автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Повышение качества серого чугуна низкочастотной вибрационной обработкой расплава

pre оа

2 2 ММ* 1595

ГО Ш-МИНЬ

На правах. руксшш

ГОШШБНИЕ КАЧЕСТВА СЕРОГО ЧУГУНА НИЗКОЧАСТОТНОЙ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКОЙ РАСПЛАВА

Снвгогалгьность 05.16.04—"Литейное"йронзводстйс"

Автореферат диосетааюти на ооисканиэ ученой степени кандидате технически наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена на кафедре технологии литейных процессов Московского государственного института стали и сплавов \ ( Технологического университета )

Научные хуководители: профессор, доктор технических наук Э.Б, ТЕН д«цс»пг кандидат технических наук, В.И. ВОРОНЦОВ

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук Р.В. КРЯКОВСКИЙ кандидат технических наук Я.Г. КДЕЦКИН

Ведущее предприятие: Московский завод "Водоприбор"

Залита достоится "15 й ишя 199*> года в /З1^ часов на заседании специализированного совета К.063.Ой.01. т присуждению ученных степеней в ейл&сти иеталлургии черных металлов при Московском государственном институте стали и сплавов но адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект,- дом 4 .

С диссертацией можно оанокомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " " 1995 года

Ученый секретарь специализированного совета К.063.0В.01. профессор, кандидат технических наук И.Ф. КУРУНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ддттальность темы. В настоящее время производство отливок из серого чугуна требует .повышения качества продукции. Одна важная задача является получение более высоких марок серого чугуна. Это обуславливает поиск новых эффективных' методов вне-печной обработки литейных сплавов. Существенные резервы улучшения качества отливок связаны с методами внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл. Эти методы способствуют, снижению физико-химической и структурной неоднородности литого металла, обеспечивают гарантированный уровень.и стабильность свойств литых изделий. Этим обусловлен повышенный интерес исследователей к способам внешнего воздействия на расплав, в,

частности, при помощи низкочастотной вибрации. ✓

Возможность управления процессом кристаллизации путем вибрации и покачивания изложницы предсказал еще в 1868 г. выдающийся русский металлург Д.К Чернов. Однако широкие исследования этого метода выполнены в последние 20-30 лет, что позволило выявить ряд важных закономерностей влияния внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл. Показана высокая эффективность такой обработки на качество литейных и деформируемых сплавов..Вместе с тем.результаты исследований неполны, а в ряде случаев носят противоречивый характер. В частности, это касается воздействия вибрационных колебаний на формирование структуры и свойств серого чугуна.

Применительно•к чугунным отливкам наиболее исследована 'эффективность обработки расплава высокочастотными ультразвуковыми колебания!,'и, Такая- обработка позволяет значительно повысить сопротивляемость сплавов образованию горячих трещин и ус-

гранить макрохимическую и структурную неоднородность. Широкое использование данного способа в литейном производстве органм-чело из-за малой ехтцштуды колебаний, рассеивания ультразвуковых волн в небольшом объеме вблизи волновода и низкой его стойком? в высокотемпературном расплаве. В силу указанных причин ультразвуковая обработка нашла широкое применение при непрерывной разливке алюминия и других легкоплавки сплавов, когда ванна с яидким и кристаллизующимся металлом- имеет небольшие размеры.

Низкочастотную вибрацию осуществляют путем встряхивания • изложницы или формы, вибрирования заливочных устройств или возбуждения колебаний в расплаве с помощью виброволновода. Последний метод представляется наиболее технологичным. Он показал высокую эффективность при улучшении качества отливок из цветных металлов к устранении химической неоднородности в слитке стали большой массы. Но прахтичесзсн нет сведений об эффективности- применения этого метода для улучшения качества отливок иа серого чугуна. Поэтому исследование влияния низкочастотной вибрационной обработки расплава с помощью виброволно-иода на структуру и свойства чугуна является актуальным.

