автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Оптимизация технологии модифицирования и исследование процесса затвердевания отливок из ЧШГ при применении лигатур Fe-Si-РЗМ и Си-Mg

/ч

с*'*' '■'■С'

^ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ МИНИСТЕРСТВА ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВЬЕТНАМА

УДК 621.746\6.04:б6'9.131.7-52

На правах рукописи

НГУЕН Ван Тан

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЧШГ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ЛИГАТУР Ре-БЬРЗМ и Си-М^

05.16.04 - литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

^чм

Киев - 1997

п

Работа выполнена ц Институте технологии машиностроения министерства промышленности Вьетнама и

Физико-технологическом институте металлов и сплавов HAH Украины

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

доктор технических иаук, профессор А.В.Черноиол, кандидат технических наук О.И.Шинскин

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ-

_ доктор технических наук, профессор С.С.ЗатуловскиЙ кандидат технических наук, доцент Г.И.Кошовиик

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

НПО "Большевик", 1\Киев

Защита состоится " j Ц " АО 1997г. в /(Qчасов на заседании специализированного ученого совета Д01.97.01 Физико-технологического института металлов и силаиов HAH Украины

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технологического института металлов и сплавов HAH Украины по адресу:- 252680, г.Киев-142, tip. Вернадского 34/1

Автореферат разослан

1997г.

v Ученый секретарь специализированного ученого соиета.

доктор технических паук V Е.Г.Афтаидилянц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Доля высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в общем выпуске чугунных отлииок из года в год о промышлепно развитых странах непрерывно возрастает. Однако, уровень производства этого уникального конструкционного материала в Социалистической республике Вьетнам сохраняется исоправдано низким. Причинами недостаточных темпов роста чугуна с шаровидным графитом в СРВ долгое время являлись ограниченные возможности металлургической базы для обеспечения полного технологического никла производства отливок из чугуна с шаровидной формой графита (ЧШГ). Крайне ограничен объем производства отливок, этого айда также из-за нехватки специальных лигатур оптимального состава и отсутствия централизованного нз производства, в достаточном количестве и с надежной гранулометрической подготовкой. Поэтому разработка методов получения литых изделий, повышение стабильности свойств модифицированного чугуна является для страны весьма важной и актуальной задачей.

Природные ресурсы Вьетнама богаты кремнием, редкоземельными металлами (РЗМ), магнием и медью. Поэтому при разработке технологических приемов получения ЧШГ приготовлялись и использовались модифицирующие присадки, полученные па основе данных элементов.

Широкому использованию РЗМ в чугунолитейное производстве Вьетнама прснятсгвует еще недостаточная изученность их влияния па процессы структурообразования чугуна, а также отсутствие надежных рекомендаций по иыбору оптимальных режимов модифицирования с целью рационального их использования и повышения эффективности самого процесса модифицирования.

Магниевая лигатура на основе меди была удобна для ввода в жидкий чугун вследствие значительного удельного веса и обеспечивала высокую степень сфсроидизации графита и способствовало перлитизации металлической массы в литом состоянии.

Реализация разработанной нами технологии, предусматривающей комплексную обработку жидкого ; чугуна, указанными модифицирующими реагентами открывает перспективу получения качественных отливок из ЧШГ для машиностроительных предприятий Вьетнама.

Цель работы и задачи исследования. Настоящая работа посвящена разработке технологических основ эффективного способа получения качественных отливок из ЧШГ путем комплексного модифицирования сплавами типа Рс-81-РЗМ и Си-Мб, обеспечивающих стабильность заданной структуры и свойств, высокую степень сферокдизации графита и упрощенную технологичность ввода модификаторов в расплав.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

исследованы закономерности сфуктурообразоваиия в ЧШГ, полученном при различных вариантах ввода модификатора и на этой основе установлены оптимальные составы этих реагентов н последовательность их ввода в чугун для эффективного воздействия на его строение и свойства;

исследовано влияние основных технологических параметров (химсостава, температуры исходного жидкого, чугуна, характера модифицирующих добавок, лх гранулометрического состава, скорости охлаждения и вида плавильного агрегата) па эффективность процесса . сфероидизирующего модифицирования;

- определены основные механические свойства модифицированого чугуна; полученного при использовании, разработанных составов модификаторов;

- разработан и использован в производственных условиях технологический процесс получения из ЧШГ литых изделий для автомобилестроения и текстильной промышленности;

- разработаны принципы и.номограммы для оптимизации процесса модифицирования ЧШГ.

