автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка методов модифицирования чугуна и создание технологии получения высококачественных чугунных отливок в металлических формах без отвела и с заданными параметрами структуры

РГБ ОД

На правах рукописи

- 3 ШОП 1395

АЗОНАСКИН Александр Васильевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МОДИШИРОВАНИЯ ЧУГУНА И СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ М5РМАХ БЕЗ ОТВЕЛА И С ЗАДАННШИ ПАРАМЕТРАМИ СТРУКТУРЫ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 1995

Работа выполнена на АО "Курганмапзавод" и на ПО "Кургансельмаш"

Официальные онпоненты:

доктор технических наук, профессор Сидоренко P.A.; действительный член Академии наук республики Беларусь, доктор технических наук, профессор Анисович Г.А.;

доктор технических наук, профессор Сабуров В.П.

Ведущее предприятие: АО "Уральский институт металлов" (г.Екатеринбург)

Защита диссертации состоится " 16 " октября 1995 г. в " 10 " час на заседании диссертационного Совета Д.063.14.01 Уральского государственного технического университета

Отзывы на диссертацию, заверенные гербовой печатью, просиы направлять по адресу: г. Екатеринбург. К-2. Втузгородок. УГТУ-УПИ, ученому секретарю совета.

С диссертацией в виде научного доклада ысошо ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета.

Диссертацил в виде научного доклада разослана " " июня 1995 г. •

Ученый секретарь

¡рссертационного Совета ' >ioKT.техн. наук, профессор

ОЕцАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А]ггу алы; ость темы. Работа посвящена реаенио иыешей важное народно-хозяйственное значение научной проблемы.связанной с обеспечением стабильного получения сложвых высококачественных чугунных отливок без отбела в металлических и песчаных формах с заданными параметрами структуры и механическими свойствами.

Лизпенно важными задача).«! для мирового литейного произволства являются: резкое повышение экологической чистоты технологии, повышение эффективности производства и надежности литых деталей. Одним из затлейших направлений, позволяющих решить эти задачи, является широкое внедрение в производство кокильного литьл. в настоящее время болыишство отливок с&'&и сложных конфигураций из алюминиевых и других легких сплавов изготовляется в металлических формах. Однако, несмотря на очевидные преямуцества данного метода литья,он не получил широкого распространения для изготовления чугунных от-д!!Вок. Это обусловлено наличке» ряда научных и технических проблем, требухшх комплексного теоретического и практического репе-ния. К наиболее ва-тшш проблемам относятся следующие:

1) обеспечение получения сложных тонкостенных отливок без • отбела, с требуемыми параметра,и структура и механическими свойствам.

Получение отливок без отбела в металлических воДоохладдаеют формах, даае при применении чугуноз с высокзш углеродным эгаива-лентон, является проблематичным. Вггаейяим методом предотвращения отбела тонкостенных чугунных отжшок является применение графяти-зиру»з;его модифицирования чугуна. Однако, обычно применяемые в практике чугунного литья модификаторы на основе ферросилиция,сили-коглркония и силикобария,сказываются не эффективными в условиях больших скоростей охлаждения чугуиов с высоким углеродным эквивалентом. Попытки реаить эту проблему путем разработки новых составов шюкулнрувшда модификаторов не привели к достижение стабильных результатов. Поэтому необходимо дальнейпее исследование механизмов модифицирования чугуна и на его основе создание новых модификаторов и технологий модифицирования;

2) обеспечение высоких механических' свойств отливок.

' Мероприятия, направленные на предотвращение отбела. а такзе

применение огаз-а призедат к форсированно феррктиой металлической матрицы к иногжа аномальной ферритко-графнтной структуры. Для получений отливок с ьыесжшц кохаличесшши свойствами необходимо sa счет модифицкрозаамя и управяезшз тепдовш регшдоы кокилей обеспечить «ЗормироЕЕаше перлитной или .перлитно-ферритной металлической основа чугуна;

3) повиенко обрабатываемости отливок ревашгем путем устранений отбсда и управления стру!?гурой металлической осноеы чугуна.

4) снижение напряжений в омиаках и кокилях. -

5) сикеаио стс.глссти м трудоемкости изготовления кокилей.

Решение этой ваацой задачи связано с обоснованием и созданием

технологии изготовления кокилей с литой рабочей поверхностью;

6) обоснование принципов создания комплекса технологического оборудования. обеспечмваздого фуигаиш управления и контроля параметров технологии.

Следует ответить. что пирокое внедрение кокильного чугунного литья s производство возыоошо лкаь на основе комплексного реаения всех указанных кие проблем, на которое направлена данная работа.

Работа выполнялась в соответствии со следующими правительственна«, отраслевой и академическими планами и программами:

i> Ксордмнациошай мая научно-исследовательских работ АН СССР па 1981-1985 годы по проблеме "Разработка теории литейных процессов, обеспечиБЗшзих создание и развитие - вусскозффектив11их малоотходных и безотходных технологий с применением внешних воздействий на азщсий и »фистгллизуйадйся иетаял";

2) Программа 0.16.01 ГШ СССР по созданию и освоения производства автоматических линий и комплексов высокопроизводительного оборудования с программным управлением для литейного производства па основе ноещ прогрессивных малоотходных технологических процессов;

3) Задание вроышиеаности по разработке технологической и технической документации, изготовлен;» cmrnrux образцов изделий и прошзленноыу производству .ватлейпих типов литейного оборудования на 19SO-1S55 года (приложение N1 к Постановлению Совмина СССР).

Бель работа. Обеспечение стабильного получения сложных висо-кокачественнья чугунных отливок без отбела в металлических и пес-чалых формах с Бадашилс! параметрами структуры и механическим»

свойстве»«. Лля достижения указанной целиосновкыс задачи работа направлены на ревение сформулированных визе научных проблем.

Практической задачей робота является пнрокое внедрение разработанных методов, разработка принципов проектирования оборудования и технологии изготовления металлических форм. создание высокомеханизированного. экологически чистого производства кокильных чугунных отливок.

Научная новизна. Среди новых, наиболее важных научных результатов работы модно выделить следушие:

- уточнение закономерностей комплексного ¿юднфицггрования чу-гунов модификаторами первого и второго рода;

- установление зависимости модифицируемости чугунов от нх химического состава;

- оптимизация составов вдуф2:атороз и технологии модифицирования на основе анализа их гшшшя на глубину отбела п структуру чугуна, механические свойства. износостойкость н обрабатываемость отливок;

- закономерности взаимодействия редкоземельных (РЕМ) и целоч-нозеыелыш (ШЭД металлов. входезк в состав комплексных кодификаторов с газами и установление механизмов их иаскулирусгего воздействия;

- установление эффективности применения в качестве йодифика-тора первого рода при комплекспоу ыад'.'.фидаровгния чугуна соединения В1гТез. впервые предложенного в этой работе;

- установление механизмов образования устойчивых остаточных карбидов при графатизирувден сгшзге чугуна и разработка ыетодсв воздействия на их количество и дисперсность;

- оптимизация теплового ратаыа кокилей;

- оптимизация составов снесей для керамических форм для . изготовления кокилей с литой рабочей поверхность».

На защиту выносятся сдедуоде научт^е положения:

- при комплексном ыолифтдаованиа чугун модифицируется двуьгл ингредиентами: модификаторами второго рода, инициирувдзш появление центров графитизации. и первого рода, замедлягаоага массопере-нос и повываасдаии их живучесть;

- максимальный эф&ект комплексного модифицирования достигается при применении модифицирующих композиций, состояла из акти-

вник инокулируодих присадок, и оптимального количества поверхностно-активных веществ (ПАВ);

- для обеспечения высокой модифицируемости чугунов с большим углеродным эквивалентом необходимо применять комплексное модифицирование модификатора™ четвертого рода (см. стр. 15);

- устранение отбела в тонкостенных элементах кокильных отливок (толщиной 3-5 мм) при комплексном модифицировании чугуна и существенное повышение стойкости кокилей достигается при управлении тепловым режимом кокиля путем создания зазора ыеяду отливкой и Формой при оптимальных значениях времени создания зазора, времени удаления отливки из формы и темпа работы кокильной машины;

- малоотходная технология получения гранул БЬРЗМ модификатора при грануляции в воде ысает быть реализована лишь при содержании Э1-КЗМ ОТ 30 ДО 70%;

- наилучшая термостойкость, прочность и точность кера\тческих форы для изготовления литых кокилей при хорошей выОиваекоста смеси достигаются при использовании наполнителей на основе пылевидного кварца, плавленного муллита с включениями волокон каолиновой ваты.

Практическая ценность работы заключается в разработке и внедрении технологии инокуднружщего модифицирования чугуна 2&М и ЮМ в сочетании с кремнием [1, 2, 6-10, 13], конкретных способов комплексного модифицирования за счет добавки в модифицирующий комплекс таких элементов как В1 и Те [281, чугунов различных составов специально для кокильных отливок [443. в создании конструкций и организации изготовления оборудования для автоматизированного производства кокильшх отливок [2-6. 24-26. 29-33. 35. 39 . 43-453. разработке технологии и оборудования для производства кокилей и другой оснастки цеха кокильного литья Г2. 3.. 4. 6. 16. 24. 27. 30. 34,35, 38. 423. разработке мероприятий по снижению брака и повышению качества отливок [23.443.

Практическая ценность работы'подтверждается выдаыей 31 авторского свидетельства на изобретения и двух свидетельств на промышленные образцы.

Реализация результатов работы. С использованием результатов работы усилиями автора при непосредственном участии специалистов АО "Кургансельмаа". "Курганыашзавод" и НЮ НИИСЛ создан и выведен на проектную ыоеяость СЮ тыс. тонн отливок в год) современный цех

чугунного литья; в котором комплексно решены поставленные в работе задачи. Применение разработанной в диссертации технологии комплексного модифицирования чугуна позволило получать тонкостенные кокильные чугунные отливки без отбела. частично или полностью отказаться от графитизиружйего оташга. обеспечить перлитную структуру металлической основы чугуна с соответствующим повышением его износостойкости. оригинальность многих конструктивных и технологических решений. а также метод комплексного модифицирования занижены большим числом авторских свидетельств.

Результаты исследований наши также широкое применение на заводах г.Кургана и области: АО "Курганмаозавод". завод колесных тягачей, арматурный завод. Катайский насосный завоз. Шадринский автоагрегатный завод. -

Экономический эффект от внедрения результатов работа составил 2540 744 Pye. при долевом участии автора работа 602, т.е. f524 млн. руб. в год в ценах 1990 года.

Апробация работы. Материалы диссертации были долсяены и обсуждены на 9 Всесоюзных и республиканских конференциях. 2-м Всесоюзном съезде литейалков. 10 региональных конференциях и 5 отраслевых и межотраслевых совевдниах и семинарах.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 67 работах (33 основные печатные работу 31 авторское свидетельство на изобретения. 2 прсмказешай образна, депонированная рукопись).

ОСНОВНОЕ ООДЕРЗАНИБ PADOTH

1. МЕХАНИЗМ И ТЕХНОЛОГИЙ КОМПЛЕКСНОГО МСИИШИРСЖАШЯ ЧУГУНА. ОБЕСЯЕЧИВАЩЕГО ПОЛУЧЕНИЕ ЧУГУННЫХ КОКИЛЬНЫХ ОТЛИВОК БЕЗ ОТБЕЛА И С ЗАДАННОЙ СТРУКТУРОЙ

1.1. .Модифицируемость чугунов. Зависимость шдифацируемости от химического состава чугуна

Эффективность модифицирования при прочих равных условиях определяется составом исходного чугуна и тепловыми условиями формирования отливка. Для характеристика склонности аидкого чугуна к улучшения его свойств в отливках после применения модифицирования

шето внести понятие кэлпфнцируеыости чугуна. В качестве количественной характеристики шлифицируеыости чугуна кожно применить относительное -изменение его параметров, иа улучшение которых направлено модифицирование, при оптимальных усгоьиях его проведения. К таким параметрам мокно отнести прочностные характеристики чугуна, глубину отбела отливок, твердость чугуна в отливках, их обрабатываемость резанием и износостойкость, а такае параметры структуры (раз:,'ер эвтектических колоний, параметры выделений графита, доля яерлета в металлической основе и т.п.).

Известно, что с лов&зениеа углеродного эквивалента чугуна, эффективность ккжулкрующего модифицирования уменьшается. В рглоте i28] автором показало, что при приближении состава чугуна к эвтектическому . ¡.юдифпшровапие- ферросилицием и S1-R5M модификаторам становится малозу^ективпим. Так при модифицировании чугуна с углеродна-) эквивалентом 4.4 ферросилицием <10 75, глубина отбела уменьшается линь па 10%, а при модифицирована] S1-R3M ' модификаторами существенный эффеет обнарудивазхся липь при содер;глнии серы в чугуне не менее 0.07%. Одигко, и в последнем случае стабильного устранения отбела в гсокидьшх отливках, позвазязоцгго устранить гргфи-тнзяружзяЗ qtkit, добиться не удается.

На рис.1. 2 прзшедеш экспериментальные дашше по згшискмости относительного увеличения врочности чугуна и числа эвтектических зерен на единице плскздл алифа при модифицировании ферросилицием от углеродного эквивалента чугуна.

Как следует из экспериментов, при углеродно« эквиваленте, превызаюаем 4.1, применение чисто ююкулнрухщего модифицирования неэффективно как с точки зрения повышения механических свойств, так и с точки зрения устранения отбела в гасильных отлжк t. Этот вывод справедлив для большинства известных инокулируших кодификаторов. На шдифицируеаость чугуна судественное влияние оказывает содержание серы.

Еще в работах А. Мура было показано, что десульфурация чугуна в ряде случае® приводит к снижению многих яолсаительшх харагсгери-CTi!K. В пргктаке КамАЗа выявлено синженке способности серого чугуна к инскулируетему колфнюрованаэ при снижении содержания серы.

