудован! яинегичн! крив! процесу граф!тизацп в залежност! в!д типу модиф!катора 1 визначен! фактори, що впливають на його "живуч!сть"; запропоновано метод прогнозуЕання тривалост! модиф!куючого ефекгу.

Вперше визначено межу ст!йкост! реакцП окисления вуглецю 1 облает! концентрацШ кремн!ю 1 вуглецю, для котрих у.розплав! прот!кае процесс накопления вуглецю; побудовано межу ефективно! граф!тизацП 1 визначено облает! концентрац!й кремн!ю ! вуглецю, для яких у розплав! протШае процес накопления граф!ту. На основ! цього зроблено висновок про два механ!зма граф!тизацЛ чавуну.

Розроблэн! номограми прогнозування твэрдост! чавуну, к!лькост! граф!ту, швидкост! граф!тизацп в залежност! в!д х!м!чного складу чавуну I типу модиф!катора, що застосовуеться.

Розроблэн! рекомендацИ щодо вибору типу модиф!катора, виходячи з базового х!м!чного складу чавуну, необх!дних якостей ! тривалост! модаф!ку»чого ефекту.

Зперше обгрунтовано можлив!сть в!дмови в!д використання модиф!катор!в, що м!стять кремн!й, для одержання як!сного легованого'чавуну СЧ 20.

Розрахован! оптимальн! легуюч! комплекси, що м!стять граф!тизуюч! 1 карб!доугворюкл! елементи, що дозволяють в умовах одного виробництва Шдвшцити марку чавуну при плавц! на е'дин!й шихт I. -

Теоретична 1 практична значим1сть робота. У результат! проведених досл!даень сформульован! 1 доведен! два твердження про альтернативн!сть управл!ння якЮтга чавуну. На основ! цього обгрунтована можлив!сть одержання легованого чавуну СЧ 20 без виС1лювання з необх!дною к!льк!стю граф!ту 1 тверд!стю за допомогою зам!ни ферос!л!ц1ю (або 1нших модиф!катор!в на кремн!ев!й основ!) чавунним дробом.

Запропонований вар!ант управл!ння тривалЮтю модиф!куючого ефекту ! рекомендацИ до вибору х!м!чного складу, що забвзпечуе

одержання як Юного чавуну протягом заданого !нтервалу часу.

Запропонован! рекомендацП щодо вибору х!м!чного складу чавуну, що забезпечуе л!двщення його марки в умовах одного вирооництва при вибраному тип! легованого комплексу; розроблен! рекомендацП щодо вибору оптимальних сп!вв!дношень граф!тизуючих 1 карб1Доутворюючих елемент!в, що вводяться у склад! присадок у м!ксер або роздавальний к!вш у залежност! в!д базового Х1м!чного складу чавуну, ! забезпечуе п!двищення його марки в умовах одного вирабництвэ.

Одержан! акти про позигивн! результата впровадження досл1джень в чавуно-ливарному цеху АТ "Кредмаш" у мют1 Кременчуц}.

Особистий внеоок дисертанта. На основ! результат!в експериментально-виробничих плавок теоретично обгрунтовано !снування у факторному, простор! елемент!в х!м!чного складу областей, як! в!дпов!двють р!знш мокливим механизмам граф!т!зацП: за рахунок введения у розплав штучних центр!в кристал!зац!1 (або IX утворення в результат! взаемодП термод!нам!чно активних елемент!в модиф!катор!в !з дом!шками чавуну); за рахунок накопичення в- розплав! вуглецю, що служить Шдложкою для граф!т!зацП чавуну.

Розроблена математична модель, яка пов'язуе параметри як!ст1 с!ро1'о чавуну з х!м!чким складом чавуну та типом модифшатора, який застосовуеться. Виходячи з цього розроблени номограми прогнозування як!ст! чавуну та рекомендацП щодо вибору модиф!катора, виходячи з базового х!м!чного складу чавуну, необх!дних якостей в тривалост! модаф!куючого ефекту.

Обгрунтовано можлив!сть в!дмови в!д використання модиф!катор!в щр м!стять кремн!й, для одержання як!сного легованого чавуну СЧ20.

На основ! розрахунк!в оптималъних легуючих комплекс!в, що М1стять граф!тизуюч! 1 карб!доугворююч! елементи, обгрунтовано можлив!сть Шдвшцення марки чавуну в умовах одного виробництва при плавц! на един!й шихт!.

Обсяг 1 структура дисертацп. Дисертац1я мае 145 аркуш!в друкованого тексту. Складаеться з таких роздШв.

1. Анал1з л!твратурних даних t завдання досл!дження. .

2. Методика досл!даення.

3. Вплив модиф!катор1в на окислювально-в!дновлюван1 процеси в розплав!.

4. Розрахунок мек ст1йкост! реакцИ окисления вуглецю.