Целью работы является исследование закономерностей воздействия низкочастотной вибрационной обработки чугуна с помощью погружного виброволновода на изменение его структуры, литейных и механических свойств.

Нтзая .шяадва ВйСйТЫ- Предложена гипотеза о механизме воздействия вибрационной обрайотки чутуна на его структуру ж свойства.

Выявлена закономерности воздействия низкочастотной вибрационной обработки расплава структуру и свойства модифинирова-

иного и немодифшшрованного серого чутуна. Установлен« экспериментальные зависимости склонности чугуна к отбелу от продолжительности виброобрвботки.

Практическая тонкость. Предложены конструкция виброволновода и материалы для его изготовления, обеспечивающие высокую стойкость в расплаве чугуна.

Установлен« оптимальные параметры виброобработки расплава: частота и амплитуда колебаний, соотношение гадкуса виброволновода я радгуса полости ко вша с тигля) , относительная, глубина . погружения виброволновода в расплаве, температура и продолжительность виброобработки. . '

Разработанные конструкции вибровслновоца, предложенные материалы для его изготовления и режимы виброобработки опробованы в условиях Московского завода "Станколит". Установлено, что виброобработка расплава серого чугуна позволяет повысить его литейке к физико-механические свойства. При этом жидко-текучесть повивается на — 27 %, прочность при растяжении на ~ 30 твердость на-20 %, а плотность чугуна на 80-100 Кг/м3.

Апробация т>еаультатр^ работы. Материалы диссертационной работы докладывались и'обсуждались на 2-Съезде Литейщиков ' России и на научных семинарах кафедры технологии литейных процессов ШСнС.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Список литературы включает 124 источников. Работа изложена на страницах машинописного текста и иллюстрирована рисунками и таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние вопроса

В последние годы в литейном производстве повышается интерес к 'способам -внешнего воздействия на расплав в связи с необходимостью повышения качества отливок низкочастотной виброобработкой расплава путем встряхивания изложницы и вибрации 38ЛКВ0ЧНЫХ устройств.

В большинстве случаев путем встряхивания изложниц удается значительно уменьшить дефектность отливок по газовой и усадочной пористости, шшронеоднородности, повысить дисаерность структурных составляющих, устранить зону столбчатых кристаллов, повысить уровень механических свойств. Вибрация заливочных устройств способствовала заметному уменьшению физической и химической неоднородности слатков.

Анализ литературных данных также показал,' что среда исследователей нет единной точки зрения о механизме воздействия низкочастотной.вибрации на структуру и свойства металла, при этом называют различные факторы,'которые оказывают решающее влияние на.процесс кристаллизации.

Кроме того в литературе отсутствуют сведения о воздействии низкочастотной виброобработки расплава с помощью виброволновода на структуру и свойства чугуна. В связи о этим в работе решались следувдие задачи:

- определение параметров виброобработки расплава с погогаью попутного виброволновода, выбор материала и конструкции виброволновода для обработки расплава чугуна;

- экспериментальное исследование влияния виброобработки раса-

лава на структуру чугуна в зависимости от продолжительности обработки;

- оценка влияния виброобработки расплава на физико-механические и литейные свойства чугуна;

- опытно-промышгенное опробование влияния низкочастотной ви-брадаи на структуру и свойства чугуна.

I'

2. Методика исследования

В качестве объекта исследования были выбраны 3 группы чу-гунов следующего химического состава, :

С Б; Мп р 5

до

1. 3.4 1.75-2.0 0.75 0.01 0.05-0.03

до до

2. 3.4-3.6 1.8-2.2 0.6-1,0 0.03 0.08

до до

3« 3.3-3.4 2.3-2.56 0.6-1.0 0.11 0.09

Чугун состава 1 и массой 0.5 Кг выплавляли в печи сопротивления с графитовым нагревателем, а чугун состава 2-в индукционной печи ИСТ-006. Чугун состава 3 выплавляли з производственных условиях дуплекс-процессом: коксовая вагранка-индукшонная печь ИЧТ-10.