В табл.1 приведены данные 111], свидетельствующие о тоы. что при прочих равных усдсвяях кеханкческие свойства серого чугуна при

Рис.1. Зависимость относительного изменения срочности бв яри нодифишровай)® ферросилицием 6т углеродного эквивалента чугуна

Рис.2. Зависимость относительного увеличения числа эвтектических зерен при модифицировании чугуна от его углеродного эквивалента

- «

Таблица 1

Зависимость механических свойств чугуна от содержания серы

1 ...... . —г 1 "7 "- ------------1

| Содержание I Присадка ферросилиция -1 бв. 1 нв |

| серы.Х | 1 1 «С 75. X | МПа 1 1 I 1 1

1 1 1 0.02 1 1 | 225 1 I 1 187 I

1 0,06 | 0.05 1 202 1 187 |

1 0.12 „ 1 1 1 | 262 1 1 207 1 1 1

1 1 1 0,02 | 1 | 241 1 1 1 182 I

1 0.06 | 0,15 1 214 1 194 |

1 0.12 | 1 1 I 201 1 1 207 | 1 |

1 1 1 0.02 | 1 | 228 1 1 1 180 |

1 0.06 | 0.25 I 251 1 187 1

1 0.12 | 1 ( - 1 302 1 ( 209 I 1 |

1 1 1 0.02 1 ' 1 1 262 1 1 I 188 }

1 0,06 | 0,40 | 282 1 182 I

1 0,12 ) 1.......— „ ,1,... I 325 .. а . 1 202 | • <

ин окулирующем модифицировании повдааются с увеличением содержания серы.

Присутствие серы в чугуне, подвергнутом инокулирувдему модифицированию. вызывает не усиление, а ослабление отбела. При достаточном ее количестве она, как поверхностно-активное ведество. тормозит ыассоперенос между образовавшимися при ивокулярном модифицировании центрами графитизации и расплавом. Это приводит к увеличение времени сохранения эффекта модифицирования при выдержке расплава после ввода модификатора до. его затвердевания в Форме.

Известно, что чем сильнее расплав замутнев мелкими включениями. тем вше его кинематическая вязкость. Поэтому косвенным подтверждением описанноговыте влияния серы являются экспериментальные данные СИЗ по влияние содержания серы на кинематическую вязкость чугуна, приведенные на рвс.З.

Ркс.З. Влияние серы на кинематическую вязкость чугуна при различных изотермических еыдержках после модифицирования: 1-FeSl; 2 - FeSiBa; 3 - FeSiZr; I - 0.1ZZ S; II - 0.02 X S

Таблица 2

Мехаяичесгае свойства чугуна. х*однф;:ц:!рованного различными модификаторами

Модификатор

бв. .КЯ1а

"г

до уоди-

Фицирова-

еия

после иодифищрованкя

через 1 шш J через 20

Яоте&шй ферросилиций

(FeSi) Лигатура SiMnZr (ОД) Ферросиликобзрий 5-ерросил1жостронций, Сил'дкскальшгй Графит + FeSi

261

255

252

253 243 270

253 (Д= +27) 1 253 (Д= - 8)

I

269 (й> +14) 1 248 (Д- - 7)

235 (Л- +35) | 263 (Д= +11)

261 (Л» + 8) | Не' определяли

273 (Л= +36) Г 245 (Д- + 2)

229 (Л- -47) | 191 (Л- -71)

Приыгчанке. Б скобках указан эффект модифицирования; Л - изменение бв при ноднф!Щироваши.

Рис.4. Число эвтектических "зерен" на шюадои ынкроплифа

1 см2 в сером чугуне, подвергнутом изотермическим выдержкам в аидком состоянии после кнокулирующего модифицирования различными присадками: N - относительное число "зерен" на 1 см2; 1 - Ге51;

2 - лигатура БИЛЯт; 3 - ферросиликоСарий; 4 - фгрросиликострон-ций; 5 - силикокальций; Ь - графит + РеЭ1

Как видно из рис.3, серый чугун с низким содержанием серы очень быстро демодифнцяруется, если в качестве модификатора используются ферросилиций и ферросиликобарий. Об этом говорит» быстрое падение кинематической вязкости чугуна при его изотермической выдержке. При модифицировании ферросиликоцирхонием мсшю достичь Солее длительного эффекта модифицирования в чугуне как с повышенным, тач и с пониженным содержанием серы.

Присутствие сери в чугуне, подвергнутом инокулируюдему модифицировании, вызывает не усиление, а ослабление отбела. При достаточном ее количестве она, как поверхностно-активное вещество, тормозит ыгссолеренсс между образовавшийся при инокулярном ыодифици-серы.

Присутствие серы в чугуне, подвергнутом гаюкулирузощему ыодя-

филированию, вызывает не усиление, а ослабление отбела. При достаточной ее количестве она, как поверхностно-активное вещество, тормозит иассоперевос мегау образовавшимися гдэи инокуяярном модифицч-ным, так и с пониженным содержанием серы. О механизме влияния циркония будет сказано ниже.

Важным показателем модифицируемости чугуна я принятого метода модифицирования является время, в течение которого сохраняется эффект модифицирования. В табл. 2 показано влияние различных кодификаторов на свойства чугуна через одну минуту и 20 минут после ввода модификатора [203.

Из данных табл.2 следует, что ферросиликобарий обеспечивает высокий кратковременный и долговременный эффекты.

На рис.4 показала кинетика затухания эффекта модифицирования при изотермической ввдеряке чугуна, оцененного по изменению числа эвтектических зерен на 1 квадратный сантиметр плсщади олифа С51..

Исследования по оптижюацин составов чугуна для изготовления слсшшх кокильных отливок 173 показали, что с точки зрения устранения отбела, уменьшения брака по трещинам. целесообразно г,рт,менять чугун с высоким углеродным эквивалентом 4,25 - 4,40.

С учетом низкой модифицируемости этого чугуна возникла необходимость разработки методов модифицирования, шторке в отличие от чисто инокулирувдих модификаторов обеспечивали бы высокую модифицируемость чугуна, обеспечили Сы получение тонкостенных кокильных отливок без отбела при высокой доле перлита в металлической основе.

Кроме графятизирущего инокулирущего модифицирования Н.Г. .Гиршовнч рассматривает стабилизирующее модифицирование, главной целья" которого является обеспечение получения перлитной металлической основы. В качестве кодификаторов рекомендовали Си, Эп, 5Ь, РЬ, В1. Те. К настоящему времени разработаны многочисленные составы комплексных модификаторов. Однако, систематические исследования для различных условий литья, и в том числе для кокильного чугунного литья, отсутствуют.

1.2. Сугяость и закономерности комплексного модифицирования

Разработкой вопросов комплексного модифицирования чугуна занималось несколько поколений литейщиков и металловедов. В работе

[143 автором в соавторстве с профессором А.А.Луковым предложена следующая классификация модификаторов. Креме рассмотренных П.А.Ре-биндером поверхностно-активных модификаторов (модификаторы первого рода) и модификаторов, замутняюда расплав взвесью образующихся при взаимодействии с ними включений, служащих подложками для центров кристаллизации (модификаторы второго рода), рассматриваются еще модификатора третьего к четвертого родов.

Модификаторами третьего рода предлагается считать соединения, механически замешиваемые в расплав и химически инертные к нему, но вызывающие зародышевые действия на кристаллизующиеся фазы, выделяющиеся из него при затвердевании. Эти модификаторы должны хорошо смачиваться расплавом и иметь размерное соответствие и близкую к нему плотность. Они так же» как и модификаторы второго рода.уменьшают переохлаждение расплава.

Модификаторами четвертого рода предлагается называть комплексные присадки соединений первого, а также второго или третьего рода. В этом случае поверхностно-активные вещества тормозят рост центров кристаллизации и их растворение в расплаве на стадии модифицирования. предотвращая и отдаляя эту стадию. Модифицирование, осуществляемое модификаторами четвертого рода, названо А. А. Луковым и С. М. Иваненко встречным модифицированием. Ври встречном модифицировании чугун модифицируется но крайней мере двумя ингредиентами, непременно противоположно воздействующими каждый в отдельности на структурообразование, например, модификатором II рода (по классификации П.А.Ребивдера), уменьшающим переохлаждение расплава при кристаллизации, и ыодифификахором I рода, увеличивающим в обычных условиях это переохлаждение. Зтмы. по-видимому, и обоснован термин "встречное модифицирование". В данной работе мы применяем более принятые в литературе по модифицировали» сплавов термин "комплексное модифицирование".

В чем же заключается механизм комплексного модифицирования? Он основан на том, что ЛАЭ имеют тенденцию адсорбироваться на межфазных поверхностях, в тем числе на эндо- и экзогенных подложках центров кристаллизации графитной фазы в чугунах [183. Когда чугун не подвергнут инокулируюцеыу модифицированию и этих подложек мало, указанное явление приводит к модифицированию I рода. т.е. оно стимулирует переохлаждение расплава, что вызывает в чугунах отбел.

•т„ г £

. Ркс.5. Клнети'л затухания эф-' Фектз мсдифи-

цирсдг-'пи серого-чугуна (схе-ыа): 1 - обычное модифицировали*?; 2 - комплексное модифицирование

5 5С

г»

го

5 <5

9 О

!

/

/ /

Г|у' /

N \ / **

0,1702 0,004 0,066 присадка знсмгта,%

Рис. б. Влияние присадки висмута к ферросилиции <1С 75, вводимого в хидкяй чугун в количестве 0,52. на отбеливаемое тъ металла:

1 - мехаглпеасая смесь СС 75+В1;

2 - то т.е. 150 в виде сплава

Когда гг.е т/гун подвергнут мсмзасму ипокулирукздаяу модифицированию (П рода) и в нем огрсадается бсльпое количество эфемерных, недолговечных центров • графитизациа. возникает ваянач научная и техническая задача - научиться сохранить эти центры, увеличить их .-.'.ив учесть вплоть до иомепта разливки чугуна в литейпне фор.« и затвердевшим отливок.

Вот здесь ПАЭ и проявляют себя как замедлители ыассолереноса. Если в лервем случае сни тормозили рост центров грофитиззаяи до критически или закрипкескнх размеров, то теперь они тор!,:озят уг.е обратный процесс - растворение метастабильшх центтов закритичес-кого размера и их исчезновение с течением времени (эффект демэди-фгашроваяиз).

Сказанное мозга проиллюстрировать схемой, представленной на рис.5. На ней кривач 1 отражает :юд нарастания эффекта модифицирования расплава (например, числа эвтектических аустенято-графпишх келслий) и ого смены эффектом денодифицирования в случае обычного зшокулирукщего модифицирования (II рода), а кривая 2 - то ле. в случае шднексяого 'модифицирования.

При комплексном модифицировании добавление в присадку модификатора 1 рода (ЕЛЭ) приводит к некоторому снихениэ иахскиума на кривой футсзй M3=f(T) в результате дезагаивации части центров графитизадм (например, близких го размера.) к критическому диаметру) . Однако живучесть ^остальных центров, ese достаточно многочисленных, резко возрастает, и на стадиях ti и особенно Xz остаточный эффект Ю существенно випе в случае шюлъаозгша встречного кодифицирования. На рис.6 приведена g'.vc-зерк;е атальные данные по влияли» ДСбаВКМ ПОВерХПССТНО-СЭТИВГ.Ы* ЗйЩЗСУЗ пр» МОДИфКЦИрОВаНЙИ чугуна йС 75 на глубнку отбела кокильных отливок.

Из рис. 6 видно, что мазке присадки висмута з эддюгй чугун способствуя? графптизацж, а больгае оказывают обратный эффект.

Действительно, при избытке ПАЗ его хватает на только для предотвращения растворения всз:!икл;;х в большой числе при ияокулирую-¡деы модифицировании метастабильных центров политизации, ко и для ицгибирорааия их роста при затвердевании чугуна. Такое комплексное модифицирование не Судет достигать цели. Наоборот, чугун будет затвердевать с отбелом. Очевидно, дозировка ПАЭ должна предусматривать такое его "разбавление" яри адсорбции на центрах графитиза-ции, которое обеспечивало бы быстрый "прорыв блокады" ври росте этих и возникновении новых центров в процессе охлаждения расплава в литейной Ферме в результате резкого увеличения ыехфазной поверхности и соответствующего резкого возрастания дефицита ПАЭ при "блокаде" этих центров.

Взнгой компонентой механизма комплексного модифицирования чугуна является природа первой стадии эффекта модифицирования (см. восходящие отрезки кривых 1 и 2 на рис.5). На этой стадии зарсяаа-хлса подложки центров графитизздам. в качестве тако£Ш, со 'мнению различных исследователей, могут слузать включения SIO2 (тесру.'л "сняпкапюй мути" Н.Н.Еидуди, тридимитизации кремнезема К.Сртса и й.Еайга й др.), rpafrsга', нестабильных и бистро расладгзсяаяся сез-дилений ("карбидные" i:ccp;ci модифицирования чугуна). Позье появилось Ссльгое число печатных работ, в которых аналогичные коацетсы выдвигались советскими, японскими, аападногермаасгаам, Французский м другими авторами. Одних» теоретические ссяовы. остаются пре.т.-ьиал. Ог.и ногут сьть сформулирована следуюы "образом.

1. В зоне взаимодействия частицы кодификатора с расялагоы

возвикэот благоприятные локазызыг термодинамические условия для выпадения Сазы, стабильной и условиях двтого мирооЗъсна, но нестабильной по отстегнет к остальному объему расплава. В случае вза-уагодействия частвдг ферросилиция с жидким чугуном в таких микро-обге«ах активность углерода ксхет превысить ее1""- 1,0 (если расчет ас зестл при выборе графита в качестве стандартного состояния углерода). к временно выпадает графит.

2. В процессе гомогенизации расплава едз до начала его раз-, дивки графит будет вновь переходить в раствор.