5. Розробка метод!в управл!ння янютю чавуну.

6. Розробка оптимального легуючого комплексу.

7. Досл1дження тривалост! модиф!куючого ефекту.

АпробаЩя робота. Результата роботи викладен! на науково-техн!чн1й конференцН "0птим!зац1я технолоПчних процес!в I управл!ння якЮтю при виготовленн! фасонних в!дливок" 'Ярославль, 1994), Шкнародн1й науково-техн1Чн!й конференцП "Компьютер: наука, техШка, технолоПя, осв$та, здоров'я" (Харк!в,

1994), III м!жнародн1й науково-техн!чн1й конференцП "1нформац1йя1 технолог!!: наука, техн!к&, технолог!я, осв!та, здоров'я" (Харк1в,

1995), науково-техн!чн1й конференцП "Пут! Шдвищення якост! та економ!чност! ливарних процес!в" (Одесса, 1995). Результата роботи впровадаен! у Еиробництво в чавуно-ливарному цеху AT "Кредмаш" у м1ст! Кременчуц!.

Публ!кац!i. За темою дисертаиП опубл!ковано 7 друкованих

POÖIT.

МАТЕРIАЛИ I МЕТОДИ Д0СЛ1ДХЕННЯ

Досл1джуваний легований чавун марки СЧ 20 ДВСТ 1412-85 вштлавлявся у вагранц! продуктивней 6 тонн на гадину I перегр!вався у дугов!й електропеч!-м!ксер! mIctkictio 10 тонн (ДЧМ 10) до температуря 1370-1400° за Иельс!ем.

Х!м(чний склад ваграночного чавуну: С = 3,2...3,5%; S1 = = 1,5. ..1,3%; Мп = 0,2.. .0,67»; Сг = 0,15.. .0,3%; TI = 0,11...0,13%; S = 0,05...О,12; Р - не б!льше 0,2%; Ti = 0,03...0,0695; Си = 0,1...0,3%. Доведения до х!м!чного складу

- 8 -

чавуну зд1йснювалося в електропеч!-м!ксер!.

Легуюч! елементи (хром, н1кель, м!дь, титан) уводилися з шихтою у склад хромон!квливого чавуну ЛХН7 (ТУ-15-84-89) та чавуну ЛЧ-6-ТМ (ТУ -14-15-97-89), ¡цо м!ститъ в ооб! титан 1 м!дь.

У роздавальному ковш!- зд!йснювалося доведення р!дкого чавуну по марганцю (0,6...О,8%), - присадками на дао ковша подр!бненого (фракц!я 1...10 мм) просушеного 70-процентного феромарганцю (табл.1).

При завюценому вм!ст! с!рки (0,12...0,16%) проводилась операщя десульфурацП . Для цього на дно роздавального ковша уводилась прожарена (волога $ 0,5%) калыщнована сода у к!лькост! 6...10 кг/т р!дкого металу. Шелл заповнення чавуном ковша на 1/3 на дзеркало металу уводився подр1бнений (фракц!я 1..15 мм), внсушений вапняк у к!лькост! 3...4 кг/т р!дкого металу. Модиф1кувааня розплаву досшджуваними типами модиф!катор!в здШснювалося в роздавальному ковш! у в!дпов1дност! з параметрами, зазначеними в табл.1.

Контроль , температуря металу здШснювався термометром спектрального в!дношення "Спектроп1р-10".

3 роздавального ковша, встановленого на плацу лротягом 15 хвилин в!доирали метал розливальними ковшами м!ск!стю 0,5 т I заливали зразки для досл!дження структури (к!льк1сть граф!ту в чавун!), ХШ1ЧНОГО складу (по ДВСТ 27611-88), твердост! (по ДВСТ 9012-59), границ! м!цност! при розтягуванн! (по ДВСТ 1497-73). Для досл!дження мЩност! 1 визначення структури чавуну заливались проби-клини у так!й посл!довност!:

- в!дразу Шсля заливання р!дкого металу у роздавальний к!вш - 3 шт. для конного типу модиф¡кагора;

- з першого розливального ковша (через п'ять хвилин) - 3 шт. для кожного типу модаф!катора;

- з другого розливального ковша (через 10 хвилин) - 3 шт. для кожного типу модиф!катора;

- з третього розливального ковша (через 15 хвилин) - 3 шт. для кожного типу модаф!катора.

Для досл!дкення меж! м!цност! при розтягуванн! в одн!й форм! заливали у вертикальному положенн! ш!сть заготовок д!аметром 30 ± I мм 1 довкиною 340 ± 25 мм.