В работе использовали виброустройства, позволяющие проводить опыты вводом вибгюволновода непосредственно в расплав. Гармонические колебания после ввода волновода в расплав создавали при помощи кривопшно-шатунного механизма, смонтированного на валу электродвигателя постоянного тока. Частоту вращения двигателя, а следовательно, и частоту обработки изменяли с помоп&ю ЛАТРа напряжения. Амплитуду колебаний варьировали за счет эксцентрикового закрепления на валу двигателя кронштейна. на который жестко закрепляли один из концов кривошипа.

В качестве параметуюв управления процессом виброобработки выбраны: продолжительность виброобработких; радиус виброволновода Ri; глубина погружения виброволно'вода Н i; радиус полости ковша с жидким металлом R ; глубина расплава в сосуде Н ; частота и амплитуда колебания виброволновода f и л .

С помощью расчетов определена энергия конвективного дви-

2

жеяия расплава в ковше, которая пропорциональна величине а а>, гиб CL-амплитуда,.ü>-завихренность потоков.

Показано, что для виброобработки расплава чугуна оптимальная чвстота и амплитуда составляют 30 Гц и 7 мм соответственно.

Расчеты также показали, что глубина погружения в расплав Биброволновода слабо интенсифицирует процесс, в то время как увеличение его диаметра приводит к смещению к периферии границы раздела между нисходящим и восходящим потоками и приводит к увеличению их скорости. При »том изменение соотношения £i/R. более 0.4-0,45 неэффективно вследствие дробления потока на отдельное вихри и увеличения потерь на трение. При

равным 1/5,.-.1/6 пристенная скорость потоков принимает значение ( 0.1-0.3 )V, где . В соответствии с расчетами для проведения экспериментов соотношение радиуса виброволновода и радиуса полости расплава в ковше приняли 1/5 ЯУ R < 2/5 , а разница меаду высотой респлава в ковше и глубиной погружения виброволновода составила tH-Hi) i 16^-8) его радиуса.

В лабораторных и производственник условиях обработку расплава чугуна осуществляли при температурах 1330-1350 °С , которую контролировали вольфрамрениевой термопарой погружения BP-8/2Q и фиксировали потешгиометрал'и КСП-4 или 1Ш-63 .

При обычном термоанализе температуру измеряли термопарой ВР-5/20 и фиксировали на многоточечном потенциометре КСП-4 . При дифференциальном термическом анализе использовали образны чугуна массой 20 г и батарею из 12 последовательно включенных термопар, а в качестве эталона-вольфрам с засыпкой из оксида алюминия. Скорость изменения температуры составляла 10 рС/мин. .

Микроструктуру чугуна изучали с помощью микроскопов МИМ-7, МИМ-8 и ШЮР0Т-20 и оценивали согласно Г0СТ-3443-87 ..

Размеры эвтектических зерен определяли с помощью биноку-ляшой лупы при увеличении х 20 . •

Микротвердость металлической матрицы оценивали на приборе ПМГ-3 при нагрузке 50 г.

Фрактографическое исследование изломов проводили на сканирующем электронном микроскопе "Стереоскан" С4-10 (Англия) .

Опенку загрязности чугуна неметаллическими включениями проводили линейным методом (метод-Л) по ГОСТ 1778-70 при длине подсчета не менее 3 см. Оценку проводили на микроскопе ЯВОРОТ-21 при увеличении х 500 .

Кинематическую вязкость чутуна определяли методом крутильных •колебаний тигля с расплавом на высокотемпературном вискозиметре, изготовленном на базе вакуумной печи сопротивления ТВВ-4 . Масса образца чугуна обставила 40 г .

Прочность чугуна при растяжении определяли на образцах, изготовленных согласно ГОСТ-1412-85. Твердость чугуна <НВ) определяли на приборе Польди согласно ГОСТ 9012-85 .

Жидкотекучесть оценивали по спиральной пробе согласно ГОСТ 16438-70, а склонность чугуна к отбелу по специальным технологическим пробам.