Научная новизна. Экспериментально установлены особенности, процессов структурообразования чугунов (различной степени эвтсктичности), обработанных модифицирующими добавками типа Бс-БЬ РЗМ и Си-М&

Построены зависимости, позволяющие оптимизировать количество иводнмых модифицирующих реагентов для полной сфсроидизации графита и необходимой структуры металлической матрицы и ЧШГ. при различных условиях затвердевания. •

Дано научное обоснование двухстадийной модифицирующей обработке исходного чугуна, обеспечивающей снижение расхода

модификатора при сохранении высокой степени сферондизации графитных включений.

Рассмотрено влияние основных технологических факторов, определяющих формирование структуры ЧШГ при затвердевании с различной скоростью охлаждения.

Установлено влияние температуры модифицирования, химического и фракционного составов лигатур на эффективность процесса модифицирования.

Практическая значимость. Получены экспериментальные зависимости влияния основных параметров процесса модифицирования на формирование структуры и свойств отливок из ЧШГ.

Зависимости ССГ от скорости кристаллизации и введенных количеств модифицирующих реагентов могут быть использованы на практике при выборе параметров технологических процессов производства отливок различного функционального назначения из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом.

Проведенный комплекс исследований позволил разработать методы оптимизации химических, гранулометрических составов и расхода лигатур для производства литых изделий из ЧШГ различного назначения.

На защиту выносятся: результаты комплекса экспериментов по установлению влияния характера и доли вводимых модифицирующих веществ н скорости охлаждения па структуру отливок из ЧШГ

обоснование и принципы выбора модифицирующих реагентов и режимов обработки, обеспечивающих стабильное получение ЧШГ в литом состоянии при различных скоростях охлаждения.

Публикация и апробация работы.

Оснопныс положения и результаты работы опубликованы в периодической технической литературе Вьетнама. По теме диссертации опубликовано (i научных работ, в том числе одна самостоятельно.

Структура работы. Диссертация состоит из введения четырех глав, общих выводов, списка литературных источников из 108 наименований, fl приложении, и содержит страниц

машинописного текста, 52_рисунка и J_t таблиц.

Во введении обоснована важность и актуальность проблемы, которая решена в насгоиmetí работе - разработаны технологические приемы получения о'лишж из ЧШГ, основанные на использовании

модифицирующих реагентов, полученных из сырьевых материалов Вьетнама. Сформулированы ншюжепия и результаты экспериментов выносимые па защиту.

Глава 1. Проведен анализ существующих методов и способов получения чугуна с шаровидным графитом и производственных условиях. Рассмотрено современное состояние совершенствования модификаторов и основные направления развития производства отливок из ЧШГ. Поставлена цель и определены задачи исследований.

Глава 2. Представлены основные материалы, оборудование и методики исследований, используемые и работе. Приведены результаты структурной оценки действия различных-модифицирующих реагентов с целью определения оптимального варианта их использования.

Глава 3. Исследовано влияние технологических параметров процесса модифицирования па эффективность и стабильность получения ЧШГ. Определены оптимальные режимы обработки чугуна и составы лигатур композиции Рс-Б^-РЗМ.

Глава 4. Проведен расчет термовременных параметров •кристаллизации ЧШГ в типичных отливках. Разработаны принципы оптимизации параметров технологического процесса получения ЧШГ в отливках различного сечения. Приведены результаты опытно-промышленной апробации разработанного технологических рекомендаций для промышленных предприятий Вьетнама.

Публикация и апробация работы.

Основные положении и результаты работы опубликованы в шести статьях, доложены на научно-технических конференциях Вьетнама: "Состояние и проблемы литейного производства и термообработки Вьетнама" (г.Ханой, 1984г.), "Использование редкоземельных элементов в Социалистической Республике Вьетнам" (г.Ханой, 1992г.), "Повышение качества запасных частей дизельных двигателей" (г. Тхай Нгусн, 1994г.).

Разработка и исследование оптимального состава модифицирующих реагентов, обеспечивающих стабильное получение отливок из ЧШГ.

Согласно поставленной задаче было проведено комплексное изучение влияния характера модифицирующих реагентов и условий затвердевания на процессы, структурообразования чугуно» различной степени энтсктичности, выплавленных в вагранке и электропечах. Ваграночный чугун содержал, мас.%: 3.4-3.6С; 1.7-2.151; 0.5-0.8Мп;

0.10-0.158; 0.30-0.32Р. Электроиечной чугун содержал, мас.%: 3.2-3.6С; 2.2-2.95»; 0.5-0.6Мп; 0.04-0.065; 0.10-0Л2Р. Исходны« ваграночный чугун подвергали предварительной десульфурации содой (1% от массы

металла), что позволяло —снизить содержание серы до 0.060%.----------

Модифицирование осуществляли н ковше дроблеными лигатурами типа Ре-БЬРЗМ и Си-Мд. Первая состояла из Рс-30%, 31-10%, РЗМ-30%, вторая - из Си от 80 до 85% и Мд от 15 до 20%, РЗМ содержали Гс-90%, Ьа-8%, У-2%. Модифицирование проводили но двум вариантам (табл.):