3. Все Фактору, ловызаэдие скорость 'гомогенизации расплава (высокая теьшература расплава после введения модификаторов, сильная 1сснвевцин и т.п.), будут способствовать его дтздяфицЕрэванмз. Наоборот, такие факторы, как введение малых доз ПАЭ при встречном модифицировании, будут способствовать сохранен® юдг;ф::ц;:ру>к;его эффекта достаточно длительное время. '

Для практической реализашгл комплексного модкфкцирсваггля чугуна в данной работе били использованы рассмотрены 'модификаторы на основе ферросилиция 5С 75 с ПАВ В1. Те или их интэрнеталлидсм В1гТез,а так*е на основе Б1-РЗМ соединений пелочноземельныгг нетаз-доз (Ге31Ва) с ПАВ В1.

1.3. Анализ ззазвюдеЯстии редкоземельных металлов ( П3?.!> с приыесящ чугуна. Оптимкзаакя ссстаза »шфагатороэ

Шийяикрупаее действие добаво;: РЭ>! определяется количеством а характерен вклшеый.сйрагухгохся при взаимодействии ГСЫ с при-месяш чугунз.

Характер взаимодействия ГСМ с приигсяьсз чугуна и влияние на процессы кристаллизации, а в конечном счете я на свойства чугуна во много« определяются количеством вводимых редкоземельных металлов. Известно, что присадка до 0,5-0,8 7. РЗМ лигатуры приводит к образования глобулярного графита и резкому повышения кехгшкчес-ккх свойств, причем дальнейшее увеличение количества присаливаемых РЗМ приводит к ешхешэо механических характеристик. Концентрацией-, нке интервалы, обеспечивание ггобугяркзацгзо графита и высокие механические свойства чугуна, изучены достаточно подробно и опу.сепз в литературе.

Анализу влияния малых добавок F9M на механические свойства к структуру серого чугуна посвящено небольшое Ч15сло работ, и этот вопрос требует дальнейшего изучения.

8 работах [8,S3 автором изучены Термодинамические особенности взаимодействия церия (основного модифицирующего элемента в лигатуре) с примесями серого чугуна, проведено экспериментальное изучение влияния малых добавок лигатуры S1-P3M на механические свойства и структуру серого чугуна, определены оптимальные технологические параметры модифицирования.

Термодинамические особенности взаимодействия церия с примесями Еелезо-углеродистого расплава рассматривали с учетом активностей компонентов, оценку которых проводили с использованием параметров взаимодействия. Расчеты проводили для чугуна следующего состава: 3,52 С (хс - 0,142), 1.81 SI USi- 0.029), 0.42 bin (хш-- 0.003); Хре" 0,825. Атомная масса чугуна составила Mi'4&,77.

Активность церия в расплаве чугуна, если за стандартно? состояние принять 12-шй раствор, определяется уравнением Iff асе - Iff rCe.ZJ + 0,0053 CCe.ZJ - 0,33.

Аккпзности кислорода, азота и серы в чугуне место определить из следуада! уравнений (стандартное состояние - однопроцентный раствор): lg ао Iff ЮДЗ - 3,31 [СеДЗ - 0.833;

Iff а;; - Iff Ш.%3 - 0.55 [Се.21 + 0,572; lg as - Iff IS.ZJ - 9.10 ICe.23 + 0.660.

Полученные активности компонентов позволяет проанализировать реакция взаи&одейстзия церия с кислородом, азотом и серой, растворенными в ледком чугуне. Основной бкеидной фазой при взаимодействии церкя с кислородом, растворенным в чугуне, является полутора-окисъ церкя СегОз, образование которой описывается реакцией

2 ГСе) + 3 [03 - Се203. (1)

В соответствии с данными И.С.Куликова

Iff Нее О - - Iff а2се-а30 - 75 040/Т - 23,137.

При 1400 °с уравнение изотер&и раскисления чугуна цериеа имеет вид

Iff [0,23 « - 6,126 - 2/3 lg[Ce,2J + 3,30 [СеДЗ.

СоотЕопення разновесных концентраций кислорода и церия в чугуне представлены на рис.7. Минимальное содержание кислорода в чугуне 1.63-10"5! достигается при добавках церия 0,0882. При реаль-

нем содержании кислорода в чугуне (3-40-Ю--3!) введение в расплав даже незначительных лобазск церня призедагг к образованию СегОз. Образование нитридной 'фазы в расплаве описывается реакцией

[СеЗ + Ш = СеЯта-. (2)

В работе [83 для реакции (2) получено уравнение

15 КсеН - " 1? асэ-аы - 75 784/Т - 4,73. Изотерма деазотизашш при 1400 °С. представленная на рис.3, описывается уравнением

1е 01,23 - - 3,25 - 1г ССе.^З + 0.54 [Се.23. • Поскольку содергзние азота в реальном чугуне, кас правило. не превышает 5-10_3%. при концентрациях церия до 0,12 нитридная фаза в зидкем т/гуяе не образуется.

Образование сульфидных Фаз в чугуне описывается реакциями

[СеЗ + [БЗ - СеБгв ; (3)

3 ГСзЗ + 4 133 = Се^тв : М)

2 [СзЗ + 3 ГЭЗ - Се^Ззгв . (5)

Для этих реакций в работе [83 приведены уравнения 1е КсйЗ = - 1г Эсэ-аз - 22 035/Т - 6.29;

18 Ксв Б - - 13 а3со-а4з ° 78 151/Т - 22,83;

15 Ксв з = - '!? а2сэ-а3з - 55 162/Т - 17.14. При определена! областей устойчивости отдельных сульфидных Фаз исходил:! кз того, что при невысоки концентрациях церга з чугуне будет образовываться сульфад СегЗз с минимальны:« отнесением атомов церия к атсмач серы. т.е. (Нсо/'<5 » 2/3); 'при увелгаении содержания цемя возможно образование СезЗ-г (отношение "сэ/;Ь=3/4) и, наконец, СеЗ (при охзетении * 1). Концентрацию церия в

расплаве, обесяечивасадю. образование той или другей фаза, ргссчн-тывали совместным решением угаззнных уравнений.

Образование сульфида СегЗз возжзно лизь при концентрациях церия не Сольсе 2,19-Ю-^; з интервале ¡отнцентраций 2.19-10"6 < [Се.ХЗ <1.23-Ю-4 образуется сульфид СэзБд; при 1Сэ,Г.З >1,38-10~4 устойчивой 'фазой является сульфид СеЗ. Изотерма десульфурацзт при содержании церия 1.23-10_4г и температуре 1400 °С имеет з:щ 1ЕГ [ЗДЗ » - 7,24 - 15 [Се.ХЗ + 9,1 [Се.23. Минимальнее содержание серы в чугуне 3.2-10"6% достигается при коиц-гУ/грагсм церия 0.048". Из рис. 9 слелует. что при обычном содергаюи сери з чугуне-(примерно 0.1") даг.е инчтояше концзнтра-

оии церия обеспечивают образование сульфидной Фазы.

Термодинамический анализ показал, что введение даже малых добавок РЭМ лигатуры приводит к образованию отеидов и сульфидов, а реальные концентрации примесей в %-у г/не обусловливают ничтсшше равновесные концентрации церия в растворе. Это обстоятельство дает основание предполагать, что механизм модифицирования может быть связан не столы«) с адсорбцией атоусв церия на поверхности

слениз чугуна азотацшз чу- сульфурации

. церием гупа церием чугуна церием

ргстущой твердой фазы и понижением скорости ее роста, сколько с образованием взвеси неметаллических гклочений. язлявгдася центрам;: кристаллизации и обеспечивавдих изменение структуры чугуна.

Экспериментальные исследования процессов взаимодействия малых добавок лигатуры Э1-РйМ с примесями чугуна и влияние этих добавок на его физико-механические свойства заполнены в работе [93.

На спьтнш плавках, проведенных в индукционной печ;: емкостью 50 кг, определяли оптимальные технологические параметры ыодифию!-. рования. актовым материалом являлся чугун, содеряашяй 3,1-3,6X0; 1.7-2,IX а-. 0,7-1,ОХ Мп; 0,0377. Б; 0,0822 Р. Ссдерпгииэ кислорода в исходном чугуне составляло 0.015.1. . Температуру металла измеряли пдатина-гаатаноролиевой термопарой погружения. В качестве мздифи-

сатора использовали силнксшшеталл следующего состава: 31.1-34,0Z =5М; 44,3-47.01 S1; 5.9-4.« Al; 7.1Z Cu, остальное железо. Наряду : церием в лигатуру входили 6.57,- лантана; 3.5Х празеодима; 3.57. шодиыа. Плотность модификатора 5 г/см3. Температура плавления 1300 °С. Модификатор перед присадкой дробили на кусочки размером í-5 ым. Для определения оптимальной дозы вводимого модификатора ?го количество изменяли от 20 до 100 г на 100 кг металла.

В большинстве работ, посвященных модифицированию редкоземельная* элементами, последние рассматривается как расчетные технологические добавки без учета их остаточного содержания в металле: Это не позволяет сделать надежные выводы о влзмню! определенного ¡голичества FCM на свойства металла. В даяпом исследовании остаточные содержания PSM в металле определяли хгежко-спектральным метопом, предусматривающем значительное повышение абсолютной чувствительности линий РЗМ в спектре. Згатриховазвгя оОЛс.сть на рис.10 соответствует остаточным концентрациям РЗ.Ч в чугуне в зависимости от количества вводного модификатора после трехминутной вкдерзкя металла в печи.

Существенно маленькие остаточные концентрата РЗМ в .

чугуне и специальные мера предосторожности, принятые для того, чтобы избегать "кислениа лигатуры за счет атмосферы лечи (погружение лигатуры в патронах на дно печи), свидетельствуют о том. что

количества еводоюй лигатура

РЭМ энергично провванмодействовали с примесями чугуна.

Специальную серко глазок проводили с целью иэучешш кинетики процессов раскисления и десульфурадяи чугуна малы;-® добавками лигатуры 51-РЗМ. Пробы металла отбирали кварцевые трубкам;!. Содержание кислорода определяли нз эксхалографе ЕАО-202. а солерг^яе сеш химическим анализом. Температура чугуна 1380-1400 °С. На рис. 11 представлены характерные кинетические кривые раскисления и десульфурации чугуна лигатурой 51-РЗН. из которых следует, что с увеличением количества добавляемой лигатуры процессы протекает более интенсивно, и при введении уже 0.12 лигатуры взаимодействие пратгически заканчивается через 2-3 ыик. Обращает внимание существенное различие в скоростях удаления кислорода и серы. Если за две минуты кз металла удаляется 85-907. кислорода, то удаление серы составляет &-40Х от их исходного содержания. Причины этого явления "требуют специального изучения.

Присадки лигатуры более 0.032 практически не влияют на юнеч-ную концентрацию серы и кислорода в чугуне (рис.12). Аналогичные закономерности получены в Япония при тдифгящзоьЕЖЫ стали малыми

Го.

3*

30

26

•22

1 . 1 ! 8)

Ч' ■1 —Р

-а |

е -¡г ты1,с

Рис. „11. Кинетические кривые раскисления (а) и десудьфург- • ши (б) чугуна лигатурой БЬРЗ},! (кадая точка - среднее значение из трех-четырех экспериментов).добавляемой в количестве: 1-0.02 2; 2-0.08 2; 3-0.10 2

Г0.%]Н0"

15

<0

а

\

N 1 ч

8 Х'Ю,%

Рис.12. Влияние добавок лигатуры на содержание кислорода (а) и серы (б) в чугуне

8

добавками ИЗМ.

Приведешше вше результаты расчета и экспериментальные данные позволяют предположить. что при «алых добавках модификатора до 0,12 РЗМ в жидком чугуне связаны в неметаллическую фазу, которая, очевидно, я может влиять на последующ/я кристаллизацию расплава и физико-механические характеристики чугуна.

Исследовано влияние добавок лигатуры на склонность чутуна к отбелу и росту числа эвтектических зерен. Анализ изломов клиновидных технологических проб, отлитых в песчгшые формы из чугуна с различили присадками лигатуры показал, что излоц пробы с добавкой 0,03 7, лигатуры уже существенно отличается от излома пробы исходного чугуна, который характеризуется отбелом по всему сеченио пробы. При добавке 0,05% лигатуры отбел незначительный, а добавка лигатуры в кол;пестве 0.082 приводит к прсцпчпески полному устраяе-пгл. отбела образцов с тождшюй стенок б т. Количество эвтектически зерен увеличилось вдвое с 5-Ю2 до 10-Ю2 1/смг.

Проведены две серии плавок с различной температурой перегрева перед ггадифнцкровангом, но с одной и той де добавкой 0,082 лигатуры. Первую сср5кл плавок чугуна проводили с температурой перегрева 1340-1360 °С, вторую - 1380-14.10 °С. Выдер.-жа металла после при-

садки лигатуры составляла 4 мин. Средние результаты определения механических свойств чугуна представлены ниже:

Температура Механические свойства;

модифицирований, °С бв'10~7,Па 0изг-10"7,Па НВ

1340-1360 (без лигатура) 21,0 41,5 170

1340-1360 (0,082 лигатуры) 21,5 43,0 183

1380-1410 (без лигатуры) 21,3 42.0 174

1380-1(110 (0,032 лигатуры) 23,6 45.4 197

Анализ приведенных даиш показызает, что введение лигатуры оказывает значительное влияние на комплекс механических свойств серого чугуна. В обеих сериях увеличиваются значения бв. бИзг и Ш, в то же вреш вторая серия характеризуется более существенным влиянием добавок лигатуры. Если з плавках с перегревом до 1360 °С модифицирование повышает величину бИЗг на 3,5%, то в плавках с температурой перегрева до 1410 °С эта величина возрастает на 82. в первой серии опытов значение ав практически не изменилось, во второй серии оно увеличилось на 10%. Твердость чугуна возросла соответственно на 7,5 и 1£2. Следует отметить существенную стабилизацию .механических свойств после модифицирования.