Пробы для определения содержания азота, кислорода и водорода в чугуне отбирали кварцевыми трубками и исследовали их на' газоанализаторах ТС-136 фирмы "НЕО" с США) и 1 ШАС-2003 «Франция) .

Плотность чугуна определяли методом гидростатического взвешивания.

3. Влияние низкочастотной вибрации на параметры кристаллизации чугуна и его литейные свойства

Для предварительной оценки эффективности воздействия низкочастотной вибрации на структуру чугуна плавку и его виброобработку проводили в лабораторных условиях в тигле емкостью 0.5 Кг при температуре 1340-1350 °С. При этом использовали кварцевый виброволновод диаметром 12 мм . Продолжительность обработки составила 30-180 с с интервалом 30 с. Изучали влияние виброобработки да количество, форму, размеры и распределение включений графита, количество и дисперность перлита в металлической матрице чугуна состава 1 .

Результаты показали, что виброобработка чугуна повышает однородность его структуры. С увеличением времени обработки проходит измельчение графитных включений, а .распределение их становится более равномерным. После ьиброобработки в течение 120 с графитные включения измельчались от ДГц180 до ПГдЭО .

Изменения происходят и в металлической матрице. Если в исходном чугуне количество перлита колебляется от 70 % до 85 %, то после виброобработки в течение 120-160 с количество перлита стаби;шзуется в пределах 85 %, при этом его дисперность увеличивается до ГЩ0.5-0.3 цо сравнению с ЦД1.4-1.0 в необ-

работанном чугуне. Такие изменения в структуре чугуна увеличение дисперности перлита и измельчение включений графита положительно сказываются на механических свойствах чугуна.

Таким образомI предварительные исследования показали, что изменение структуры чугуна, в частности, измельчение графитных включений и увеличение дисперности перлита достигается, при виброобрабо-ке с продолжительностью 120 ±30 с .

Изучали также влияние виброобработки расплава на параметры кристаллизации чугуна. Для получения термограмм кристал-. лизации чугуна проводили виброобрабогку в тигле емкостью 0.5 Кг кварцевым виброволноводом, при этом продолжительность обработки составила 120 с. Температуру расплава измеряли термопарой ВР-5/20 и фиксировали на многоточечном потенциометре КСП-4 . Результаты термографического анализа необработанного и'обработанного чугуна показали, что при виброобработке начало кристаллизации и эвтектическое превращение чугуна происходит на .11 и 8 °С ниже соответственно.

Для дифференциального термического анализа /ДТА/ образцы чугуна отбирали из ковшей'емкостью 10, 18 Кг (чутуна состава 2 ) и ковшей емкостью 50 Кг с чугуна состава 3) кварцевыми трубками. Термограммы отчетливо показывают, что виброобработка чугуна приводит к повышению склонности его к переохлаждению. Доэвтектическая и эвтектическая ктшсталллзаотя чугуна состава 2 начинается на 10 °С и 8-9 °С ниже, чем у необработанного чугуна. В тех же условиях переохлаждение у чугуна состава 3 составляет 12-13 °С и 9-10 °С . Повдаение склонности вибро-обработанного чугуна к его переохлаждению, на наш взгляд, обусловлено удалением из • него неметаллических включений-потенш-альных зародышей кристаллизации, а также повышением однород-

ности расплава в результате интенсивного перемешивания и уменьшением его микрогетерогености.

Измерение вязкости чугуна состава 1 смасса 0.5 Кг> показало, что с увеличением продолжительности виброобработки расплава она монотонно снижается с 52«Ю-8 до 40 «Ю""8 м^/с . Можно -предположить, что при виброобработке уменьшение объемной доли неметаллических включений или их измельчение способствуют снижении вязкости чугуна. При длительности виброобра-боти свыше 120 с вязкость чугуна практически не изменяется. Это можно объяснить повышением содержания кислорода вследст-• вне вторичного окисления чутуна.