Таблица - Варианты модифицирования и структура ЧШГ

Вариант Первичное модифицирование Вторичное модифипиропагшс Мйост-% ссг,%

Модификатор Расход,% Модификатор Расход,%

1 Си-Мя 0.5 Рс-БиРЗМ 0.5 следы 0

Си-Мя 1.0 Рс-51-РЗМ 0.5 0.020 40

Си-Мй 1.5 Ре^-РЗМ • 0.5 0.025 85

Си-Мй 2.0 Ре-БГ-РЗМ 0.5 0.046 100

Си Мк 2.5 Рс-Б^-РЗМ 0.5 0.060 100

2 Рс-Б^-РЗМ 1.0 Си-Мя 0.5 0.030 30

Рс-51-РЗМ 1.5 Си-Мя 0.5 0.036 50

Ре-БЬРЗМ 2.0 Си-Мя 0.5 0.046 90

Рс^-РЗМ 2.5 Си-Мя 0.5 0.057 100

Ре-БьРЗМ 2.8 Си-Мя 0.5 0.060 100

Норный вариант предусматривал предварительный ввод Си-М^ сплава, а затем Ге^Н'ЗМ. Согласно второму варианту чугун обрабагышш'я Ре-БИ'ЗМ лигатурой, а затем в металл, очищенный от шлака вводили с (¡к-роидизирующий модификатор Си-Мя- Для изучения влияния примененных комбинации модификаторов и порядка их ввода па образование шаровидного графита бал применен термический анализ в виде записи кривых охлаждения и количественный металлографический анализ. Как видно из приведенных гженериметальных данных, положительный результат по полно"! сферонднзацин графита при обработке жидкого чугуна но первому варианту, был достигнут лишь в случае ввода 2.0% Си-Мя лигатуры и 0.5% сплава I7'' 1'ЗМ. Многолетняя практика производства литых изделий из ЧШГ показала, что минимальное количество остаточного

магния, необходимое для получения графита шаровидной формы в разных сечениях отливки, должно составлять не менее 0.04-0.06%. Как показали наши опыты, при обработке чугуна и Рс-БЬРЗМ

лигатурами, остаточное содержание магния находится в таких же пределах, однако эффективность модифицирования при этом повышается. Такая обработка способствует некоторому продлению эффекта сфсроидизирующсго модифицирования и снижению склонности чугуна к отбелу.

Второй вариант модифицирования представляется более эффективным. При первоначальной обработке чугунного расплава Рс-БЬ РЗМ лигатурой, часть функций магния по обессеривапию и раскислению, как было установлено газовым и химическим анализом^ выполняет церий - основной компонент РЗМ, благодаря его большому химическому сродству к кислороду и сере. Присутствие РЗМ в расплаве подавляет и дсмодифицнрующее дейстние таких элементов как РЬ, БЬ, В'1, Аэ и др.,. неизбежно присутствующих в чугуне. Двухступенчатая обработка жидкого чугуна лигатурой с РЗМ и кремнием и сфероидизирующсй лигатурой Си-М£ усиливает действие каждой из них и позволяет снизить общий расход модификатора. При этом повышается степень сфероидизации графита и эффективно устраняется отбел. Графитизирукмцая способность РЗМ зависит от содержания в исходиом чугуне серы и газов и сдвигается в сторону уменьшения добавок нри переходе от ваграночной к электропечной плавке.

Исследование влияния технологических параметров процесса модифицирования с использованием вьетнамских лигатур на его эффективность.

Одним из основных условий эффективного и стабильного получения ЧШГ является неизменная и достаточно высокая степень усвоения модифицирующих элементов нри обработке исходного расплава чугуна. Степень усвоения одного из наиболее широко .распространенных во Вьетнаме модифицирующих реагентов - РЗМ , главным образом, зависит от температуры исходного расплава чугуна и способа модифицирования

В сумме РЗМ, входящих в состав лигатур Рс-81-РЗМ вьетнамского производства, содержится более 90% церия, в отличие от большинства известных, в которые входит не более 55% церия. В связи с этим л данной работе при определении оптимальных технологических параметров модифицирования чугуна лигатурами композиции Рс-БЬРЗМ использовали критерий степени усвоения РЗМ, который для упрощения

проведения химического анализа определяли но концентрации только церия:

-----------------Куск.= -^-.100,% (О

^сввед

где: Ссос1-- остаточное содержание церия п чугуне, %;

СеЬВОд - введенное количество церия, %

Исследование зависимости степени усвоения РЗМ ог технологических параметров модифицирования . проводили путем обработки, исходного расплава чугуна ( мас.%: 3,6 углерода; 2,7 кремния; 0,6 марганца; 0,03 серы ; 0,12 фосфора) лигатурами различного химического и фракционного состава. Минимальным исследуемым размером частиц лигатуры была фракция менее 1мм, максимальным размером - фракция 40 мм. Содержание РЗМ в лигатуре изменялось от 11 до 42%. Обработку проводили в ковшах емкостью 70, 100 и 500 кг, которые получили наибольшее распространение в литейных цехах республики Вьетнам.