Основной причиной изменения физико-механических свойств является изменение структура чугуна после модифицировали. Результаты металлографического анализа (ГОСТ 3442-77) следующие:

Тешература Плоцздь, за- Длина Форма Характеристики кодифицирования,°С штая гра- вгапо- графита металлической

фитоы чений основы

1340-1360 (без ли- Г12' Граз 180 Гф 2 И 45 (Фе 55)

гатуры)

13-10-1250 (0,08 ли- Гб Граз 45 Гф 4 П 70 (Фе 30)

гатуры)

1300-1-110 (без ли- ПО Граз 40 Гф 2 П Л5 (Фе 55)

гатуры)

1380-1410 (0,08 ли- Г4 Граз 25 Гф 4 П 92 (фе 8)

гатуры)

24

Приведенные результаты получеш при испытании образцов, полученных в 10 параллельны;; экспериментах. При этом дисперсия воспроизводимости (на уровне 107.) позволила заключить о статистической значимости влияния резвдов модифицирования на параметры структуры.

Анализ микроструктур поглгыгает, что введение модификатора измельчает графит.изменяет его Форму, расположение и количество, причем наиболее заметно в плавкая, проведенных с перегревом до 1380-1410 °С. Последнее, очевидно, связано с тем. что структура исходного чугуна, перегретого ¡¡г ^ 340-1350 °С, характеризуется грубыми включениями графита г-, - то расположения, которые- образовались в результате яг ■ гаев:« центров в тайком чугуне в виде нерастворивг . а центра кристаплкэацяи, образовавшиеся после BBtv. :. ¿¡¿катера при 13Í0-1360 °С играют второстепенную роль. В случае де перегрева чугуна до 1380-1410 °С. когда наследственная структура значительно изменяется и в расплаве гораздо меньше готовых центров 1фисталмзацки, введение иодифтсато-ра,обеспечивающего появление этих центров, сказывает больше вдпа- . вне на формирование структуры и в гораздо больсей степени, чем в первом случае, влияет на механические свойства.

Все образцы имеют перлито-ферритную кегал-tическую основу, причем в модифицировании чугуиан соотношение перлита . и феррита изменяется в сторону увехичекня перлита. Последнее такке Солее заметно проявляется во второй серии плавок.

Таким образом, проведенные эксперименты позволили определить оптшальше в условиях реального производства параметры модифицирования серого чугуна малыми добавка® лигатуры Si-ГОМ: Т=1380-1410 °С; количество добавляемой лигатуры составляет 0,03% от массы металла; время издержки равно 3 -4 мм. •

Одна:», применение S1-PGM модификаторов для модифицировали чугуна для кокильных отливок, хотя и существенно снизило глубину отбела, не позволило устранить его полностью и исключить грэфити-зируэдий огяиг.

1.4. Разработка комплекегш кодификаторов и технологии

комплексного модифицирования чугуна

i

Для реализации идеи комплексноговстречного модифицирования

при применении рассмотрений; вше модификаторов на основе БЬРЗМ лигатур ь их состав вводили силикобэрий (РеБ1Ва), который обеспечил ощутимое повшение эффективности кодифицирования особенно при изготовлении тонкостенных отливок в песчаных формах. В результате тшашеннш работ на основе Б1 -КЗМ-ЦЗМ разработаны и в течение 5 лет ярименпатся в АО "Кургаясельмаа*" модификаторы СЦШШЬ2 (ТУ 14-5- 18-16), ТС 30 РЗ МЭО (ТУ 14-5-136-81), К 65 Ба 12 (ТУ 14-5-160- 84).

Для усиления эффекта комплексного модифицирования были исследованы тройные комплексы 51-КЗШГе31Ва+В1+оЬ. При этом В1 и 5Ь как ГОВ усшивают эффект модифицирования. Разработанная тройная смесь (0.5Х. Б1-РЗМ, 0.5Х Ре31Ва, 0,0052 В!) обеспечила сшасение глубины отбела стандартной клиновой пробы до 1-4 мм. т.е. практически полностью устранила отбел. В отллвках корпусов вакуумных насосов на обрабатываемых поверхностях эвтектический цементит наблюдался в незначительных количествах на глублле не более 100 мкм.

Наибольший 3(1фекгг достигнут при применении обработки чугуна в ковве смесью СШ5Ш-2 (ТУ 14-5-18-16) с добавками БЬ и В1, Состав модификатора из расчета на 150 га* чугуна следулпсй: СЦШШ-2 (40-50 г). РеБ1Ва (40-50 г). БЬ (40-60 г) М В1 (1-1,5 г).

Наряду с указанными композициями были исследованы модифпкато-ры на основе смесей ферросилиция и висмута (Ре51+В1). ферросилиция к ■ теллура (РеБ1+Те) к ферросилиция и соединения В1гТез (Ре-Б1+В1гТез). Ввод ПАЭ 81 и Те предназначен для реализации эффекта комплексного модифицирования [19). Пр;ыенею:с В1 и Те сопряжено с рядом технологических и экологических проблем. Теллур имеет низкую плотность (6,25 г/ал3), он быстро всплывает Б жидком чугуне и кз его поверхности интенсивно горст, отравляя атмосферу. Поэтому для повышения усвоения теллура его вводили в виде брикетов с порошком меди, содержащих от 1,2 до 9.4 X Те. При содергзяии теллура 6X плотность брикетов достигает оптимального значения - 7,5 г/см3.

Висмут имеет высокую плотность (9,5 г/см3) и при его введении необходимо обеспечить ¡¿нтенсивное перемеиивание чугуна.

Оба элемента легкоплавки (Тв'Лл=271 °С, ГТеш-452 °С) и обладают высокой упругостью паров при температуре хздкого чугуна Это обусловливает большие потери этих дорогостоящих компонентов, низкую их усвояемость и отравление атмосферы литейного цеха.

В работе С28) автором 'предложено применение соединения 312Тез. встречающегося в природе в вязе ьсиерала теллуристо-висыу-тового блеска. Соединение В1гТез имеет повькеннузо температуру плавлеаия (Тпл - 585 °С). Упругость пероп В1 я Те над расплавом В1гТез более чем на порядок нкг.е. чем над свободными расплавами В1 и Те з аналогичных температурных условиях. Плотность соединения BlgTea равна 7,7 г/см3, что делает его присадку в жидкий чугун весьма технологичной н обеспечивает высокую степень усвоения. При этом практически не происходи? загрязнения атмосфера литейного цеха. Пробы воздуха, взятые з литейном цехе Карагандинского завода стспэтезького оборудования. показал! полное отсутствие в них окислов и других соединений 81 или Те. '

В жидкоа чугуне железо, как более электропогокительный металл, чем висмут, разрывает связи 81-Те я ороясхоа"? полная диссоциация соед'.некиз В1гТез. В результата этих процессов В1 м Те действуют в жидком чугуне автономно л аддитивно.

К сожалению, • данное соединение нельзя вводить в композиции, содержащие FeSlBa и S1-FEM. вследствие ютексивнсго взаимодействия Те с Ва и FCM. Для изготовления лигатуры В1гТез автором разработана технология, основанная на сплавлеаки 47.8Z Те с 52,2% В1 при 600 °С.

Для исследования оффегстигнссти комплексного юдафицнрованга чугуна булл проведе:м эксперименты с применением кодифицирующих композиций 5С 75+ПАЭ, Присадга ?С 75Я (Фракция 3-6 №) составляла О.Э% от кассы обрабатываемого чугуна» а присадка ПАЭ варьировалась . в пределах 0.002-0,004Z. В качество ПАЭ применяли присадки 81. Те и соединения В1гТез. В табл.3 приведены некоторые результаты испытаний механических свойств ».•однЗ'цировкппи чугуиов, получешшх на стандартных образцах диаметром 30 им. при содержании ПАЭ в модификаторе 0.002%. Для сравнения в табл.3 приведены иеяеашеские свойства немодифицировалкого (исходного) чугуна и чугуна, модифицированного тсзько SC 75. в числителе приведен» данные'для литого чугуна, а в знаменателе - для чугуна после отжига.

Наиболее низкая твердость после отаига достигнута при комплексном кодифицировании по варианту 1С 75 + BI2T03. Влияние раз--личиых модификаторов на глубину отбела, определяемую по стандартной К35Ш0В0Й пробе, приведено в табл.4 (присадка 1С 75-0.37.; при-

Таблица Э

Мехазшческие свойства модифицированных чугунов

Механические свойства

Модификатор

| _ бв. ssia t

Ш

|Еез модификатора |ЗС 75 I

|SC 75 + B1 |0С 75 1- Те |£C 75 + Bl2Te3

( 232/182 | '235/139

j 245/204 | 170/163 Встречное кодифицирование

| 229/1S9 | 17S/149 ! 244/207 | 102/145 | 232/206 | 170/140 _i_i__

садка ПАЭ 0,002 и 0.C04X). .

Как гид га,I, шюпроцесс с применением только одного ферросилиция оказался неэффективным из-за высокой овтектичиостн чугуна. Эффективны),! по борьбе с отбелил комплексное кодифицирование оказалось ТОЛЬКО по варианту 0,35 Уб+О.СШ В1г;Тез. Епю лучшие результаты достигнуты при сплавлении висмута с ферросилицием (рис.6, кривая 2).

Для исодедоваЗшя износостойкости чугун03 в условиях, приближенных к эксплуатационным условиям работы вакуумных насосов доильных аппаратов (трение чугуна о текстолит), была спроектирована и изготовлена испытательная машина типа "диск-колодки". В ней цилиндрические образцы из различных ьвдов чугуна подвергаются трен wo о чекстсшт ПТ-3 (сорт I. ГОСТ 5-78).

Наилушие результаты получены по вариантам комплексного ко-' дифицирования 0.32 ЗС 75 +■ 0.002Z Те и 0.31 <1С 75 + 0,0047» Те. без термообработки (износостойкость повысилась почти в 2 раза). Модифицирование только Ферросилицием или только ПЛЭ (В1. Те или В1гТез) снижает износостойкость на 5.7-28,62.

Термообработка во всех случаях снижает износостойкость за счет ферритизации структуры металлической основы чугуна, но • и обычное, и "встречное" модифицирование; частично устраняют этот отрицательный'эффект.

Таблица 4

Влиявие применения различных иод^зует-ороз на глубину с-хбеза

( 1 — - -I — - —.....-...... Г ......-1 | Глубина отбела.ш . |

I Кодификатор Присадка ПАЭ.2 ! 1

1 -- (Чиста! отбел|С учетом пере- |

1 i ■ | | иодеоЗ зоны |

1 |Еез модификатора - 1 1 1 0 | 10 |

1 Конт рольные присадки

1 00 75 - 1 7 1 8 1

! В1 0.002 1 9 I 11 1

1 0,004 ! 12 | 16 I

1 Те 0.002 ] 18 I 23 |

! 0.004 1 18 | 22 |

1 В1гТез 0.002- I ю 1 14 |

1 0.034 1 и I 18 1

1 Комплексное модзфисгровакге

| 5С 75 + 31 0,002 1 12 | 14 |

1 0,004 1 9 1 11 |

| «5 75 + Те 0,002 1 12 ! 15 |

1 0,034 1 9 ! 11 1

| £С 75 + В12Тез 0,002 1 4 | 5 I

1 1 0,004 1 8 | 1 < 10 1 ■

Яссдедоваяные чугуны испытаны на обрабатываемость резанием. Методика испытания на обрабатываемость описана в работах автора [10]. Применение комплексов <10 75 +ПАЭ (В1. Те или В1гТез). позволяет улучпить обрабатываемость чугунэ.При 0,3% ФС75+(0.002-0,004)2 Те (или В1гТез) для термически необработанного чугуна она повышается з среднем на 402 по сравнен::« с ^модифицированным.

Промызленные исследования эффективности комплексного модифицирования при получения кокильных отливок проводились на ПО "Кур-гансельмал" 1121. Плавку проводили в индукционных печах «.костью 10 т з условиях массового производства отливок корпусов и роторов вакуумных '{.ЮосОБ. Чугун (3.632 С; 2.482 51; 0.602 Ып; 0,0982 Р 11 0.0452 Б) обрабатывали модификаторами различных составов при 1360-

1380 °С. Из исследования чугунов ясгучаля стачдаоткые лнтыг пробы 30 мм (ГОСТ 27208-87). Ошлные отливки (б отлз5чне от текущего производства) гр^шэируидему отжигу ке подвергали Результаты ^оха-ничесгаю испытаний приведены г табл.5.

Т8&ШШД, б

Экспериментальные дашьзе по аеханкческы: свойствам, глубине отбели и обрабатываемости кокильпых отливок из кодифицированных чугунов

i г— ---1-1-1-1-!

I Присадки ыодкфшатора. X |бь. ( КВ | Ми

Сплав !--!-,-|Ша| |

I

) I

|50ХЗСВа 22+ |ЗС75|В1,Те, . |

15омсгок»{го| !В12те3 |

Д-

0,1«

о

4 &

1 - | - ¡232|363/2031 1.0-1.5 ! 0,3|0,003 В112021156/161! 1.0-1,3 I 0.310,003 Те¡2291170/1831 0.4-0,5 ! 0.31 0,003 1 | !

! ! В1?.Тез |231|1еб/173| 0.1-0.4

0.15

Ю.С03 ВЦ

!20| 183/18510.05-0.1 _1_1-

Коа

1,0*0,05 1.12*0,04 1,24*0,04

1.27*0,04 1.31*0.04

' Прагчаяде. Значения ИЗ в числителе - в сердцевине отливки, I? экзденателе - зза расстоянии 0.3 ш от поверхности

йе-зг аетозшяости сцгнкя склонности чугуна к ■ отбелу • по стандартной ¿зетодикг (в результате высокой склонности чугуна к графиткаааш) иадифищ'рухетй эффект оценивали по глубине отбеленного слой Ь цшиндрщеспи отливок диаметром £0 км, залитых в кокиль. Отбгя практически отсутствует в пробах сплава 5. Следует отметить, что снижение присадки висмута до 0,002£ вполне допустимо, а увеличение присадка до 0,004% "нецелесообразно, так как эффект комплексного модифицирования начинает ослабляться, постепенно переходя в эффект сильного отбела.