Исследовали также влияние виброобработки расплава на жи-дкотекучесть, отбел, содержание-газов и неметаллических включений.

Виброобработка способствует уменьшению общего содержания неметаллических включений. Так, например, суммарный индекс с-агрязностм неметаллическими включениями исходного чугуна составил 15.41*10", после виброобработки в течение 120 с • он уменьшается на ~28 % . Это происходит прежде всего за счет удаления включений размером более 7.5 мкм, В то же время количество более мелких включений, наоборот, увеличивается более, чем в два раза: индекс эагрязности возрастает с

-Ч ч

3.67»10 до 7.93>10 . Показано, что в виброобработанном

чугуне оЬновная масса включений имеет размер меньше 2.5 мкм,

а в необработанном чугуне она имела размер 7.5 мкм.

Анализ содержания газов до и после виброобработки показал, что с увеличением продолжительности обработки в ковше содержание водорода и азота снижается, а содержание кислорода, наоборот, имеет тенденцию к повышению. После виброобра-

ботки в течение 120 с содержание водорода и азота снизалось на — 23 % и «<• 9 % соответственно по сравнению с их содержа- • нием в исходное чутуне, в тоже время содержание кислорода повысилось на — 8 %. При увеличении времени виброобработкиС180 с) содержание водорода и азота продолжает снижаться на—29 % и соответственно, а содержание кислорода повышается на -13 % .

Анализ результатов по содержанию кислорода в чугуне показывает, что при виброобработке процесс вторичного окисления 1 превалирует над процессом очистки расплава от химически связанного кислорода в виде оксидных неметаллических включений.

При виброобработке чугуна состава 2 жидкотекучесть чугуна повышается, В среднем прирост жвдкотекучести составляет ~27 % относительно уровня жвдкотекучести необработанного чугуна. Существенное ее повышение наблюдали после виброобработки в течение 90-120 с .

На наш взгляд, положительное влияние виброобработки чугуна на его жидкотекучесть связано как с изменением содержания в нем газов и неметаллических включений, так и увеличением переохлаждения расплава. В частности, снижение температуры начала кристаллизации при сохранении неизменной тешет ратуры заливки эквивалентно увеличению на такую же величину фактического перегрева расплава, что всегда сопровождается ростом ясидкотекучести чугуна.

Установлено тагат, что при виброобработке нетадифицирова-нного чугуна состава 2 склонность его к отбелу монотонно возрастает.- При виброобтаботке в течение до 180 с отбел чугуна увеличивается "В 1.5 раза. Это обусловлено повышением; переохлаждения и дефицитом очагов микронеоднородности в рас*-

плаве виброобработанного чугуна, в которых может выделяться графитная фаза.

4. Влияние низкочастотной вибрации на структуру и свойства чугуна

Согласно результатом исследования, увеличение продолжительности виброобработки приводит к заметному изменения его структуры. После виброобрабетки в структуре чугуна форма включений графита, их распределение и также количество перлита стали более стабильными. Днсперность перлита увеличилась о ПД1.4-1.0 до 1Щ0.5-0.3 . '

Виброобработка расплава также существенно измельчает размеры графитных включений: от ПГд360-ПГд180 в исходном до ПГдЭО в обработанном чугуне. При виброобработке расплава в течение 120 с количество включений графита размером более 300 мкм сокращается с 20 t до 3 % . Дальнейшее увеличение продолжительности виброобработки до 180 с не вносит существенных изменений в структуре чугуна.

В вяброобработанном чугуне формируется и более мелкое эвтектическое зерно. Так размер зерна угеньшается в 1.5-2.0 раза в сравнении с исходным образцом. При этом количество зерен в 1 см увеличивается в 3 раза. '

Вкброобработка расплава способствует повшению плотности чугуна. Устойчивая тенденция к повышению прочности и твердости существует при виброобработке до 120 с. Это происходит, главным образом, за счет измельчения включений графита, уменьшения размера эвтектических зерен и повышения дисперности перлита, а также стабилизации его количества. При виброобра-

ботке в течение 120 с прочность и твердость чугуна повысились на 22 % и 16 % соответственно. При дальнейшем увеличении продолжительности обработки повышение механических свойств не наблюдается. Это хорошо согласуется со структурными изменениями чугуна.