Температуру заливаемого расплава при проведении данных исследовании изменяли в интервале 1350-1500°С.

Как показали исследования, для всех изученных составов лигатур нежелательно применение мелких фракций (до 2 мм), гак как они не обеспечивают достаточную степень усвоения РЗМ в чугуне в интерпале температур 1350 - 1500 "С (КуСц<50%). Минимального количества фракции менее 2 мм в составе лигатуры можно достичь при более крупном ее дроблении, для чего необходимо увеличить максимально допустимый размер частиц ферросплава. Такому требованию наиболее полно соответствуют лигатуры с 24-30% РЗМ. При этом область максимального усвоения 'РЗМ п чугуне (КуГ1! = 70%) соответствует следующим технологическим параметрам: температура модифицирования от 1445 до 1485°С, фракция лигатуры с 24-30% РЗМ ог 3 до 8 мм, которые обеспечивают наибольшую возможную степень усвоения РЗМ для имеющихся в республике Вьетнам условий получения ЧИП'. Температура модифицирования выше |480°С обеспечивает степень усвоения РЗМ более 50%.для частиц фракций от 2 до 40 мм При температуре модифици|м>вании 1460°С достаточно аффективно (КУ(|,:.-50%) ведут себя фракции от 2 до 20 мм. Увеличение темпера!уры

модифицировании выше 1490°С ир рационально, т.к. с одной стороны энергетически не выгодно, а с другой стороны приводит к снижению степени усвоения фракций от 3 до 12 мм. При обработке чугуна лигатурами Ре-.'м-РЗМ рассредоточенного фракционного состава от 2 до 20 мм максимальная степень усвоения РЗМ КуСВ=68-72% достигается в случае обработки чугуна лигатурами, содержащими от 24 до 30% РЗМ, при температурах 1460 - 1480°С.

Форма графитовых включений в модифицированном чугуне при фиксированном расходе модифицирующих реагентов в значительной степени зависит от содержания в исходном расплаве серы. Так как большинство чугуцов элсктропсчной плавки, получаемых в литейных цехах республики Вьетнам не содержат более 0,06% серы, исследование влияния концентрации серы в исходном расплаве и расхода модификаторов композиции Бе-ЗЬРЗМ при двухступенчатой обработке на ССГ в чугуне провели для содержаний серы , от 0,012 до 0,0{>8%. Результаты экспериментов послужили основой для определения минимальных расходов лигатур Ре-БЬРЗМ, обеспечивающих получение ЧШГ с ССГ > 90%, двухстадийным модифицированием.

Применение для первичного модифицирования лигатур Бе-51-РЗМ(< 16%) требует повышенного их расхода для достаточной десульфурацин чугуна, что может привести к вводу в расплав избыточного кремния. Кроме того, в этом случае в зависимости от содержания серы будет значительно колебаться концентрация кремния в модифицированных чугунах, а соответственно, будет изменяться соотношение перлитной и ферритной составляющих металлической основы ЧШГ, которое в значительной мере определяет уровень механических свойств металла. В случае использования лигатур с достаточно большим содержанием РЗМ(24-Э0%) их необходимый минимальный расход при повышенной концентрации серы в исходном расплаве почти в два раза, ниже, чем лигатур с 11-16% кремния, соответственно снижается и опасность ввода избыточного кремния. Кроме того, стабильность процесса модифицирования и получения ЧШГ с заданными свойствами при обработке лигатурами с 24-30% РЗМ выше, чем с лигатурами с меньшими концентрациями РЗМ.

Одним из факторов, который может оказывать влияние на степень усвоения модифицирующих элементов и свойства ЧШГ является емкость и геометрические характеристики ковшей. В данной работе исследовали влияние геометрических характеристик трех типов ковшей емкостью

70,Î00 и 500 кг ira названные выше показатели процесса модифицирования. Результаты исследований свидетельствуют о том, что емкость ковшей и их геометрические характеристики, которые характерны для литейных цехов республики Вьетнам, не оказывают существенного влияния на степень усвоения модифицирующих элементов и свойства ЧШГ при предлагаемом технологическом процессе его получения.