Таблиця I

Досл1джуван1 модиф!катори 1 технолог!чн! параметри модиф!кування

Тип модифШатора

1. ФеромШцШ,

ФС 75 ДВСТ 1415-75

2. Сил1кованад1ева л!гатура ФС40Вд7 ТУ 14-5-177-87

3. Сил1костронц1й ФС65БаКСт2

ТУ 414-5-176-86

4. Сум1ш ФС75+сажа у сп[вв1дношенн1 по мае! 70%+30%

5. В1дс1в подрюне-ного чавунного дробу

Фракция, мм

1-10

1-10

1-10 1-Ю 0,8-2,2

к1льк1сть,

% в1д маси металу

0,3 0,45

0,3

0,3

6 кг/т

Емкють розда-вального ковша, т

2 2

Номер ковша

1-3 4-6

7-9

10-12

13-15

Температура розплаву при введены! мода® татора,

°С

1330-1340 1330-1340

1330-1340

1330-1340

1330-1340

Слое16 введения

на жолоб на жолоб

на жалоб

на дно ковша перед заповнен-ням його металом

на жолоб

I

1Г> I

2

2

2

- 10 -

РЕЗУЛЬТАТИ Д0СЛ1ДШШЯ I IX 0БГ0В0РЕННЯ

Досл1дяення 1 розробка альтернативних метод!в упрввл!ння як!стю чавуну. У наведеному роздШ описуються основн! математичн! модел! досл!джування параметр!в якост! чавуну марок СЧ 20 1 СЧ 25 (ДВСТ 1412-85), легованого хромом, н!келем, м!ддю ванад!бм, титаном, 1 досл!дження результата моделювання повед!нки якюних характеристик чавуну при зм!н! управляючих параметр {в -х1М1чного складу чавуну 1 типу застосовуваного модиф!катора.

Досл1дкення динам!ки ефективностI иодиф1кування. рiеняшя, що огшсуе залежнЮТь к1лькост! граф!ту 1 м1цност! чавуну СЧ 20 ДВСТ 1412-85 в!д х!м!чного складу 1 типу застосовуваного модификатора, одеркан! обробкою експериментальних даних методом найменших квадрат1в.

К1нетичн1' р!вняння процесу граф!тизацП чавуну одержан! обробкою результат!в металографичного анал!зу !нтерполяц1йним пол!номом Ньютона.

Р1вняння залекност! швидкост! граф!тизацП в!д к!лькост! граф!ту одержан! методом найменших квадрат1в п!сля диференц!ювання к!нетичних р!внянь граф!тизацП.

Загальна математична модель якост! чавуну СЧ 20 (I) одержана розв'язанням диференц!альних р!внянь

= const

(I = I

4), (J = I.....3),

<*Г

ФС75

t • • • 9

де - досл!дкуваний параметр якост! чавуну при обробц!

розплаву феросил!ц!ем ФС75,

- досл!джуваний параметр якост! чавуну при обробц! металу

1-м модаф!катором,

1 - номер досл!джуваного модиф!катора, ^ - номер досл!джуваного параметра якост! чавуну.

- II -

Сгр = а [521,01- 119,51(С + 0,3 Б!)] + р

_1п НВ = 1п[у - 5(С + О.ЗБ!)] +8 (I)

Угр = С Г-5,69 + 0,19(С + 0,351)] +

де СГр - к!льк!сть графиту в чавун! п!сдя модиф!кування, %,

НВ - тверд!сть чавуну п!сля модиф!кування, УГр - швидк!сть графит!зац1I, {%) -хв-1,

а,р,7,5,С.5 - коеф!ц!енти, що залежать в!д типу модаф!катора (таОл.2),

6 - коеф1ц!ент, що визначае м!цн!сть чавуну при обробц! його ферос!л1ц1ем ФС75, 0 = 5,24.

Таблиця 2

Коеф!ц!енти, ¡цо визначають тип модиф!катора

Гип модиф!катора

Коеф!ц!ент

а ¡3 7 «v и С £

Феросил!ц!й ФС.75 I 0 I 0 I 0

Сил!кованад!й ФС40ВД7 -0,69 39,684 2,403 -0,318 0,302 0,607

Сил!костоонц!й ФС65БаКСт2 0,22 24,086 0,908 0,037 0,647 0,033

Сум!ш ФС75+сажа -0,45 30,102 1,017 0 0,122 -0,017

Чавунннй др!б -0,88 31,773 4,361 -0,789 0,525 -0,002

При ф!ксован!й концентрацП вуглецю за р!вняннями (I) розраховано значения к!лькост! граф!ту I твердост! чавуну, що в!ддпов!дають концентрацП кремн!ю для кожного типу модиф!катора. Одержан! точки, що в!ддов!дають одним ! тим же парам керуючих параметров (типу модиф!катора 1 к!лькоет! вуглецю в чавун!), з'еднаш кривими. в результат! одержан! номограмм першого р!еня, що в!дбивають динамику ефективност! модиф!кування при заданому тип 1 управлшня (рис.1 I рис.2). 3 номограм можна бачити, що задана к!льк!сть граф!ту ! тверд!сть чавуну можуть бути одержан! при р1зних методах керування: за рахунок добору типу модаф!катора в залежност! в!д х!м!чного складу чавуну; за рахунок добору х!м!чного складу чавуну при вибраному тш! модиф!катора (при

задания технолоПчних параметрах модиф!кування конкретними модификаторами). Отке можуть бути зроблен! основн! висновки про данам1ку ефективност! модиф!кування.