Сплав 5.наиболее удобный в производстве (не требуется выллаз-лять лэтатуру В1гТез), позволяет получать отливки типа "ротор" и дале тонкостенные отлши типа "корпус вакуумного насоса" практически без отбела ври ¿щтье з коккдь. ■Металлическая матрица получа-

1

ется перлитной, в отлично от ферритной в отсиженных отливках. При этом износостойкость перлитного чугуна «щипается несравненно выше износостойкости ферритиого или феррито-перлитяого.

На обрабатываемость резанием методом сверления при постоянном усилии подачи исследовать отливки корпусов вакуумного насоса. Среднее зяазеяие коэффициента обрабатываемости серийзю! отлиэок принято равнл! единице. Результаты r.cnmamii приведены в табл. 5.

Наилучшим комплексом свойств обладает сплав 5, модифицированный тройным комплексным модификатором,вазывахща э!Фект )отыт1декс-пого ьюд^фзщкрованиа. При этом даже тггае тонкостенные кокильные отливки, как корпус вакуумного насоса (6-10 мм), получаются без отбела (либо глубина отбела <50-100 мкы). Это позволяет получить экономна на тернообргботке и обеспечить износостойкую перяитяую структуру чугуна.

Зачеяа Di более текногогичтш н менее дефииитзпа» шдифккато-pc?i В1г?ез станет возмсетой при цеятрализованнса производстве этой лигатур».

1,5, Исследомлис влияния коцолс;:ского *адп?шшровад!я чугуна на структуру, механические свойства и обрабатываемость шальных отливок после г^афитизируящего отгота

В ярозшсдстаензмк условиях несмотря на то, что применение иоюзексяого модифицирована? позволяет получить отливки без отбела, нередко возникает необходимость в проведении отжига для улучшения обрабатываемости отливок. Поэтому остается актуальным созер-шенствовачие технологи! отжига отбеленных отливок, освованяое на разработке ряда неревенннх теоретических вопросов.

Один из таких вопросов касается образования в отогаешюм чугуне "остаточных карбидов", ке способных полностью графитизиро-ваться даже при длительном отжиге и свижаэдих обрабатываемость отояяевшй чугунов. Pasee И.Г.Мейфец, В.А.Иалапов и А.Л.йукоз изучали это явление в ковком чугуне.

В дензой работе в экспериментах бала использована установка

20-73, позволяицаа наблюдать па видеозкраие и фотографировать микроструктуру отбеленного чугуна в процессе* его нагрева, оет^га и схлзядеяия 117,211.

Исследованиям был подвергнут отбеленный чугун кокильной от-лтки корпуса вакуудаого насоса дошлых. аппаратов, производив в ПО "Кургаиселъит". химический состав чугуна (в 7. по массе): 3.65 С; 2.25 Б1; 0.61 Мп; 0,075 ; 0,05 Р; 0.11 Б. Толщина стенки отливки 10-12 мм. Лля умеяьгзения степени отсела чугуна он модифицировался в коввг коызлексяоЯ присадкой (0,5ХЗЬгеМ»0,5% Ге51Ва). Параллельно проводили исследования отливок из «©модифицированного чугуна. Пол мждэоскопоы исследовался участок ыикрешифа, на которое наблюдается переходная зона от половинчатого чугуна с преобладанием ледебуритной структуры (погерхносгнач зола от.тавкн) х тазо-зинчатсагу чугуну с преобладавшей графитизированш* участков.

£отсгр&1:ироЕат;с ¡.шкрострукг/ри проводилось как в процессе непрерывного нагрева, так к в процессе выдержи при 900 сС.а тагае при яоедедуацем сс'лй^еннл ло комнатной температуры. Анализ полученных данных свидетельствует о следующем:

1) нагрев до 700 °С практически не изменяет исходную микроструктуру отбеленного чугуна;

2) ср»; переходе через кр;!тз!чеаз;е точки (700-800 °С) структура казо ивманяетег;

3) при т,ос';глспуш 853 °С вазгздаетса начало утоиениа пластал ледебуркткого цементита;

•Л) при досткгешш ООО °С растворение властны ледебуротного аеирятита уекдшагтеа 32 шг-глагтея растворо;;ие цекентята сотовид-:.г!х участков ледебурита;

5) гмягшауягаз вцдергка при 900 °С приводит к исчезновения бохео 501 всего ледебурлгаого аемоиигга, а яееяташутнаа - более 75Х;

6} при удзкнешпз ьздера-п: г.о 15. л 20 минут растворение остаз-пегося ледебуротного ц-::.:::;тн?& резкэ замедляется, причем даг.е пос-.ге сцдсрясн при 900 сС в течение €0 минут количество "остаточ}их" карОнаоз сстазтся практически постоянна.:;

7) фотогра&:роБщц;з ' структуры чугуна в процессе охлаждения (яра '750 °0 в при коынатиой температуре) показало отсутствие л на этой стадка термообработка суцественных изменений.

Кинетика процесса гргЗцтлзадин показана на рис. 13, из которого видно, что несколько процентов "остаточных" карбидов сохраняются в ыэтагле после длитедьвего отжига.

ж

zt

<

fr <

a.

S3

63

/,5

V f- Лл

CS я 20:

•V

^ s.

Г "<г'

/ ...

1/

"f............ /

и — t* s

5ft

£0 Hf.il

Рис. 13. йп;с-тк;га процесса rpa&rensaacEi при отжге отбеленного чугуна

Природа этих карбидов очевидно та ке, что я природа "остаточка" карбидов в ¡севком чугуне. Тершдкна'сжз этого явления заключается в следущем 1131.

Чугун содержит обычно свшо 0,52 tin, а также хром в виде принеси, поступавшей из ¡пихты.которая все Содызе и больна обогащается этим элементом из-за расшкрязедегося пршзяежм легирования сталей (в том числе пернавевди) в, народном хозяйстве.

допустил, что при затвердевайте легированного 'ярсисм ледебурита этот элемент распределится между аустенитсы и цементитом в соответствия с достижением полного тсрмоднна',отческого равновесия з системе. Тогда, как зго показано на рис. 1-1.а. химический потенциал хро),13 ц°сг постоянен во, всей системе и равен ¡Per по обе стороны мехфазной границы цементит МзС/аус?еяит.

Вместе с тем содержание хрома з обеих фазах различно. При коэффициенте распределения, близком к 4. в цементите хрома содержится значительно бодьие, чем в аустепите.

Рассмотрим случай, когда в процессе графитизируяцего отаига слой цементитпой фазы графктировался и превратился в аустенит (т.е. межфазнаа граница переместилась. как воказаяо на рис. 14. б, влево па расстояние, равное X). Диффузионная подвижность атомов

«и и

К

м

V

V S

с <

«

е. tf

е u

..Х-

J- <РА54

_л__

Хъ

¿}<г

• М»С 1 ' » рАССТОЯ икс

-

Ли»лгя4я/ / Cg h u ДЖУЧ^МЯ Cj

а ю

S

С V ы

3 »

A'cV

-РА.-<ГоЯНКС

Рис.14. Схема к ыехааизму образования остаточных карбидов

хрома при температурах, характерных для графитизируюаего отжига, очень ыада.

Поэтому сначала хром остается в сдое X почти в том же количестве. что и первоначальное его содержание в М3С. как это показано стрелкой на рис. 14, б. В этом случае химический потенциал хроыа в аустенитном слое X сильно увеличивается (если допустить применимость закона Генри, к данному случаи в виде условия Дасг/йхсг -= const) в сравнении с per. Возникает мощный термодиаашчеасий стинул для переноса хрома как вправо (т. е. в аустенит). таге и Еле-' во (т.е. в сторону растворяющейся карбидной фазы). Это пр^одит к обогащению последней хромом, причем в первую очередь обогащается прилегающий к кел+озЬой границе слой.'

Однако именно ewy и предстоит в первую очередь "исчезнуть" в процессе расширения слоя X. При этом унаследованная вновь образовавшимся аустенитом концентрация хрома будет еад взае.чем величина Хсг (см. рис. 14.6). Возникает самоуаюряхжшйся процесс, который в конце концов приводит к тому, что "остаточные" карбида настолько обогащается хромом, что теряат способность графятизироваться (уг-

леродшй потенциал Пс в нж поданным Л. Л. Ну коза сшиается до нуля). Эти карбиды могут восстановить свою способность графктизиро-ваться только после очень длительного высокотемпературного диффузионного отлита, способствующего удалению из них iirjt-ог.жсегося избыточного новшества хрома. *

Марганец ведет себя аналогично хрому, однако его влияние на снижение Пс в 3-4 раза слабее. Поэтом/ марганец лзагь у сшивает роль хрома, но самостоятельно обычно не вызывает формирование "ос-тагоч!шх" карбидов. Возникает вопрос. необходимо ли подвергать жидкий чугун ннокулиругацему модифицированию, если отливка все разно получается отбеленной я подвергается графнтизвдтоаему отлету? Исследование проблемы позволило дать положительный ответ на этот вопрос.

Чем дисперсией карбидная фаза п исходно.» отбеленном чугуне, тем менызий путь проходит слой X при своем расширении, тем меньше степень обогащения хромом и марганце;.! растворяющегося цементита. При достаточно малом размере исходных частиц цементита (яластин и сотовидных включений) "остаточные" карбиды еозсй не образуются.

В кокильных отливках ледебурит намного дисперсией, чем в отливках. получаемых в песчаных Нормах. В них доля пластиночного ледебурита вше, а сотовидного шгг.е. Как установлено экспериментально, модифищ:?овааме дополнительно размельчает ледебуритшй цементит, причем по двум причинам:

а) за счет собственного модифицирующего эффекта (размельчение зерна) ;

б) за счет уменьшения дели ледебуритиой составляющей и увеличения доли графитной составляющей в отбеленном металле.

Сказанное вызе показывает эффективность «нормирующего ыоди-фзщирования ла^е при получении отбеленных отливок, подвергаемых затем графитизирушему отетгу. Однако, сказанное вьгае, указывает и на то, что целесообразно продолжить работы по усиления ¡табулирующего действия комплексных модификаторов, вплоть .до полной ликвидации отбела дате à тонкостенных кокильных отливках корпусного типа. При этил достигается, креме известных преимуществ, еще и два малоизвестных:

а) раз отпадает явление растворения цеиентитной фазы, исключается возможность скопления хрома и иарганца в отдельных микро-

Таблица б

Результаты испытаний чугунов на износостойкость и обрабатываемость резанием

Расход модификатора, % ¡Т/о

'К.7Е51 И

I

Те |В12Те3

кв

Износ

абсолютный, кг/м2

10

-3

относительный

Обрабаты-1 ваомость | резанием | Коб !

I

0.3| -- 10,002

0,002| -- |0.002

235 179 212 207 196

2.01±0,25 2,58±0,24 2,12±0.31 2,26±0.36 2,40±0.37

100.0412.6 128,6± 9,7 105,7±14.8 112,0416,1 119.0415,3

1,00±0,0551 1,28±0,049| 1,05±0,0521 0,91 ±0,05Ц 1.0340,0541

0,310,002 0.3| -0,31 -

0,002| -- (0,002

179 174 183

1,49±0,13 1.1140.10 1,87±0,19

74,34 8.4 55,74 8,9 93,3± 9,5

1,3340,0411 1,4040,0431 1.34±0,0471

0.31 -- |0,002 - ! -- I -

0.С02| -¡0.002

13? 163 156 153 156

4,1640,43 3,0440,25 3,2940.41 3,4440,47 3,4840.45

207,0410,3 151.04 8,2

164.0412.5

171.0433.6 172.0412,9

1.3940,0541 1.1140,0451 1,4940,0441 1,4640.0421 1,3240.0551

0.3|0.002 0.3| -0.3) -

0,002| -- [0,002

149 146 140

3,1040,21 3,0140,20 3,1940,27

154.04 6.8 149.0± 6.5 158.04 8.5

1.5540.0461 1.4340.0501 1.4040.052!

0.3|0.004 0.31 -0.3| -

0.004| -

- 10.004 -1_

179 192 170

1.3740.16 1.1540.11 1.4140.15

68.3411.5 57.64 9.4 70.2410.8

1.2140.0531 1,3640.0621 1.3940.0471

объемах металла;

б) раэ не образуются "остаточные" карбиды, ысшю повысить со-

+

держание перлита, в структуре металлической основы чугуна (вплоть до 100% в случае такой возможности) без существенного снижения обрабатываемости металла резанием.

В табл.6 приведены данные по износостойкости и обрабатываемости резанием кокильных отливок из модифицированного и немодифи-цированного чугуна в литом и йтхкенном состояниях. Анализ данных' табл.б показывает, что при комплексном модифицировании (0,32 JC75+ + 0.0021 Те или 0,3% ЗС 75+0,002 В1гТез) уровень обрабатываемости отливок, не подвергнуть« термообработке, повышается до значений, приближающихся, к термообработанным отливкам (отличие обрабатываемости не более 10%).

2. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КСИШЕКСНЪК МОДИФИКАТОРОВ

Лигатуру с КЗ).! на хелезокремниевсй основе з соответствии с ТУ 14-5-136-81 поставляют массой ir/сков не более 10 кг. На ПО "Кур-гансельмаш". как и на других предприятиях, лигатуру с РЭ.А перед использованием подвергал;* дроблению и рассеву. Для модифицирования применяли лигатуру крупностью 1-8 мм. Отсевы крупность» менее 1 мм. количество которой составляло 40-50% от массы поставляемой лигатуры. являлись отходами производства, так как они не пригодны для модифицирования чугуна. Это приводило к большим потерям дорогостоящего модификатора и значительным трудозатратам.