В ходе технологического цикла изготовления отливок из ЧШГ возможны паузы и остановки различной длительности. Для того, чтобы определить допустимое время выдержки ковша с расплавом модифицированного чугуна при таких паузах необходимо знать длительность сохранения эффекта модифицирования . С этой целью чугун, обработанный лигатурой Fe-Si-P3M(24%) в количестве 1,0% при 1480®С, а затем лигатурой Cu-Mg(18,3%) в количестве 0,5% выдерживали в ковшах различной емкости до достижения минимальной температуры заливки 1300°С. За максимально возможное время выдержки модифицированного расплава в ковшах емкостью 70, 100 и 500 кг, соответственно, 140,170 и 600 секунд, остаточное содержание магния в ЧШГ снижается в среднем на 0,009% (с 0,055 до 0,044%), остаточное содержание РЗМ практически ие изменяется. Предел прочности при растяжении в данном случае уменьшается на 30-40 МПа, а относительное удлинение - на 0,5-0,6%. Однако, во всех случаях структура, химический состав и механические свойства ЧШГ не успевают претерпеть существенных изменений, что делает основным фактором, лимитирующим время выдержки модифицированного расплава чугуна, температуру заливки, которая назначается и зависимости от способа получения и геометрических характеристик отливок.

С целыо эффективного использования ЧШГ, получаемого диухстадийиым модифицированием лигатурами /композиций Fe-Si-РЗМ и Cu-Mg, были проведены сравнительные исследования некоторых литейных и механических свойств чугунов с шаровидным графитом, полученных обработкой различными по. химическому составу модифицирующими реагентами. Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что ЧШГ, полученный по предлагаемой схеме 119 объему усадочных раковин и уровню остаточных напряжений незначительно превосходит чугун, обработанный лигатурой Fe-Si-Mg и п большей степени чугун, модифицированный лигатурой Fc-Si-Mg-Ca. По этим лее показателям он уступает чугуну, модифицированному Ni-Mg-

ш

РЗМ лигатурой, что объясняется достаточно высокой графитизирующей способностью РЗМ.

Механические характеристики. ЧШГ, модифицированного лигатурами Ре-51-РЗМ и Си-Му по показателю ов уступают только чугуну, обработанному лигатурой №-М$-РЗМ, а но показателю 6 превосходит его. Тпсрдость предлагаемого чугуна в стандартной пробе находится в пределах 220-240 единиц НВ, что не приводит к ухудшению обрабатываемости.

Оптимизация процессов получения отливок из ЧШГ промышленное внедрение технологии на предприятиях Вьетнама.

Для обеспечения стабильного получения ЧШГ с использованием имеющихся в республике Вьетнам модифицирующих компонентов . необходимо было разработать. единые принципы оптимизации таких основных технологических параметров получения ЧШГ, как расход модификатора, его фракционный состав и температура модифицирования. В качестве исходных данных при разработке принципов оптимизации технологических параметров процесса получения ЧШГ были определены состав лигатуры Рс-БиРЗМ (концентрация РЗМ) и содержание серы в исходном расплаве чугуна. На основании результатов исследования влияния температуры модифицирования, фракционного и химического составов лигатур композиции Рс-БЬРЗМ было рассчитано уравнение регрессии для определения максимально допустимой фракции лигатуры:

Ф = - 3345.31 * 4,2074 - 0.0013ч' + 14.5'|РЗМ|

-0.0088'ИРЗМ]-0.02513'1РЗМ|, мм (2)

где I-температура модифицирования чугуна, вС,

I РЗМ {-концентрация РЗМ в лигатуре, %.

С номощыо уравнения регрессии (2) и экспериментальных данных была'построена левая часть номограммы для определения температуры модифицирования (Рис.1).

Вторым важным моментом технологического процесса получения ЧШГ является определение оптимального расхода лигатуры Тс-БЬРЗМ и . зависимости от концентрации серы в исходном чугуне. На основании результатов экспериментальных исследований было рассчитано

Содержание РЗМ в модификаторе, %

1500 1480 1460 1440 1420 1400 1380 1360 0.5 1.0 1.5 2.0; ! 2.5

Температура модифицирования, °С Расход модификатора Ре-81-РЗМ, | %

Рисунок 1 - Номограмма для определения технологических параметров процесса: модифицирования (температуры кодифицирования, максимальной допустимой фракции модификатора) при использовании модификатора Ре-Бх-РЭМ

-It

уравнение регрессии для определения расхода лигатуры Fc-Si-РЗМ я построена правая часть номограммы (рис.1):

Р=0,03 + ЗОЗЧБНРЗМГ' + 29601S}2-[P3M]'1,% (3)

где [S] - концентрация серы в исходном расплаве, % [РЗМ] - концентрация РЗМ в лигатуре, %.