1. Ефективн!сть модиф!кування залежить в!д х!м!чного складу висх!дного чавуну 1 типу застосовуваного модиф!катора.

2. При зб!льшенн! к!лькост! граф!ту в чавун! тверд1сть зменшуеться I навлаки: при зменшенн! к!лькост! граф!ту в чавун! тверд!сть зб!льшуеться.

^ <я %

Рис. I. Номограма першого р!вня

О = С (51) л-

-д - ФС7Б, О-

лчгж/т + т ъ-ш

-о - ФС40ВД7, -• - др!б

у-Х- ФС65БаКСт2, - - сум!ш,» - др!б.

3. При будь-як!й ф!ксован!й нонцентрацП кремн!ю в 1нтервал! 2,2...2,6% задана к!льк!сть граф!ту в чавун! забезпечуеться вибором висонокремн!сгих модиф!катор!в при одночасному зменшенн! К1лькост! вуглецю або шдвищенням вм!сту вуглецю в чавун! ! вибор! як модиф!катора ковшово! присадки, що не м!стить кремн1ю, наприклад, чавунного дроОу. Отке, тип модиф!катора 1 вм!ст у чавун! вуглецю е "конкуруючими" параметрами керування як!стю чавуну.

Обгрунтування залежност! типа ыодиф!катора 1 х!и1чного складу чавуну. При математичнШ обробц! результат!© х!м1чного анал!зу чавун!в, що досл!джуються, встановлено, що в розплав! при температурах менше 1400 °С п!сля модиф!кування зм!нюеться вм!ст вуглецю ! кремн!ю. Пор!вняння експериментальних к!нетичних кривих вуглецю, олисаних 1нтерполяц!йним пол!номом Ньютона, ! кремн!ю, побудованих методом найменших квадрат!в, з теоретичними к1нетичними кривими перетворень вуглецю ! кремн1в за складною резкц!ею

[С] + [Ol -[SI] + 2[0] [SI] + 2ССО)

показало, що крив! якi анал!зуюгься, практично сп!впадають.

Враховуючи термоданам1чну виг!дн!сть реакц!й (I) у досл1джуваному !нтервал! температур, зроблено висновок про к!кетичну повед!нку вуглецю i кремн!ю в розплав! за схемою (I) 1 розрахован! константи швидкостей реакцП (I) при обробЦ1 розплаву дослдауванкми модиф!катерами. За допемогою параметричних метод1в розн!знавання зразк!в у координатах [Sil - [С] побудована межа сНйкост! реакц!! окисления вуглецю що в1дпов!дае множил! экстремальных точек на 1зотермах CS11 - [С], яка в!докремлюе у факторному простор! область окисления 'вуглецю в{д облает! в!дновлення вуглецю, I межа ефзктивно! граф1тизацн, в!дпов!дна множин! точок факторного простору, в яких граф!тизац!я пршшняеться (V =0) ! в!докремлююча область накопичення у чавуш граф!ту (V^ > 0) в!д облает! витрачання граф!ту (7Гр < 0).

Анал!з областей, що перекриваються, дозволие зробити висновок про два можливих механ!зму граф!тизацП (рис.3): за рахунок введения у розплав штучних центр!в кристал!зацн (або ix утворення в результат! взаемодН термоданам!чно активних елемент!в модиф1катор!в !з дом!шками чавуну), - при обробц! розплаву чавунним дробом, сил!костронц!ем, - область afbe; за рахунок накопичення в розплав! вуглецю, що служить Шдложкою для граф!тизацп чавуну, за реакц!ею (I), яка !нтенсиф!куеться при введенн! у розплав висококремн1евих модиф!катор!в або ix сумШей з матер!алами, що м!сгять-вугець (ФС 75, ФС 75 + сажа) - область bee. 0станн!й факт Шдтверджено результатами дисперс!йного анал!зу, як! показали, що введения цих модиф!катор!в- значно зб!льшуе швидк!сгь реакцП в!дновлення вуглецю у розплав!.

Отже, в залежност! в!д х!м!чного складу чавуну виб!р типу модиф!катора забезпечуе прот!кання процесу графит!зацП за р!зними ме?:ан!зма.ми.

Рис.3. Анал1з механ!зм!в графит1зацП чавуну.