Среди различных методов подготовки модификаторов к использованию наиболее эффективным является гранулирование из расплава, на основе которого ысото организовать производство классифицированных по крупности модификаторов. Сведения о возможности гранулирования лигатур с РЗМ и ферросилиция с барием б лигатуре отсутствуют.

В связи с этим, автором совместно с ¡сафедрой технологи:! металлов Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства проведены исследования по разработке малоотходной технологии изготовления гранул для модифицирования серого чугуна. Для выяснения зо&нсйшссти применения способа мокрого гранулирования, который в отличие от охлаждения гранул на воздухе не требует значительных площадей, исследовали кикст;!ку взаимодействия лигатур F3M, ферросилиция и бария с водой [13].

2.1. Исследование кинетики взаимодействия РЗЫ, ферросилиция и бария с водой в процессе грануляции

Взаимодействие лигатур с водой изучали по описанной в работе С131 методике.

Скорость выделения водорода при взаимодействии.сплавов с водой зависит от их химического и гранулометрического состава, температуры воды, содержания в ней ингибиторов коррозии и других факторов.

Как показали эксперименты, при теылерагуре 40 °С скорость реакции воды с ферроцерием выше, чем с кремнием. Это согласуется с величиной изменения свободной энергии реакций церия и кремния с водой, которая при температуре 25 °С составила соответственно -483.5 и - 349,4 кДл/моль. При температуре 80 °с креышй химически активнее ферроцерня,. что место объяснить слабым торысаением процесса окисления кремния гидрофильными соединениями кремния (ЗЮг. НйЗЮа. N45104) и. наоборот, сильным тср«саением окисления церия

Рис.15. Скорость выделения водорода в зависимости от концентрации Р&Ч в сплаве и температуру воды:. 1 - 80 °С; 2 - 40 °С; масса сплава 1 г; крупность частиц менее 1 ш

гидрофобными его окислами, образуются на частицах модификатора.

Скорость реакции лигатуры ферросилиция и бария' с вод ей выгзе, чем лигатур, содерхэдга РЗМ. Подтверждено, что с улеличеянем концентрации бария в силккобарки его активность резга возрастает. Указанная закономерность свидетельствует об ускорен™ реаглин за счет образования гидроксида бария и повышения хюяиеской активнос-ги кремния в щелочкой среде.

Установлено, ч-о влияние концентрации актавти элементов в ;плаве на реакционную способность ферросилиция с барием и лигатур : РЗМ шеет различил! характер. С повышением концентрации бар;ш в яиаве скорость и полнота реакции монотонно возрастает, тогда как зля лигатур с РОМ эта зависимость носит экстремальный характер (рис.15). Лигатуры с РЗМ наиболее активны при низкой (иенее ЗОХ) и зысокой (более 701) концентрации РЗМ.

Низкая активность силицидов РЕМ обусловлена 'значительной величиной теплоты образования, которая по дазккм Эллиота при 25 °С ¿слет достигать -283 кДж. Следовательно, для гыбранного гранулирования наиболее приемлемы сплавы, содержазяе 33-701 ГЭМ. Граяулиро-зачие ферросилиция с барием могно производить только при ыиниыаль-юм содержании в нем бария (марки 5С65Ва1 и 5С75Ба1).

В процессе хранения лигатур происходит их взаимодействие с златой воздуха, сопрозсядавдееся выделением водорода и потерей ач-гивности модификатора.

Значительное влияние на реагаконную способность лигатур с РЗМ жазывала вдпность частиц к условия кристаллизации сплава. Так, за Ю мкн полпота реакции дробленых пороптав' крупностью менее 1 кл, золученных из слитка толщиной 20-39 мм (медленная кристаллизация) Мольве в 1,7 раза, чем гранул размером 1-5 км (закалка в воде). :2то связано с однородностью гранулированного закаленного сплава и зтсутствия в нем мелкодисперсных Фаз с повызекней реакционной спорностью.

Лля выяснения возможности уменьшения реакционной способности гигатуры с КЗМ исследовали- влияние ингибиторов коррозии на процесс аделепия водорода. Введение кремнемолибденовокислого или фосфор-ювольфрановокисюго аммония в количестве О,IX существенно (в .5-20 раз) снизило скорость процесса. Наиболее эффективным ингиби-'ором реакции является фосфорноволъфрамозокислый аммоний. Добавка

нитрита натрия при указанной концентрации малоэффективна. Однако с увеличением концентрации НаЛОг до 402 скорость реакции снизилась в • три раза. Торможение процесса связано со смещением электродного потенциала в положительную сторону.

Результаты исследования использованы при разработке технологии гранулирования лигатуры с РОМ.

2.2. Оптимизация параметров гранулирования

Отсевы лигатуры с РЗМ переплавляли в индукционной печи ИСТ-016 с графитовой футеровкой. Металлический расплав при температуре 1400-1450 °С выпускали из печи в ковш. Гранулирование производили на лабораторном грануляторе центробежного типа с замкнутой системой водоснабжения. Струя расплава при температуре 1300-1350 °С. падая на врапщетаийся графитовый диск, под действием центробежных сил разорызгивалась на врэдзшуюся водяную ворону. В ней капли модификатора кристаллизовались в гранулы. После остывания гранулы подвергали сушке и рассеву. При оптимальных параметрах гранулирования (скорость вращения диска 800-900 об/мин, скорость водачк расплава на лиск 2.&-3 кг/ыин. концентрация ингибитора коррозии в воде 0.12) выход гранул крупностью 1-8 ш составил 90-922. В этих условиях выделение водорода в процессе гранулирования не наблюдали.

Показана возможность гранулировання лигатуры ферросилиция с бариеы при концентрации в нем 1-32бария. Однако при концентрации бария в сплаве 3,52 и выше наблюдали выделение и горение водорода, что создавало предпосылки для возникновения похаровзрывоопасной ситуации.

2.3. Эффективность внедрения прошсаенной установки и технологии для получения порошкообразных и гранулкрова^кк модификаторов

Создана установка и разработана ыалоотхсашая технология получения гранул лигатур с редкоземельными металлами »¿арки ЗСЗОРЗКЙО, обеспечивавдан снижение потерь модификатора с 40-50 до- 10-122, улучшение его качества, исключение операции дробления и рассева.

Возможности получения гранул ферросилиция с барием путем мокрого гранулирования ограничены."Из всех марок этого модификатора гранулированию можно подвергнуть лиаа> марки $С65Ба1 и ЯС75Ба1. Возможности получения гранул ферросилиция с барием путем мокрого гранулирования ограничены. Из всех парок этого модификатора гранулирование можно подвергнуть лишь марки iC65Bal и iC75Bal.

Микрорентгеноспектральным анализом показано, что на гранулах лигатуры с РЗМ и ферросилиция с барием образуется пленка оксидов толщиной соответственно 1-2 и 20-50 мкм. Наличие плотней защитной пленки на частицах лигатуры с FCM явилось, по-видимому, лршиной снзгхе:шя максимального (1,9 аР/г) и среднего (1.6 см3/г) значений удельного объема выделившегося при хранении кодификатора зодорода (по результатам шести замеров в течение двух месяцев) по сравнению с аналогичными величинами для дробленого модификатора близкого химического и гранулометрического состаза (2.6 и 1.9 см3/г соответственно) . Это связано тагске с однородностью грачулкроззнного (sajca-ленного) сплава и отсутствии з нем пыдезиднък частиц, которые образуются при хранении дробленого модификатора, полученного из слитка.

Исследованиями не обнаружена тенденция к сяигенко астигностн гранулированных и дробленых порошков лигатур с РСМ з течение двух месяцев. Практически не изменилась такте активность г.орощка ферросилиция с барием марок £С65Ба1 и 5С55Ба4, тогда как даг.е после двадцати сутск ачтязность сплава марки $С60Ва22 заметно снизилась.

3. УПРАВЛЕНИЕ ТЕШЮВШ FESHMOM Ш^ИРСВАНИЯ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК В ФАЛЛИЧЕСКИХ ФОРМАХ

В конструкциях многих чугунных отливок (например, корпусов электродвигателей, вакуумных насосов и'т.п.) содержатся тонкостей-пые элементы (например, ребра) толганой 3-5 мм.

При изготовлении отливок з металлических формах'скорость затвердевания чугуна в этих элементах превышает 1 мм/с. что не позволяет получить отливки без отбела даже из чугуноз с высоким углеродным эквивалентом с применением модифицирования.

Кроме того, из-за возникающих литейных напряжений и низкой пластичности чугуна в тонкостенных элементах отливок образуются

трещин после извлечения отливок из кокиля.

Температура внутренней поверхности кокиля даже при применении водяного охлаждения Еревша?? 600 °С, что приводит к развитию пластически: деформаций и быстрому выходу кашля из строя.

Для устранения указанных недостатков необходимо разработать методы управления телловкы режимом ксгалей. устраняющие отбел. саияаааие уровень напряжений и температуру • рабочей поверхности Форш. Эти проблема ысаао решить, применяя облицованные кокили. Однасо, при этом существенно у слагается конструкция Форш, требуется специальное оборудование и повышается трудоемкость изготовления отливок.

1з известных катодов наиболее простом является управление тепловым решаем Форш и отливки путем создания между ил поверхностями зазорз после затвердевания некоторой достаточно прочной твердой корки (3-5 v.m) . Вследствие резкого увеличения термического сопротивления на ' границе отливка-форма температура поверхности формы существенно снижается, а температура тонкостенных элементов и поверхностных слоев отливки за счет теплопередачи из внутренних слоев увеличивается. Это обеспечивает распад ранее образовавшегося цементита.

Несмотря па принципиальную простоту указанного метода практическая ег-о реализация возмоз-ла лить на основе знания значений основных параметров процесса. К ним можно отнести: время раздвигания элементов я образования зазора ti, талзина зазора 53, время извлечении стливм! из Формы tB. длительность is:r_ia 1Ц изготовления отливки, при которой достаточно быстро наступает установившийся тепловей регзш кекз-лл.

Так как разработка аналитических методов расчета этзк параметров очень слсхла. в данной работе их определение осуществлялось экспериментально в производственна условиях изготовления отливог. корпусов элег.тродЕ;тглсло11, корпусов, крышек и роторов вакуумных насосов.

8 экспериментах t73 снимались кривьзэ нагрева кок-/_лл по пока-эгяияи термопар, установленной по всей толаине его стенки. При отец изучалась crpyitrypa отливки, ее качество. Для иллзпетрации приведен результата экспериментов применительно к отливке "корпус вззгуумясго насоса".

Рис.16. Термические крзшые нагрева и-охлаждения когеия: рквке 4, 5, 1, 6, 3, 2, 9 - нагрев кокиля на глубине 2, 3, 10. Э, аз, 40. 50 мы; 7 - нагрев рабочей поверхности кокиля; 8 -агрев внесней поверхности кокиля

На рис.1б приведены термические кривке нагрева и охлаждения окиля при оптимальных условиях: 11=30 с, с, 1Ц«240 с. Как

оказали эксперименты при толщине зазора больпэ 5 км ее дальнейшее в сличение не оказывает существенного влияния на процесс, т.к. еплопередача в зазоре, главным образом, осуществляется теплойзлу-ением.

При 1Ц=240 с устазовиваийся тепловой реям гхжиля наступает ' Ее с 3-ей заливки. При дальнейших заливках начальная температура абочей поверхности кокиля при ритмичной "эксплуатации поддержива-?ся на уровне 190-210 °С. Машинальный нагрев ребра на рабочей оверхкости ¿хзрмы не превышает 480 °С.

Аналогичные значения параметров были определены для крыаек и эторов вакуумных насосов, а тагсг.е корпусоз электродвигателей. Так а: исследованные отливки охватывают скроку» область конфигурации размеров, то полученные данные могут быть рекомендованы для кс-

пользования при организации производства других классов отливок.

Результаты проведенных исследований позволили разработать специализированную кокильную ыаапшу, оснастку и техпроцесс литья в кокиль. корпусов вакуумных насосов. Конструктивная схема кокиля корпуса вакуумного насоса (рис.17) определена конфигурацией отливки.

Взаимно-перпендикулярная ориентация охладительных ребер однозначно определила конструкцию кокиля: четыре части с вертикаль-кышг разгеыаки к центральный стерхень. Кокиль визочает неподвижную торцевую 1, подвижную торцевую 3, подв1жные ботовые 2. 4 части и верхний стергень 5. Сборка когаш производится в следующей последовательности: заводится верхний стержень 5, подвижная торцевая часть 3 смыкается с неподвижной торцевой частью 1. фиксируя псяо-

При отливке корпусов в вздоохлаздаешй кокиль применен метод раннего раскрытия кокиля.

Для оценки влияния создаваемого искусственного зазора на фор-

глроваине структуры и свойств отливки проведена серия звсперимен-гоз с литьем стояки электродвигателей и корпусов вакуумного насоса ?а специальной кокильной оснастке, обеслечиз&шей практическое хупествление процесса литья с искусственные зазором на определением этапе затвердевания отливки [7].

Парплетры зкепернментоз:

- химсостав металла,С«3.6-3.7; 31-2.1-2.3; 1*п»0.5-0,7;

- температура заливаемого металла: 1300-1310 °С;

мирование структура и свойств отлиз!« проведена сер*ля экспериментов с литьем станин электродвигателей и корпусов вакуунного насоса на специальной кокильной оснастке, обеспечивсгсдей практическое осуществление процесса литья с искусственным зазора.! на определенно« этапе затвердевания отливки С7].