Для определения оптимальных технологических параметров разработанного процесса модифицирования необходимо построить перпендикуляр к оси "Содержание РЗМ в лигатуре" в соответствующей точке. В левой части номограммы перпендикуляр продлевается до кривой, соответствующей величине фракции лигатуры. От полученной точки пересечения с кривой опускается перпендикуляр на ось "Температура модифицирования", что позволяет определить оптимальную температуру обработки. Продолжение перпендикуляра от оси "Содержание РЗМ в лигатуре" в правую сторону до кривой, соответствующей содержанию серы в чугуне, и построение перпендикуляра из найденной точки к оси "Расход модификатора Fc-Si-РЗМ" позволяет определить требуемый расход лигатуры. Таким образом, решив уравнения 2 и 3 или воспользовавшись номограммой, изображенной па рис.1, можно определить основные технологические параметры процесса получения ЧШГ.

Машиностроительная промышленность в СРВ испытывает острую необходимость в запасных частях. В первую очередь это относится к таким деталями из ЧШГ как коленвалы дизельных двигателей и компрессоров, распределительные валы, гильзд, поршневые кольца и ряд других запасных частей. Анализ конструкции указанной номенклатуры деталей позволил сделать вывод, что практически каждую из отливок этих деталей можно разбить на три основных конструктивных элемента: прямоугольное сечение толщиной от 5 до 50 мм, цилиндрический участок диаметром от 15 до 60 мм и пустотелый цилиндр с внешним диаметром от 80 до 200 мм и внутренним диаметром от 60 до 120 мм.

Прогнозирование процесса кристаллизации и охлаждения металла в отливках различного сечения является Ьажным фактором, который играет ведущую роль при определении химического состава и метода модифицирования ЧШГ. Расчет процесса затвердевания производили в

интервале температур от температуры заливки до 900°С, когда формирование структуры ЧШГ ужо в основном определено. В качестве материалов формы при расчете были приняты сырая песчано-глинистая смесь и жидкостекольная смесь, как наиболее распространенные в литейных цехах республики Вьетнам.

При решении поставленной задачи были учтены: характер течения жидкого расплава, выделение теплоты кристаллизации в отливке, особенности механизма явления кристаллизации, особенности процесса затвердевания сплава, геометрические и физические характеристики отливки и формы, свойства зазора между отливкой и формой, изменение зазора в процессе охлаждения отливки' и нагрева формы, изменение физических констант материалов отливки и формы и т.д. Для решения задачи процесс охлаждения отливки в форме был разделен па четыре последовательные стадии: стадия охлаждения движущегося металла, отвода теплоты перегрева от неподвижного металла, отвода теплоты кристаллизации, охлаждение полностью затвердевшей отливки.

На основе выше изложенного в работе был проведен расчет термовременных параметров охлаждения отливок из ЧШГ в неметаллических формах. В результате детального анализа расчетных кривых охлаждения были определены характерные этапы формирования отливок: этап снятия перегрева, этап кристаллизации и этап дальнейшею охлаждения, которые практически совпадают с экспериментальными, чго позволяет использовать изложенный в работе алгоритм расчета для проведения численных экспериментов.

Анализ полученных данных и зависимостей показывает, чго для всех типичных сечений отливок из ЧШГ, которые имеют распространение промышленности Вьетнама, характерна явная зависимость длительности полного завершения кристаллизации ЧШГ от приведенной толщины стенки отливки. Принимая это во внимание, необходимо учитывать влияние данного фактора при выборе химического состава ЧШГ и расхода модифицирующих реагентов. Для проанализированных типоразмеров отливок можно нрнпебречь конфигурацией стенки отливки, а использовать характеристику - приведенную толщину стенки.

Полученные расчетные, и экспериментальные данные послужили основой для. построения графических зависимостей, описывающих влияние приведенной толщины стенки отливки различной конфигурации в сырой несчапо-глипистой и жидкостекольпой формах на скорость охлаждения чугуна (правая часть диаграммы на рис. 2). В основу левой

— \\ - \\ \ \ \ \ X • -

3 \ \ \ \ \ \ ч ^ ч ч ч 4^2 ^ПГФ

6 N Ч V ч

-

7, ,4 5 1 ^ ч 1 '"жсс

1 1 ■ 1 1 1 ■ 1 1 1 1

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 5 10 15 20 25 Расход модификатора Си-Мд, * Приведенная толщина стенки, ми

Рисунок 2 - Номограмма для определения расхода модификатора Си-Мв, необходимого для получения МШГ (ССГ>90%)

НИ

о>

части разработанной номограммы были положены результаты исследований но определению минимального расхода Си-М^ лигатуры для получения ЧШГ по предложенному технологическому процессу. Данная номограмма позволяет для отливок с различной конфигурацией и толщиной сечения определить расход Си-Мй модификатора, вводимого после сплава Бс-Я-РЭМ. Определив приведенную толщину стенки отливки по правой части номограммы для конкретного типа формы находят среднюю скорость охлаждения чугуна. Продлив горизонтальную линию на уровне найденного значения скорости охлаждения в левую часть номограммы до кривой и опустив от полученной точки пересечения перпендикуляр на ось "Расход модификатора Си-М£", находят необходимое для получения шаровидной формы графита (ССГ>90%) вводимое количество лигатуры. Оптимизация параметров всего процесса модифицирования производится по двум номограммам рис. 1 и 2.