Обгрунтування добору х1м!чного складу чавуну в залежност1 в!д талу ыодиф1катора, що застосовуеться. Ф!ксуючи у р!внянн! (I) для кожного типу модификатора к!льк!сть граф!ту на р!вн! порогового значения, що в!дпов!дае м!н!мальн!й к!лькост! граф!ту при якому в!дсутне в!дб!лювання чавуну, побудован! залежност! вм!сту кремн!ю в!д гм!сту вуглецю в чавун!, що забезпечуе одержання задано! порогово! к!лькост! граф!ту. Геометрично це означав проектування перетину поверхн! в!дклику !з с!чною площиною СГр = С^рП на факторний прост!р. Таким чином, для кожного типу модиф!катора в координатах - С збудован! облает!, в яких к!льк!сть граф!ту перевищуе м!н!мальне порогоЕе значения. Перекриття вс!х таких областей в!дпов!дае облает! р!внозначност! дП модиф!катор!в (а,<1,с), (рис.4). 3 рис.4 видно, що при вйтримц! х!м!чного складу в облает!, що знаходиться справа в!д прямо! аЬ, для одержання як!сного чавуну СЧ 20 досить застосувати для модиф!кування розплаву чавунним дробом, а в облает!, що знаходиться зл!ва в!д прямо! аЬ, необх!дно застосувати кремн1ем!стк1 модиф!катори. При цьому, виб!р конкретного кремшемюткого модификатора може здШснювзтися з врахуванням нимог до мэхбн!чних якостей чавуну анал!зсм перекриваючих областей з.пьтэрнативних тип!в модиф!кзтср!з (рис.4).

Рис.4. Оптимальна область х!м1чкого складу чавуну

Досл!ддення тривалост! моднф1куючого ефекту. Анал1з

к1нетичних кривих граф!тизацп чавуну (рис.В)., ' описаних !нтерполяц!йним пол!номом Ньютона, показав, що тривал!сть модаф!куючого ефекту, оц!нюемого 1нтервалом часу, по зак!нченн! якого к!льк!сть граф1ту в чавун! п!сля модиф!кування стае р!вною к!лькост! граф!ту на початку модиф!кування, коливаеться в!д 10 хвилин (при обробц! розплаву сил!костронд!ем) до 14,2 хвилин (при обробц! розплаву сил1кованад!ем). При цьому очевидно, що для кожного типу модифшатора тривал!сть модиф!куючого ефекту залежить в!д швидкост! графит!зац!1, а, отже, в!д х!м1Чного складу висх!дного чавуну.

Використовуючи класиф!куюче правило в!днесення об вкт!в х-' (чавушв заданого х!м!чного складу) до класу А (V > 0) або класу В < 0):

17,1048 [Э1] £ - 191,0526 17,1048 [51] < -191,0526

Х^

гЗ

Х^ е В,

-43,7659 [С] -43,7659 [С]

пШбраний х!м!чний склад чавуну, що забезпечуе ст!йку як!сть протягом 15 хвилин витримки р!дкого чавуну п!сля модиф!кування (область Ге'гщ, рис.4). Перетинання дано! облает! з областями, що огшеують доц!льн!сть застосування конкретного типу модификатора,

в1дп0в1дае облает! хш!чного складу, необх!дного для одержання як!сного чавуну протягом потр!бного 1нтервалу часу при використанн! даного модиф!катора.

Номограыа керування як!стю чавуну. Дан! номограми

дозволяють описати повед!нку якост! чавуну при зм!н! в ус!й досл1джуван!й облает! керованих параметр!в процесу. У результат! може бути вибраний оптимальний вар!ант керування, що забезпечить одержання чавуну 1з заданими властивостями.

Номограми другого р!вня дозволяють описати залежн!сть вс!х вих!дних параметр!в, що характеризуют ефективн!сть модиф!кування (якють чавуну) в залежност! в!д одного керованого параметру -к!лькост! кремн!ю в чавун!.

Обмежуючись параметрами, що характеризують структуру I мехашчн! якост!, не враховуьочи к!нетичн! параметри граф!тизац!1, залежысть якост! чавуну в!д керованих параметр!в подана у вигляд! номограм третьего р!вня, одержаних додатковою обробкою попереда!х номограм.

На намогрямах третьего ргвня (рис.6) кожен "пучок" прлмих

в!дпов!дае вм!сту кремн!» в чавун!, а р!зн! "промен! пучка" -залежност! С^ = СГр Г С) для в!дпов!дного тшу модиф!катора. Прям!

що перетинають пучки визначають напрямок для будь-якого значения твердостг.

ЖЦ%

Щ ТГ1 зЖ зу/

Рис.6. Номограма третьего р!вня 3 допомого» збудованог номограми може бути розв'язана задача праектувнння технолог!чного процессу сдержання чавуну !з заданими якоотями (р!внем якост!).