Параметры экспериментов:

- химсостав металла.*: 0=3.6-3.7; 31-2.1-2,3: }/п0.5-0.7;

- температура заливаемого металла: 1300-1310 °С;

- температура кокиля 150-170 °С;

- время заливки кокиля 10-12 с;

- зылгрхка .иетахг?сгаского егеря;л до погриза (отсчег времени

гкс.13. Схема распределения структурных зен в ребристой кокильной чугунной отлив;:« (1 - кокиль. 2 - отливка) :1 - зона отбела с грзатеей ~< -ор.хней 1 жней 2 частях отл::вок; I!, III - зоны серого чугуна з основной массе з приповерхностна слоях. корпуса соответственно; A. D. С. Л - места з®:зт?ольнсго аглзлызз структуру

от шкала задззге-з) 20-20 с;

- выдержка стливкн в кокиле 60-70 с. •

Посла заливка металла в шаль в образования поверхности» корки подрывала металлический стержень, который обратными у;сло:та; верхнего и ниязего знаков раздвигал подыетшо части кокиля, созд; вая искусственный воздусшй зазор ыеяду отливкой и кокилем.

Ка рис.18 представлена схема образования структуры элемент« реЗристсй отливки при обычной кристаллизации и при искусствен« заборе. При затвердевании отливки без зазора структура в ллтс состоянии состоит из трех sou: I - точечная Гр0-Граз45-110-П40; 11 точечная 15% Гф2-Гр8. 15% Гр2-Граз45-П5; III- точечная ГрЗ-Граг-ii ПО.

При образовании искусственного зазора «езду кокилем и оливке структура отливок выравнивается по всему сечениэ - П92 (Фе8), грг фат точечный ГрО, £0% Г44-Гр2. Только по боковым поверхностям и и садам торце ребер, где не удается создать нужный искусственный за вор. цементит остается на глубине до 1 мм.

Анализ показывает, что образовавшийся зазор уехду отливкой кокилем замедляет охлаждение кокиля и способствует распаду цемен тита з затвгрдевпеа слое за счет тепла центральной части. Таки образом. установлено, что для процессов литья в водоохлаждагмы кокили тонкостенных отливок весьма эффективно использование моди фазированного чугуна с повыпенньм углеродным эквивалентом и пркме неше ыетсдз литья с искусственным зазором.

4. обоснование и разработка технологии керамических 40в.1

дгл изготовления сяохньк кокилей с лится рабочей

ПОВЕРХНОСТНО [2. 3. 4, 6. 16. 24. 27. 34. 33, 42-4

В цехе кокильного литья ПО "Кургансельмзз" создан участо литья в керамические Форш кокилей -сложной конструкции, что вызвано большой потребность» в кокилях для чугунных отливок. Выполнит: фсрмсюбразуюду» часть кокилей для изготовления сложных отливок типа вакуумного насоса со слоящим рельефом с глубокими тонкими полостями можно только на специальных электроэрозионных станках. Не для этого необходимо иметь мощности в инструментальном цехе, креме

)Г0, себестоимость такого кокиля более 5 тыс. руб. ( в ценах 194 г.), а стойкость всего 1000 сгьемов.

Выла разработана технология получения кокилей в керамические эрмы на основе кварцевых материалов для изготовления отливок мас-эй около 100 кг. Возникла необходимость получения »»килей новой инструкции со сложным внутренним рельефом для изготовления отли-эк массой более 500 кг. Формообразующие части литых заготовок ко-илей должны быть прочными и высокоточными. Поэтому использовать олько кварцевые материалы для их изготовления невозможно, так как ри полиморфном превращении кварца (575 °С) они резко расширяются разупрочняются. Такие формы могут разрушиться при заливке боль-ой массы металла.

Поэтому возникла необходимость разработки новых составов ком-ознций для керамических форм, удовлетворяют сформулированным •ребованиям.

4.1. Исследование влияния составов смесей на свойства серамических форм

В качестве огнеупорных наполнителей керамических форм иссле-ювали шамот, дунит и плавленый муллит. Помимо материала на ка-jecTBo форм влияет его зернистость и соотношение между твердой и кидкой фазами.

При изменении содержания пылевидной фракции в иамотной смеси : 20 до 40Z улучшается чистота поверхности отливок, снижается коэффициент линейного расширения, подвижность смеси, начиная с 30Z, уменьшается, но остается достаточно высокой, чтобы воспроизводить элементы модели пиринсй 2 мм на глубину 25-30 мм. Грубые трещины, приводящие к искажению геометрических размеров и частичному разру-пению форм, имеют место на формах, содержащих 20-352 пылевидвой фракции, при дальнейшем увеличении пылевидной составляющей они исчезают. Смеси,, содержащие более 401 пылевидной фракция, обладают низкой подвижностью.

Таким образом, оптимальным для шамота можно считать содержание 35-402 пылевидных составляющих. Аналогичная картина получена при исследовании в качестве огнеупорной составляющей дунита и муллита. но в этом случае оптимальное соотношение между пылевидной и зернистой составляющими 1:1.

К%\

■о

I

+ 05 ■

о

-05

НО

Рис.19. Дилатометрические кривые образцов керамических смесей: 1 - наполнитель кварц; 2 - наполнитель дунит; 3 - наполнитель шамот; 4 - наполнитель муллит

Дилатометрические исследования керамических смесей проводили на стандартных цилиндрических образцах (диаметр и высота равны 50 мм), изготовленных с соотношением жидкой Фазы к твердой 1:4, со-дерт»ащей 40-502 пылевидной составляющей. На полученных дилатометрических кривых (рис.19) видно,что в первый момент происходит резкая усадка Д. связанная с удалением растворителя. Линейная усадка образцов, изготовленных с использованием дунита и муллита (кривые 2 и 4) ниже, чем у образцов, полученных с использованием шамота (кривая 3) и кварца (кривая 1). При нагреве образцов со 100 до 700 °С кривые расширения шамота,дунита и муллита идут почти параллельно (расширение 0,52), в то ге время кривая расширения кз&рца идет резко вверх (1.31).

По данным дилатометрического анализа мохно сказать, что наибольшую точность форм обеспечивают дунит и муллит. Была проведена работа по частичной иди полной замене кварцевого наполнителя керамических смесей дунитом и муллитом. При частичной или полной замене зернистой фракции кварца дунитом значительно повышается прочность и трещиноустойчивость форм. Применение дунита в качестве наполнителя смесей полностью предотвращает трещинообразование форм. Прочность керамики значительно повышается, если пылевидная фракция состоит из 50Z пылевидного кварца и 50Х пылевидного дунита. Наи-

киывуо прочность-форы обеспечивает смесь, наполнитель которой состоит из пылевидного кварца и плавленого мулдята, ' несмотря на то. ¡то расширение (1.25Х) этих форм значительно превышает расширение ;о,87.) керамики на основе дунита и муллита (рис.20, кривые 2 и 1 »ответственно).

Рис.20. Дилатометрические кривые обсаленных образцов керамики

При изготовлении смесей на оснозе • пызевидпсго дунита и зернистого муллита не удается ввести в смесь более 75-707. наполнителя, так как эти материалы обладают большей удельной поверхностью, чем кварцевые. Особенно повитает дунит тиксотропность смеси и снижает ее текучесть. При этом смесь плохо заполняет углубления модели, на поверхности формы образуются раковины.

Недостаточная степень наполнения смеси снижает прочность и точность форм. Производственные испытания показали, что хоропу» прочность и точность деталей обеспечивает смесь, состоящая из 50% пылевидного кварца и 50Х плавленого муллита. Однако удалить такую смесь- из узких тонких полостей отливки практически невозможно.

При получети отливки вакуумного насоса, имеющего ребра высотой 50. шириной 5, длиной 200 мм. форму для изготовления кокиля выполняли из густой суспензии ("условная' вязкость" 120-130 мм), содержащей большой процент зеринсткх материалов. Такая форма достаточно прочна, но на ребрах будут раг.свины. так как эта суспензия плохо заполняет узкие углубления на «одели. 'Если всжкформу выполнить из зид'юй суспензии ("условная вязкость" 150-160 мм), содержащей з качестве наполнителя только зернистые материалы, то после прокаливания на ребра* образуются глубокие трещины и форма будет -»меть низкую прочность.

Ликвидировать трездны на формах мовшо. если неряду с зерни тыы наполнителем вводить в смесь волокнисто материала, однг прочность форм, изготовленных из газдкия суспензий, остается.недс 'таточной для получегля крупногабаритных отливок.

4.2. Обоснование; составов смесей и технологии .изготовления кокилей _ .

Для того, чтобы форзлз имели высокую прочность и в то ае вре хороао выбивались, был разработан способ да изготовления с при нениеы двух суспензий. Облицовочная смесь содержит в своем ссста волокнистые материачы. Еыполнешше из этой смеси выступающие час фср:,:и по ракош/ и грубых тредин и обладают прочность», дс таточной для того, чтобы задержать напряжения, возникаете при и готовлеюш и салаке кераичесгаи форм металлом.

Улучшение выбиваемости смеси при введении в ее состав 2-хаолиновой ваты происходит по двум причина;.!. Если для суспензи обеспечивающей максимальную прочность форы ( >2 Ша). ссотноаен 1;ехду гкдролизованшм раствором этилсиликата и огнеупорна напо ййтслеа состаше? 1:4...4.5. то для клей суспензии оно составл ет 1:2...2.5 (прочность на сжатие 1.4-1.5 Ша). Волокнистый мат риат. распределяясь между зернами, предотвращает растрескиван керамики, ко се структура остается достаточно рыхлой, что обесп чивает хорошую выживаемость. Без ввода каолиновой ваты такое сос исаение между связусгзш vs наполнителем обеспечить не удастся из-разруиения фермы.

Огнеупорные волокна каолиновой ваты,располагаюсь между с дельными блоками керамического материаха, препятствуют спекая кера.гаш в единый монолит. При очистке она легко разрусается местач расположения волокон, так как во время задивк;: выступаюз часта ферм (гксскне тонкие ребро)•разогреваются до 1200-1300 °С, при нагрезе каолиновых волокон до 1100 °С они кристаллизуются, в логаю становятся хрупкими-и разупрочняются. Кристаллизация волок .сопровождается их усадкой. что такхе способствует разрущешго кер

мики.

Естественно, что применять для этих целей волокнистые матер алы типа минеральной ваты, не обладавшей высокой огнеупорность

гльад, так как ори заливке они оплавляются, керамическая смесь ккается и уладить ее из глубоких полостей невозможно. Поэтому в зчестве добавки, предотвращающей растрескивание форм » улучшающей i в«5иваемость, предложена каолиновая вата. Это высокоглиноземис-й и высокотемпературный материал, средний диаметр волокон кото-эго 2-3 мш. длина 100-200 мм. Огнеупорность каолиновой ваты 1750 °С.

Порядок ввода ваты в суспензию яе имеет значения. При переме-ивании составляющих суспензии вата разбивается на мелкие части линой 1-3 ми, которые равномерно распределяются по всему объему, акая суспензия хорошо течет (ее "условная вязкость* 150-160 мм), алолняя сложный рельеф формы. После вьпшгания растворителя эле-енты формы из этой суспензии имеют глянцевую поверхность. Остатки ¡ерамики легко удаляются из глубоких полостей отливки.

В качестве огнеупорного наполнителя можно применять муллит. 1унит, дистенсиллиманит. циркон, высокоглиноземистый шамот и другие огнеупорные материалы соответствующего зернового состава.

Облицовочной смесью заполняют элементы сложного рельефа моде-га, Для заполнения остальной части формы используют керамическую ;месь, содержащую в качестве огнеупорного наполнителя йо 50Z пыле-зидного кварца и плавленого муллита, оптимальное соотношение ыедду гадкой и твердой состакшйдаи в этой смеси. 1:4.5. Ее "условная вязкость" 120-130 мм. Способ позволяет получать крупногабаритные отливки высокой точности и с хорошей чистой поверхностью, а также сократить время их очистки в 5-8 раз. Формы при этом сохраняют необходимую прочность и трещиаоустойчивость'.

Внедрение этих разработок на ПО "Кургаясельмаа" позволило съэконоыить 300 т металлопроката, получить годовую экономию > 200 тыс.руб. (в ценах 1990 г.).

На основе проведению! исследований разработана технологическая инструкция на изготовление керамических форм по постоянным моделям; технологическая инструкция на приготовление огнеупорной смеси на связующем зтилсиликате для изготовления керамических форм; технологическая инструкция на приготовление гидролизного раствора этилсидиката для изготовления керамических берм.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОММЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ,

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ФУНКЦИИ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОКИЛЬНЫХ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

5.1. Технологические принципы формирования автоматизированного комплекса оборудования для производства сложных кокильных отливок из серого чугуна. Промышленное внедрение результатов работы [2-6. 15. 24-26. 29-33. 35. 39. 43. 44]

л

Приведенные выше результаты работы позволяют сформулировать следующие принципы, которые должны быть положены в основу организации технологического процесса изготовления отливок, его механизации и автоматизации:

1) плавильное оборудование должно обеспечивать реализацию разработанных методов модифицирования чугуна. На основании концепции автора о полезности наличия в чугуне серы в количестве до О.IX рекомендовано применение индукционных печей с кислой кварцевой футеровкой;

2) разливочное оборудование должно обеспечивать заливку форм в течение времени, согласованного с длительностью сохранения эффекта модифицирования при использовании разработанных модификаторов. Для этой цели целесообразно применение индукционных миксеров с автоматической раздачей металла из них по ковшам;

3) при отсутствии централизованного снабжения литейных цехов разработанными в работе комплексными модификаторами в цехах должно Функционировать оборудование для их дробления, рассева и смешения;

4) неотъемлемой частью организации производства кокильных чугунных отливок является реализация разработанной в диссертации технологии изготовления кокилей в керамических формах с лигой рабочей поверхностью;

5) стабильное получение отливок без отбела я без графитизиру-вдего отжига предъявляет повышенные требования к стабилизации теплового режима кокилей и отливок. Поэтому должен строго выдерживать заданный темп работы кокильных" машин. Этим требованиям должны удовлетворять как конструкции .литейной машины, так и кокилей. Они должны обеспечивать возможность создания регулируемого газового

зазора не.тду поверхностяии когашя и отливки:

8) при переводе отливок на изготовление . их в ыеталличесюи формах целесообразно привести их конструкцию к требованиям технологии, упростив ее и снизив припуски на механические обработку;

7) так как при кокильном литье повыиэотся требования по стабилизации всех важнейших технологически пораметров, то оборудование доллно обеспечивать их контроль, регулирование и стабилизацию. К таким параметрам «с:гло отнести:

- температурные резины плавки и разливки чугуна; "

- параметры модифицирования и разливки;

- тепловые параметры кокиля и теш] работы кокнлькой «аснны;

- температурный регшм охлаждения отливки после удаления ее из формы и т.п.;

8) счетно, что выполнение сфорх.*ул:!роза;!няч требований еоз-момю лнпь при максимальной механизации и автоматизации всего производственного цикла.