Особенно наглядную картину дали фрактографические исследования изломов чугуна. Образны, полученные после виброобработки, имеют мелкокристаллический излом на всей площади, причем эта тенденция проявляется сильнее с- увеличением времени обработки, А образцы, полученные без виброобработки, имеют крупно-кристаллический излом.

5. Влияние низкочастотной вибрации на структуру и свойства модифицированного чугуна

Виброобработку чугуна состава 3 проводили в ковшах емкостью 50 Кг и 250 Кг . Использовали виброволноводы, изготовленные из шамота диаштром 70 и 90 мм, которые перед виброобработкой подогревались до 500-600 °С. Виброобработку расплава проводили с продолжительностью от 30 с до 240 с . Изучали влияния вибпообработки на структуру, литейные и механические свойства чугуна, модифицированного 0.6 % ФС75 ( % по массе ) .

При виброобработке расплава в ковшах 50 Кг в течение 150-180 с подвердился эффект измельчения включений гтафита: размер их уменьшился с 220 мкм (ПГц180) до 55.мкм (ПГп^О ) . Была выявлена также тенденция к более равномерному распределению графитных включений. При этом дисперность перлита также увеличивается от ПД1.4-1.0 в исходном чугуне до ЦЦО.5-0.3 в

обработанное чугуне. В исходном чугуне количество перлита колеблется от 70 % до 90 % ( от П70 до П92 > , при виброобтабо-ткеколичество перлита стабилизуется на уровне в 90 % .

Яри внброобработке в течение 150-180 с достигается максимальное повышение прочности при растяжении (на — 30 % ) и твердости' (.на—20 % ) . Плотность чугуна при этом возрастает с . 7103 до 7202 Кг/м3, а жицкотекучесть повышается на 27 % .

Виброобработка модифицированного чугуна приводит к сложному изменению склонности чугуна к отбелу. -При „длительности виброобработки в течение 30-150 с она снижается, затем стабилизируется не минимальном уровне, а при обработке свыше 180 с она вновь возрастает и приближается к начальному значению. Это обусловлено тем, что виброобработка способствует более равномерному распределению модификатора в объеме расплава. Однако при длительной обработке она оказывает отрицательное влияние на склонность чугуна к отбелу, так как виброобработка способствует исчезновению очагов с повышенным содержанием кремния-потенциальных центров роста графитных включений и расплав становится более гомогенным. В этих условиях склонность чугуна к отбелу вновь увеличивается.

На основе выполненные исследований можно предложить возможный механизм воздействия вибрационной обработки чугуна на его структуру и свойства.

Рафинирование расплава от взвешенных в нем неметаллических включений приводит (в условиях неффиотта зародышей кристаллизации ). к увеличению переохлаждения чугуна .

Активное поверхностное окисление жидкого чугуна приводит к увеличению активности кислорода и росту степени химического

пересыщения для реакции 2(0]= йЮг . Поэтому в пред-кристаллизашганной период в переохлаждающемся расплаве образуются новые неметаллические частицы 0-2 . Из-за этого несмотря -на снижение общего содержания неметаллических включений, выявленных металлографическим анализом с размером свыше 1 мкм) , количество мелких неметаллических частиц возрастает, йцэ более возрастает количество дисперсных неметаллических . частиц, которые невыявляются при помощи оптических микроскопов. Об этом косвенно свидетельствует и.увеличение общего содержания кислорода в виОрообработанном чугуне, Мелкие и дисперсные неметаллические включения могут выполнять роль центров графитизации чугуна. Поэтому при общем сохранении степени графитизащга чутуна число графитных включений увеличивается, а их размеры уменьшаются.

Активное перемешивание расплава способствует его гомогенизации, поэтому распределение графитных включений становится более однородным.