По результатам исследований были разработаны технологические рекомендации для получения отливок с различной толщиной и конфигурацией стенки иЗ чугуна с шаровидным графитом с использованием лигатур Ре-вЬРЗМ и

С использованием данных материалов но разработанной технологии на предприятии "Компания по производству автомобильных запасных частей №1", провинция Тхай Нгуен, были изготовлены опытные партии отливок коленчатых валов из чугуна с шаровидным графитом марки (ЗС70 по Вьетнамскому стандарту ТСУИ 3 для дизельных двигателей тракторов и судов Д6, Д9, Д12, Д22 массой отливок от 8 до 35 кг. Отливки каждого типоразмера прошли сравнительные испытания па специализированных стендах исследовательской лаборатории по испытанию двигателей " Компании но. производству автомобильных запасных частей №1" и в реальных условиях. Износ шеек и остаточная деформация после испытаний коленвала из ЧШГ практически не отличались от характеристик стальных изделий, импортируемых из Японии и были меньше, чем у стальных Вьетнамского производства. Эксплуатация деталей и наблюдение за ними продолжаются до настоящего времени.

В условиях "Компании но производству автомобильных запасных частей №1", которая является одним из трех основных поставщиков запасных частей в Социалистической Республике Вьетнам были также изготовлены гильзы цилиндров и поршневые кольца для двигателя Д12

из чугуна марки СС45. Детали также прошли испытания на стендах компании и установлены на дорожные машины. После наработки моторесурса 400 часов были проведены измерения степени износа и геометрической точности ремонтного комплекта. Сравнение результатов испытаний с деталями из серого легированного чугуна марки СС24-44 и импортных показало улучшение измеренных характеристик (рис. 3) для всех изученных случаев на 50-300°^

В Кольца, импортируемые из Японии

0 Кольца из серого легированного чугуна

В Кольца нз пысокопрочного чугуна но

разработашюй

технологии Испытуемый вариант Варианты поршневых колец:

1,- Компрессионные № 1; 2 - Компрессионные № 2; 3 - Компрессионные X? 3; 4 - Маслосьсмные № 1;

5 - Маслосъсмные № 2

Рис. 3 - Результаты сравнительных испытаний поршневых колец.

Другой областью применения разработанной технологии получения ЧШ.Г для нужд Вьетнамской промышленности стало изготовление запасных частей для текстильной промышленности. Было освоено производство 16 наименований изделий массой от 0.3 до 2.6 кг с толщиной стенок от 5 до 22 мм. Эти детали изготавливают на Механическом заводе №2 текстильной промышленности, г. Хо Ши Мин' с 1994 года по лицензии Института технологии машиностроения г Ханой, где н основном была выполнена данная работа. Как показал oiii.it > эксплуатации изготавливаемых деталей взамен импортируемых из Индии

и Японии на текстильных комбинатах Viet Thoug, их качество не уступает импортным.

Еще одним вариантом использования разработанной технологии является изготовление деталей " шапка изолятора" массой 0.95 кг взамен деталей из ковкого чугуна марки GC 33-8. Более 2000 таких деталей установлены на линию высоковольтной электропередачи 500кВ между Северным Вьетнамом и Южным Вьетнамом. За два с половиной года случаев разрушения деталей и рекламаций не было.

Организация производства ЧШГ по результатам данной работы позволила промышленности Вьетнама устранить зависимость от импорта ряда запасных частей и получить экономический эффект от производства коленчатых валов более 75 ООО долларов США только в условия одной Компании за счет замены импорта. Для широкой номенклатуры запасных частей для текстильной промышленности средняя экономическая эффективность замены импорта составляет 0.75 доллара США на одном килограмме отливок, что составляет примерно 30% от стоимости закупаемых за рубежом деталей.

Общие выводы

а результате комплекса проведенных исследований в длиной работе получены следующие основные результаты:

1) Произведена структурная оценка модифицирующем способности модификаторов тина Cu-Mg и Fe-Si-РЗМ в зависимости от количества и последовательности ввода в жидкий чугун. Отработан оптимальный вариант двухстадийного модифицирования с целью получения конструкционных марок высокопрочного чугуна.