Таким чином, розроблен! номограми дозволяють за заданими керованими параметрами, - х!м!чному складу. чавуну 1 тхшу застосовуваного модиф!катора, - на основ! прогнозування вих!дних параметр!в розв'язати задачу керування як!стю чавуну.

Розробка оптимального легуючого комплексу. Вибравши за незалежн! параметри величину вуглецевого екв!валента, вм!ст хрому 1 щкелю в чавун!, рэал!зовано план 2° I одержана л!нейна модель залежкост! меж! м!цност! при розтягуванн! в!д незалежних зм1нних.

aD = 21,188 + 0,663 Сг

Ь

0,588 С

екв

0188 N1.

I)

3 р!вняння (2) видно, що хром ! ншель е "конкуруючими" параметрами, при цьому в досл!джуваному 1нтервал! концентрац!й

найскльн!шим е хром, з01льшення к!лькост! якого приводить до зб!льшення меж! м!цност! при розтягуванн!. [з зб!лыленням вуглецевого екв!валента величина меж! м!цност! при розтягуванн! зменшуеться.

Розрахунки за р!внянням (2) показали, що в ус!й досл!джуван!й облает! о„ = (200...230) МПа, тобто досл!джуваний

£3

чавун в!дпов!дае мард! СЧ20. Для п!двищення марки чавуну (зб!льиення меж! м!цност! при розтягуванн!) реал!зовано метод Бокса-У1лсона ! визначено максимальне значения ав, що в!дпов!даБ 260 МПа. Таким чином, у досл!джуваному простор! фактор!в вдалося пIдвищити марку чавуну до СЧ 25 (ДВСГ 1412-85).

3 метою детального опису досягнуто! стэц!онарно1 облает! реал!зовано центральний ортогональний композиц!йний план другого порядку 1 збудована модель, що дозволяв оц!нити динам!ку величиш-меж! м!цност! при розтягуванн! при рус! в р!зних напрямках в!д центру плану:

ав = 24,5 + 0,917 Сг - 0,917 С0КВ - 1,251 Сг2. (3)

Ф1ксуючи порогов! значения меж! м!цност! при розтягуванн!- на р!внях, в!дпов!дних чавунам марок СЧ 20 ! СЧ 25, побудован! залежност! Сг = Сг(Секв) на кожну з кривих В! = 5!(Секв), одержан! крив! залекнетей вм!сту кремн!ю в чавун!, що забезпечують в 1нтервал! концентрацШ вуглецю 3,3...3,5% одэржання чавун!в марок СЧ 20 1 СЧ 25 (рис.7).

- £420 -а - СЧ25

Рис.7. Номограма залежностей 3! = 5!(Сг) .

!з одержано* номограми видно, що для кожнох марки чавуну 1снуе багато сп!вв!дношень кремн!к 1 хрому, що дозволяють у залежност! в!д вм!сту вуглецю одержувати задану марку чавуну. При цьому, сп!вв1дношэння кремн!ю 1 хрому, що визначае чавун марки СЧ 25 1 в!дпов!дае одн!й 1 т!й же к!лькост! вуглецю, розташован! вше.

Отже, в залекност! в!д х!м!чного складу чавуну мозкна ШдЮрати багато комб!нац!й кремн!ю 1 хрому, що уводяться у вигляд! присадок у м!ксер або роздавальний к!вш для забезпечення П1дви1деннл марки чавуну з СЧ 20 до СЧ 25.

Доел!дження позерхн! в!дклику проведено методом гребневого анад!ну за Хьорлем. Р!внявня гребневих л!н1й записан! в параметричн!й форм!:

г

0,4585 '' Т

7 Я""' (л + 1,254)'

1*(М = 24,5 + 0,4204 [— + —^-- 1 - 0,2636

1 1 А. + Т_?.5Л J

1,254 -» (А. + 1,254

де: г - рад!ус кул! з центром, що сп!впадае з центром плану, У* - величина меж! м!цност$ при розтягуванн!.

Анал!з. одержаних в!дпов!дно з р!внянням (4) гребневих л!н!й показав, що для одержання легованого чавуну марки СЧ20 необх!дно: при вуглецевому екв1валент! висх!дного чавуну 4,22% застосовувати легуючий комплекс 0,324% Сг + 0,17 % N1; при вуглецевому еквгвалент! 4,125% застосовувати легуючий комплекс 0,304 Сг + + 0,17 Ш; при вуглецевому екв!валент1 4,08% застосовувати легуючий комплекс 0,32% Сг + 0,17 % N1. П!движения марки чавуну до СЧ 25 забезпечуеться витриманням вуглецевого екв!валенту чавуну 4,136% 1 застосуванням легуючого комплексу 0,356% Сг + 0,17% N1.