При виброобработке немодифишрованного чугуна в условиях переохлаждения и повыпения окисленности расплава чугуна ' неметаллические включения-центры для графитизации чугуна имеются, но отсутствуют очаги микронеоднородности, в которых 'может выделиться графитная фаза. Поэтому виброобработка ¡«модифицированного чугуна приводит к увеличению склонности к отбелу.

При виброобработке чугуна, модифицированного ферросилицием, в расплаве имеются как неметаллические включения, так и очаги микронеод'ношдности с повдаенным содержанием кремния, образующиеся при растворении ферросилиция. Причем в очагах ' микпонеоднородности легче образуются включения 5102 из-за

повышенного содержания кремния. Поэтому виброобработка чугуна способствует снижению склонности чугуна к отбелу.

Однако при длительной виброобработке вследствие длительного активного перемешивания ферросилиций полностью растворяется в чугуне, очаги микронеоднородности исчезают, расплав по гомогенности приближается к исходному состоянию. В этих условиях склонность чугуна к отбелу снова увеличивается.

Повышение гомогенности виброобработанного расплава приводит и к равномерному распределению ауствнятных кристаллов, которые выделяются при первичной кристаллизации чугуна.

Высокая гомогенность аустенита должна приводить к более позднему формированию феррита и цементита. Поэтому перлитное превращение также, видимо, протекает с переохлаждением. Вследствие этого перлит становится более дисперсным.

Повышение гомогенности расплава также приводит к более равномерному распределению ферритиэирующих элементов, в частности кремния. Поэтому в обработанном чугуне меньше локальных участков с поваленным содержанием кремния, где вероятнее всего образуются обособленные зерна феррита. Соответственно в металлической матхяпе чугуна больше становится участков с равномерным совместным расположением феррите, и цементита, т.е. перлитных участков. Поэтому степень перлитизашш у чугуна, подвергнутого виброобработке, стабилизируется на высоком уровне.

Увеличение переохлаждения чугуна при сохранении темпера- ' туры заливки приводит к фактическому росту перегрева расплава над.температурой начала кристаллизации. Этим обусловлено повыпение жидкотекучести чугуна.

Повышение плотности чугуна при виброобработке обусловлено

дегазацией расплава, прежде всего удалением водорода, а также уменьшением усадочной пористости за счет повшения жидко те куче ста и лучшего питания чугуна.

Измельчение структуры и повышение плотности чугуна обусловливают и прирост показателей его механических свойств (прочности и твердостиj .

Опытно-промышленную проверку эффективности низкочастотной вибрации расплава чугуна погружным волноводом проводили в условиях Московского завода "Станколит". Виброобработку чугуна проводили в ковшах емкостью 250 Кг, при этом использовали ви-' броволновод из шамота диметром 90 мм. Продолжительность виброобработки составила 1В0 с , а частота и амплитуда колебаний - 30 Гц и 7 № соответственно, соотношение радиуса виброволновода и полости ковша - 1/5, разницу между высотой расплава и погружающей глубиной виброволновода в расплаве 8 радиусов виброволновода. Подогрев виброволновода осуществляли до 6Q0 °С , температура обработки расплава составляла 1330-1335 °С. Из виброобработанного чугуна изготавливали литьем в песчаные формы отливки массой около 10 Кг . Отливки опытной партии прилит все регламентированные виды контроля.

Из отливок опытной партии вырезали образцы для определения механических свойств и плотности чугуна. После виброобработки прочность при растяжении п твердость чугуна составили 238 МПа и 223 НВ соответственно по сравнению с 179 МПа и 188 НВ исходного чугуна, то есть возрастают на — 30 % и х- 20 % соответственно. А плотность чугуна принтом увеличивается на 100 Кг/м^ .

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что обработка расплава чугуна низкочастотными и высокочастотными упругими колебаниями являются эффективными способами повышения качества отливок за счет улучшения структуры и свойств чугуна. Способ низкочастотной вибрации показал высокую эффективность при обработке жидкой стали и цветных металлов. Низкочастотная обработка чугуна осуществлялась до настоящего времени путем только вибрации литейной формы, что связано с определенной технической и организационной трудностью.