2) Для выбранных условий модифицирования и номенклатуры отливок установлены наиболее рациональные составы: исходного чугуна, лигатур, температурных режимов модифицирования и заливки модифицированного жидкого чугуна в литейные формы различного типа.

3) Построены номограммы и рассчитаны уравнения регрессии для определения технологических параметров процесса модифицирования в зависимости от фракционного и химического состава лигатуры Fe-Si-РЗМ, содержания серы в исходном чугуне.

4) Установлено, что емкость и типоразмеры ковшей, применяемых в литейных цехах Вьетнама при получении ЧШГ практически не влияют на стабильность процесса модифицирования. Лимитирующим фактором при определении допустимого времени выдержки расплава,

модифицированного предложенным способом, является минимальная допустимая температура заливки.

5) Разработана тенлофизическая модель затвердевания отливок из чугуна с шаровидным графитом в сырых песчано-глинистых и жидкостекольных формах, учитывающая закон распределения теплоты кристаллизации в период кристаллизации.

6) На основании анализа основных типоразмеров отливок для промышленности Вьетнама проведен расчет термовременных параметров кристаллизации ЧШГ в типичных отливках. Экспериментально подтверждена Достоверность расчетных данных.

7) Разработаны принципы и номограмма для оптимизации процесса стабильного получения ЧШГ в отливках различного сечения с учетом условий их кристаллизации.

8) Результаты исследований и разработанные технологические режимы получения ЧШГ с использованием вьетнамских сырьевых ресурсов были использованы при организации производства литых заготовок запасных частей для двигателей, компрессоров, текстильной промышленности и т.п.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Nguyen Van Tan , Dó Huu Tri va nhung nguoi khac.

Nang cao chat luong san pham due gang trong cac xuong due. tap chi CO KHI so 6 nam 1989 - Ha noi Viet nam.

2. Pham Van Khoi va Nguyen Van Tan. Bien tinh gang eau su dung dat hiem Viet nam.

Tuyen tap bao cao Tap 1, DHBK , Ha noi 4. 1995.

3. Pham Van Khoi , Nguyen Van Tan va nhung nguoi khac, Khao sat anh huong cua dat hiem Viet nam toi tinh chat cua gang, Tap chi Mo va Luyen kim so 4 nam 1992. Ha noi Viet nam.

4. Nguyen Van Tan. Che tao so mi sec mang gang cau cho Dong со D12. Tap chi CO KHI so 5 nam 1993.

5. Nguyen Dang Thanh, Pham Van Khoi , Nguyen Van Tan. Trinh do cong nghe due trong nganh che tao may Viet nam. Tuyen tap bao cao de tai 24 A 01 -02. Hanoi 1993.

6. Nguyen Van Tan, Ho Van Minh. Hop Kim Cu - Mg cho che tao gang cau о Viet nam. Tap chi Due - Luyen kim so 7, 1990.

АНОТАЦ1Я .

Нгуен Ваи Тан. "Технология виготовлення виливк1в з високомшного чавуну з кулястим граф1том для нромисловост! В'етнаму".

Дисертац1я на здобуття вчо!гого ступеня кандидата техшчних наук за снещальшстго 05.16.04 - Ливарне внробництво, Ф5зико-технолопчпий шститут метал1В та сплав! в НАН Украши, 1нститут технологи машинобудування Мш!стерства промисловост1 В'етнаму, м.Ханой, 1997.

Захищаеться luicrb наукових po6iT, як'1 м'ютять дошпджень особливостей процесу модифжування чавуну з кулястим граф1том реагентами, виготовленими на баз! В'етнамсысих сирошшких pecvpciB. Розроблено методи оптим1зацп napaMeTpiB технолопчного процесу виготовлення виливюв з pi3ixoio товгднпою перетину з високом'пшого чавуну. Результата досладв впроваджет у виробництво у иромисловост! В'етнаму.

Ключов1 слова: високомщний чавун, кулястий граф'1т, модифжування, виливок.

RESUME

Nguyen Van Tan - " Technology of manufacturing Castings on spheroidal graphite cast iron for Vietnam inductry ".

This is competiting the scientific degree of the candidate of technical sciences on speciality: 05.16.04 - The Foundry. Physics-Tcchnological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ucraine, Research Institute of Technology for Machinery, Ministry of Inductry - Hanoi Vietnam, 1997.

6 scientific works are presented for defence. These works contain the results researching the modification process of cast iron with spheroidal graphite by Vietnam based - materials, methods of optimation technological parameters are developed for production castings with different cross -sections from ductile iron. Investigation results have been experimentaly estasblished.

Key words: High - streng cast iron, spheroidal graphite, modification, castings.