Анал!з результат!в моделювання показав, що подальше шдвшцення марки чавуну при використанн! Сг-Ш легуючого комплексу стае неможливим через характер поверхк! в!дклику, що проходе через максимум. Тому до складу легуючого комплексу була введена м!дь I дослужено вплив Сг-Ш-Си легуючого комплексу на величину меж! м!цност! при розтягуванн! в залекност! в!д х!м!чного складу чавуну.

Результата застосованного для досл!дження симплекс-методу показали, що використання легуючого комплексу 0304% Сг + 0,252% Си + 0,17 % N1 дозволяв одержати чавун, Олизький до СЧ 30 (о = - 280 МПа) в !нтервал! п!двшцекого вм!сту вуглецю ! кремн!ю.

- 21 -ВИСНОБКИ

1. На основ! досл!дкень к!нетичних законом!рностей окислювалъно-в!дновлюваких реакц!й в розплав! чавуну . ватановлеш, що в !нтервал! температур 1275...1340 °С незалежно в{д типу мидаф1катора, що застосовуеться, !мов!рною з точки зору к!нетичного кр!тер!ю рбакц!йно! можливост! х!м!чно! система е складна реакт я окисления вуглецю ! кремнш. При цьому зменшуеться ем! от цих компонент¡з в чавун! на перших двох стад!ях I накопичуеться вм!ст вуглецю на третШ стад!! реакцИ. Уведення в р!дкий чавун модиф!катор!в з термодинам!чно активними або ствбШзуючими элементами не впливае на швидк!сть цих ояислтяльно-в1дновлюваних процес!в. При обробЩ розплаву зисококремн1евими модиф!катарами (ФС75, ФС75+сажа) значно збШ.шуетъея ивидк1сть реакП в!дковлення вуглецю. При цьому зизначення нзпряму реакцП окисления та рЛдновлення вуглецю моке бута здхйснено анализом сп!вв!даошення кремн!ю ! вуглецю в чавунг, яке визначае надежность об'ект!в (чавун!в задакого х!м!чного окладу) до класу реакц!й окисления вуглецю збо до класу реакцШ в!дновлення вуглецю.

2. На основ! розрзхукк!в кшетичних параметр!в граф!тизацП встанокт-еко, що в кординатах [311—ЕС 1 {снують облает!, в яких ¡'раф!тизац!я може бути пов'язана:

- з утворениям у розплав! центр!в кристал!зацп граф!ту в результат! взаемодП термодкнам!чко активних элемент!в модиф!катор!в !з дом!шкаш чавуну або за рахунок введения штучних центр!в граф!тизацп, наприклад чавунного дробу;

- з накопиченням в розплав! вуглецю, що служить Шдложкою для Х'раф!тиз0ц11 чавуну в результат! складно! реакцП окисления кремн!га ! вуглецю, яке !нтесиф!куеться при введенн! у розплав висококр«мн1евнх модаф!катор!в або 1х сум!шей (ФС75, ФС75+сажа).

3. Прогнозування тривалост! модиф!куючого ефекту може бути зд!йсн«но анал!зом х!м!чного складу базового чавуну, якнй оброблюеться модиф1каторами. При цьому область стабШзацН якост1 протягом визначеного 1нтервалу часу п!сля обробки розплава деяким модиф!каторам в!дпов!дае ' перетинанню в координатах С311-СС] областей ефективнох граф!тизацН ! припустимог облает! х!м!чного складу при використанн! даного модиф!катора.

4. Генуе альтернативний метод управл!ння як!стю легованого

чавуну СЧ20 ДВСГ 1412-35:

- вибором типу модификатора, що забезпечуе одержання н«обх!дно1 структури 1 властивостей у залежност! в!д базового х!шчного складу чавуну;

- добором х!м!чного складу, при дотриманн! якого для одержання необх!джя якост! чавуну досить застосувати для обробки розллаву чявунний др!б. • "■

5. Результата розрахунк1в оптимальних легуючих комплекс!в дозволяють стверджуваги, що за допомогою вибору комб!нац!й граф!тизуючих ! етабШзуючих (карб!доутворюючих) елементгв можна зд!йснити п!двищення марки чавуну в умовах одного виробництва. При цьому вдкористання легуючих комплексгв (0,15...0,18)% N1 + 0,324% Сг ! (0,15...0,18)% К! + 0,356% Сг дозволяе при концентрацП кремн!ю, яка визначена в ДБСТ здШснити перех!д до виробництва чавуну марок СЧ20, СЧ25 в 1нтервал! п!двищенкх концентрата Еуглецю. Застосування легуючих комплексIв (0,Г5...0,18)% Ш + 0,324% Сг ! <0,15.. .0,18)55 -Ш + 0,356% Сг дозволяе адШснити перех!д до виробництва чавуну марок СЧ20, СЧ25 якщо х1м!чний склад чавуну в!дпов!дае чавуну марки СЧ18.