2. Разработана методика низкочастотной вибрационной обра-

■ ботки расплава чугуна в коше погружным волноводом., Предложены параметры виброобработки, которые включают частоту вибрационных колебаний 30 Гц и амплитуду 7 мм, соотношение радиуса виброволновода и цилиндрической полости сосуда 1/5 £ < 2/5 , относительную глубину погружения виброволновода (Н - Но

■ < ( 6-8) радиуса виброволновода. Температуру виброобработки при атом составляет 1330-1350 °С .

3. На основе анализа термограмм затвердевания чугуна показано, что виброобработка чугуна приводит к повышению склонности его к переохлаждению. Это обусловлено уменьшением микронеоднородности расплава и удалением из него неметаллических включений-погенциальных зародышей для кристаллизации чугуна. Выявлено, что при виброобработке расплава чугун рафинируется от водорода и азота, но содержание кислорода в нем, наоборот, увеличивается, что обусловлено его окислением кислородом воздуха в условиях активного перемешивания расплава в ковше.

4. Показано, что виброобработка расплава приводит к увели-

чешш жидкотекучести чугуна. Это обусловлено как снижением' содержания в нем газов и неметаллических включений, но главным образом увеличением величины фактического перегрева расплава.

5. Установлено, что при виброобработке кемодифицирован-ного чугуна склонность его к отбелу монотонно возрастает, но в случае модифицированного чутуна склонность его к отбелу в начале снижается, затем стабилизируется на минимальном уровне, а затем вновь возрастает при длительности обработки свыше

1В0 с. Положительное влияние виброобработки в начальном эта- ' и« обусловлено тем, что она способствует более равномерному распределению модификатора в объеме расплава. Однако при длительной обработке она оказывает отрицательное влияние, так как способствует исчезновению очагов с повышенным содержанием кремния-потенияалъных зон роста графитных включений.

6. Установлено, что виброобработка расплава чугуна повышает однородность его структуры, уменьшает разброс по форме

и распределению включений графита, приводит к заметному измельчению его размера. Более однородной и дисперсной в виброоб-работанном чугуне становится и металлическая матрица с существенным повышением микротвердости перлита.

7. Установлено, что виброобработка расплава чугуна оказывает положительное влияние на механические характеристики чугуна. При оптимальной длительности виброобработки (120-180 с) за счет измельчения эвтектических зерен, уменьшения размера включений графита, стабилизации количества перлита и повышения его дисперности прочность при растяжении возрастает на

30 % , а твердость чугуна на 20 % . ,

8. Предложена гипотеза о механизме воздействия вибрационной обработки на структуру и свойства чугуна. Это воздейст-

Biíe обусловлено сочетанием следующих эффектов, имеющих место при виброобработке чугуна: рафинированием его от водорода и взвешенных неметаллических включений, переохлаждением расплава вследствии дефицита центров кристаллизации, повышением оки-сленности жидкого чугуна и.формированием большого числа дисперсных включений 570л до начала кристаллизации, гомогенизацией расплава и отсутствием или наличием очагов микронеоднородности. *

9. Опенка эффективности виброобработки расплава в условиях Московского завода "Станколит" показала, что при оптимальном режиме виброобработки прочность при растяжении и твердость чугуна возрастают на 30 и 20 % соответственно, а плотность чугуна увеличивается на 100 Кг/м3.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах;

1. Воронцов В.И., Го.Вы-Минь, Тен Э.Б. Повышение качества серого чугуна низкочастотной вибрационной обработкой расплава / Тезисы доклада: 2 Съезда Литейщиков России г. Ульяновск. 22-25 мая 1995 г. .

'

МЭСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ Заказ loS Обьем /я*. Тираж -/ОО p*í Типография МИСиС, ул. Орджоникидзе, 8/9