Застосування легушого комплексу 0,17% Ш + 0,304% Сг + 0,2525? Си дозволяе виробляги чавун, який наближаеться до чавуна 0430 ДЕСТ 1412-85 в штврвал! п!двадених концентрат й вуглецю ! кремшю.

5. 1енуе альтернативней метод п1дввдення марки чавуну:

вибором оптимальних сп!вв!дношень граф!тизуючих ! карб 1 даутворюючих (стябШзуючих) елемент!в (що вводиться к м!кс*р роздаеалышй К1ьш) в залежное?I в!д базового хтмгчкого складу чаьуну;

- добором х!м1чного складу чзвуку при заданному таи! ! «1лькисп кошонеч легуючо! (! модиф!кукчоП 1фИС8ДКИ.

СПИСОК ОПУБЛIКОВАНИХ РОБ1Т

1. Демин Д.А., Пелих В.Ф., Пономаренко О.И. Исследование влияния Gr-Ni-Cu-V легирующего комплекса на механические свойства серого чугуна с пластинчатым графитом. - В кн.: Тезисы научно-технической конференции "Оптимизация технологических процессов и управление качеством при производстве фасонных отливок". Ярославль.- 1993.- с.54-56.

2. Пелих В.Ф., Пономаренко О.И., Демин Д.А. Изучение влияния "живучести" модификатора на качество отливок из серого чугуна. - В кн.: Тезисы научно-технической конференции "Оптимизация технологических процессов и управление качеством при производстве фасонных отливок". Ярославль. - 1993.- с.58-57.

3. Демин Д.А., Пелих В.Ф., Пономаренко О.И. Исследование длительности эффекта модифицирования серого чугуна. -В кн.:Тезисы III научно-технической конференции "Неметаллические включения и газы в литейных сплавах". - Запорожье. - 1994.- с.101.

4. Демин Д.А., Пелих В.Ф., Пономаренко О.И. Применение математического моделирования при выборе оптимального количества модификаторов. - В кн.: Тезисы международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье". Харьков-Мижксльц. - 1994. - с.133.

5. Демин Д.А., Пелих В.Ф., Пономаренко О.И., Пятигор В.А. Применение сноликованадиевой лигатуры для модифицирования чугуна. - В кн.: Тезисы III международной научно-технической конференции "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье.Харьков. - 1995. - с.137.

6. Демин Д.А., Пелих В.Ф., Пономаренко О.И., Пятигор В.А. Математическое моделирование прочности чугуна, легированного никелем и хромом. - В кн. Тезисы докладов научно-технической конференции "Пути повышения качества и экономичности литейных процессов". Одесса. - 1995.- с.43-44.

7. Демин Д.А., Пелих В.Ф., Пономаренко О.И. Оптимизация метода корректировки химсостава чугуна с пластинчатым графитом // Литейное производства. -19Э5.- № 7-8.

Демин Д.А. Некоторые аспекты управления качеством серого чугуна с пластинчатым графитом.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.04 - Литейное производство, Харьковский государственный политехнический университет.

Защищается 7 научных работ, которые содержат теоретические исследования длительности модифицирующего эффекта, влияния типа модификатора и химического состава сложнолегированного серого чугуна с пластинчатым графитом на параметры его качества, влияния комплекса графитизирущих и стабилизирующих элементов сложнолегированного серого чугуна на его механические свойства.

Установлено, что существует альтернативный метод управления качеством легированного чугуна СЧ 20 ГОСТ 1412-85, основанный на анализе базового химического состава чугуна и типа применяемого модификатора; существует альтернативный метод повышения марки чугуна, основанный на анализе базового химического состава чугуна и соотношений стабилизирующих и графитизирувщих элементов, вводимых в жидкий чугун в составе легирующих и модифицирующих присадок.

Dyomin D.A. orne aspekts of the quality controling of the grey cast Iron with flake graphite.

Dissertation for scientific degree of the candidate of science according to the spesiality 05.16.04, Kharkov State Politec-nical University.

Is defending 6 scientific works, which conteins theoretical investigations the long of the modified effect; the Influence of the kind of the inocalant and chemical composition of the compli-tely modified grey cast iron with flake graphite on its quality. The influence on mechanical properties the complex graphitizing and stabilized elements of complity alloy cast iron.

It is concluded that alternative method guality control of alloy cast iron СЧ 20 ГОСТ 1412-85 can be used which based on analice cemichal composition of the cast iron and tape,the modifaier which used. There are the alternative method increasing quality of the cast iron.

Клдчов! слова: модификатор, легуючий комплекс, т™"^"^1- ■ модиф!куючого ефекту, граф!тизац1я.