Указанные Еыле принципы были реализованы в созданном при непосредственном участии автора на ПО "Кургансольмгя" цеха кокааьно-го литья деталей вакуумного насоса [153.

Основой для разработки проекта цеха явилась большая потребность з вакуумных насосах. В цехе реализованы рекомендации автора по технологии ксшлексного цоднфиаяроваика чугуна, организации подготовки разработанных составов модификаторов, технологии изготовления кокилей в керамических формах и управления» тепловым режимом кокилей.

Производство в цехе основано на функционировании поточных линий литья корпусов и роторов вакуумных насосов. Автор принимал участие в разработке линий, в технологаческоы проектировании кокильных малин, манипуляторов и автоматизированных устройств. Им созданы технологические инструкции на производство отливок в цехе, в которых нашли отражение результаты диссертационной работы.

При внедрении результатов работы при функционировании цеха подучены следующие технико-экономические достижения: выпуск отливок на одного работающего в год повысился в 2 раза, за счет снижения припусксв на обработку, стабилизации конфигурации отливки и снижения брака получена экономия металла 1840 т/год. экономия формовочных песков составила 4 тыс.тонн в год. Кроме того, существен-

но снизились трудоемкость изготовления отливок и энергетически затраты за счет устранения или сокращения применения графитизирух щего отжига отливок. Резко улучшена санитарно-гигиеническая и экс логическая обстановка внутри цеха и вокруг него. Достигнут зконс мический эффект в размере 2 5ч0^рлгад (в ценах 1990 г.).

Б.2. Расширение области и эффективности применения результатов работы

Результаты проведенных исследований за короткий срок нааш широкое распространение и внедрение в автомобильно-тракторной про шиленности, станкостроении, химической и оборонной промышленное ти. Так на протяжении последних пяти лет созданы производственны участки с использованием рекомендаций данной работы на Кургански заводах КЭКТ, арматурном. Хатайском насосном заводе, Шадринсш автоагрегатноы заводе.

Благодаря усилиям автора процесс комплексного модифицирован» чугуна в полном объеме внедрен на Курганском мзлмностроителъна заводе, что позволило сократить брак по газовым раковинам н, 80-90%, обеспечить получение литых заготовок, работающих под высо ким давлением, в короткий срок ввести в производство слотаую номенклатуру рабочих колес центробежных насосов с повышением их износостойкости в два раза.

ЗАКЖЯЕНИЕ

Выполненные исследования подтвердили справедливость положенных в основу работы паучких положений я позволили ревить поставленную в работе задачу по разработке методов модифицирования чугуна и управления тепловым режимом кокилей, обеспечивающих получение высококачественных сложных чугунных отливок без отбела и с заданными параметрами структуры. При этом подучены следующие результат!

1- Сформулировано и обосновано понятие модифицируемости чугуна. Установлено, что чугуны с высоким углеродным эквивалентом обладают низкой модифицируемостью при применении инокулирухздих модификаторов.

2. Для повыяения модифицируемости чугуйов с высоким углерод-

и эквиваденто« необходимо применять комплексное модифицирование, и котором в состав модификаторов включается.кроме инокулируюших мпонентов (модификаторы И рода).поверхностно-активные компонен-ГПАЭ). По предложенной автором новой классификации модификато-в эти комплексные модификаторы относятся к модификаторам 1У рода.

3. Предложен и подтвержден косвенными экспериментами механизм мплексного модифицирования, заключающийся в увеличении стабиль-сти активных затоавок графитизации, возникающих в кикрообъемах сплава за счет торможения массопереноса поверхностно-активными 1ементами.

Экспериментально установлены закономерности встречного моди-ядирования, в частности тот факт, что максимальный эффект встреч-зго модифицирования достигается при некотором оптимальном содержим в составе модификатора ПАЗ.

А. Наибольший эффект комплексного модифицировали обеспечгаа-г применение в качестве ПАЭ В1 и Те. Однако, вследствие их малой гепени усвоения в чугуне, прмешше В1 и Те связно с серьезными зхнологическими и экологическими проблемами.

Для повышения усвоения В1 и Те и соверпенстЕоваш!я технологии -эдифицирования в работе предложено вводить в качестве ПАЭ соеди-ение В1гТез. Исследования показали практически полное его усвое-ие и высокую эффективность комплексного модифицирования.

5. Среди инокуллруюада модификаторов наибольшей эффектив-остью обладают 51-РЗМ модификаторы. На основе термодинамического лализа взаимодействия -РЭ.1 модификаторов с примесями чугуна и кспершентально определены их оптимальные составы и условия модифицирования.

6. Для усиления эффекта лнокулируюцего модифицирования пред-юу.епы композиции ЗЗ-КЗ,1,! модификаторов и ферросиликобария (РеБ1Ва). [рименение этих композиций для модифицирования чугунов позволило 'странить отбел в тонкостенных чугунных отливках, полученных в лежалых формах, и некоторых отливках (ротор вакуумного насоса) при штье в кокиль.

7. Сравнительный анализ эффективности модифицирования чугунов : высоким углеродным эквивалентом при литье в кокиль показал, что 1аивысший эффект с точки зрения устранения отбела и повышения доли перлита в металлической основе достигается при применении компози-

ции Si-рам + FeSiBa + Bi. а также SC 75 + В1гТез.

8. Обоснован механизм образования остаточных карбидов npi графитизируодем отжиге чугуна, показано, что применение модифицирования устраняет их образование и повышает обрабатываемость отливок при большой доле перлита и в их структуре.

9. В результате термодинамических, кинетических и микрорент-геноспектральных исследований взаимодействия модификаторов на основе S1-P3M и FeSiBa с водой в процессе их грануляции и хранения определены оптимальные составы модификаторов и параметры технологии получения гранулированных модификаторов.

10. Для устранения отбела в тонкостенных элементах кокильных отливок и повышения стойкости кокилей на широком круге отливок определены оптимальные параметры управления тепловым режимом кокилей за счет образования газового зазора между отливкой и формой.

11. Разработаны теоретические и технологические основы изготовления сложных кокилей с литой рабочей поверхностью для отливок массой более 500 кг. Определены оптимальные составы смесей для керамических форы на основе муллита, дунита и волокнистых материалов.

Сформулированные научные результаты были положены в основу решений прикладных задач работы, связанных с (»зданием высокомеханизированного, экологически чистого производства кокильных чугунных отливок без применения графитизиружяего отжига. Бри этом были регены следующие вопросы:

- разработаны и.защищены авторскими свидетельствами составы и технология кодификаторов для -комплексного модифицирования чугуноз с высоким углеродным эквивалентом:

- разработана малоотходная технология и технологические инструкции по получения гранулированных- модификаторов, обеспечиваядая снижение их потерь в 4 раза;

- разработана технология и технологические инструкции получения отливок в металлических формах при управлении тепловым режимом кокилей путем создания зазора ыекду отливкой и формой. Создана технология изготовления кокилей в керамических формах;

- выполнено техническое, задание и технологическое обоснование проекта цеха кокильного чугунного литья мощностью 10 ООО тонн отливок в год. который построен и пущен в эксплуатацию на ГО "Кур-гансельмаа".

В данном цехе реализовали все основные результаты данной ра-оты, позволившие стабильно получать слог-лые кокильные чугунные таивга! без отбела с перлитной и перлито-ферритной матрицей. В 1,5 юза увелшииась обрабатываемость отливок и их износостойкость, юзросла производительность труда и снизились энергозатраты. Цех ■довлетворяет современным экологическим требованиям. Экономическая гффективноста внедрения результатов работы 2 540744 руб. (в ценах 990 г.) при доле азтора - 1,524 млн.руб.

В настоящее греия основные результаты работа внедрены и ис-юльзуются на 6 предприятиях рззличпых отраслей промышленности.

Материалы диссертации опубликованы в 67 работах. Основное со-[ержаиие диссертации опубликовано в следующих изданиях.

1. Влияние малых добавок S1-F3M на структуру и свойства серо-•о чугуна / i.!.Д.йиииков ,Ю.П.Псручнтов,л.В.Афокзсгаш и др. //Прогрессивные техноаогичеаме процессы производства отливок из раз-1ичных сплавов. Саратов: Изд. Саратовского университета, 1976. 1.85-87.

2. Повышение точности и улучзепие качества отливок литьем в югаль елейных машиностроительных деталей из серого чугуна / 1.Г.Мишниченко, Р.Н.Вейзер, В.Р.За'фочнмсклй, А.В.Афонаскин //Про-■рессганше технологические процессы производства отливок из разлитых сплавов. Саратов: Изд.Саратовского ундаерситета, 1975. С. 131.

3. Получение отливок повышенной точности в автоматизированных сокилях /М.Д.Филинкоз, Ю.П.Поручиков,А.В.Афонаскин и др.// Механизация а автоматизация в литейнсм производстве. Свердловск: НТО Маз-зрсм, 1976. С. 7-9.

4. А$©яаскиа A.B..Фнлипкоз М.Д..Соколов С.С. Повюение геоме-гряческой точности отллъок из серого чугуна //Развитие мггиностро-;ния Кургана за годы Советской власти; Тезисы конференции. Курган: Scm техники. 1977. С. 148-152..

5. Влияние малых добавок РЭУ-лигатуру па механические свойства и структуру серого чугуна/И.Р.Фраге.А.В.Афопаскин',А.П.Из!пулина. Гам же. С. 165-169.

6. Получение отливок вакуумного насоса в полуавтоматических водоохлаждаемых кокилях /А.В.Афонасккя,Ю.П.Поручжов,Ю.Г.Гуревич и ар. // Повышение качества отливок металлургического оборудования и эффективности технологических процессов их производства. Днепро-

петровCK. 1978. С.151.

7. СаеязОй Р.Л. .Бейзер Г.Н. .Афояаскин A.B. Улучшение vexai ческих свойств тонкостенных отливок из чугуна // Технология про; водства, научная организация труда и управления. 1980. N10. С.й-

8. Модифицирование чугуна ыалдаи добавками лигатуры Si-ГС Н.Р.Фраге, В.Г.Гуреыгч, М.Д.Фшшнков, А.В.Афонасгош // Изв. вузе Черная металлургия. 1900. N10. С.89-92.

9. То же / Н.Р.Spare, Ю.Г.Гуревич, Ы.Д.Филинков, А.В.Афонг кин // T3ÍJ же. 1981. N2. С.93-97.

10. Ваауков И.А.. Афонаскин A.B.,Жуков A.A. О вэаяыодейств! лантаноидов с водородом в чугуне//Литейнсе производство. 1381.ï с.з.

11. Новое в теории грзфитизации. Инокулируюцее модифишрот яке чугуна / A.A. Кукоз, Н.В. Дыбенко, 9.В. Абдуллаев, A.B. А<5 наскин /7 Металловедение к термическая сбрайот1са металлов. 198 Н2. С.11-18.

12. использование встречного модифицирования на базе создан ' новых лигатур с целью повышения технологических и гжеплуатацнонн

свойств отливок /A.B.Афонаскин,И.В.Рябчиков, Н.М.Соловьев и др. Всесоюзная научно-техническая конференция. Челябинск, 1990. С. 3

13. Влагостойкость комплексных сплавов с Р5М и ЩЗМ / И.В.Ря чиков. Н.М.Соловьев. A.B. Афонаския и др. // Всесоюзная научно-те ническая конференция, Челябинск, 1990. С. 29.

14. Жукоп A.A. Афсиасгав! A.B. О классификации модификаторов Литейное производство. 1990. IIIS. С.28-29.

15. Афонаскин A.B. Цех кокильного лктья по производству дет лей вакуумных насосов // Литейное производство. 1991. N'6. С.12-1;

16. Афонаскин A.B. Литье в керамические формы сложной оснас roi // Литейное производство. 1990. N12. С.28-29.

17. Зукоа A.A., Ваауков И.А., Афонаскин A.B. /J Изв. АН CGC Металла. 1991. Щ. С. 31-32.

18. Некоторые вопросы теории встречного модифшировання чу г. на / A.B. А4онаскШ1, Э.В.Абдуллаев, О.Д. Опалихина и др. // Язве« тия вузов. Черная металлургия. 1991. N2. С.80-82.

19. Модифицирование чугуна смесями ферросилиция, висмута теллура / A.B.Афонаскин А.В, 0.Д.0палих1ша, А.Л.Хуков A.A. и др.. Литейное производство. 1991. N7. С.12-13.

20. Афонаскин A.B. Программа для расчета на ЭВМ газового ре-процесса литья в кокиль. М.:ВНИИТЭМР.М79-мв 87.Библиографий указатель ВИНИТИ. Депонированные научные работы. 1987. N7 ). С. 107.

21. Анализ процесса графитизации при отжиге чугуна отбеленных аышх отливок при поыови высокотемпературной металлографии / Афонаскин. О.Д.Опалнхкна, А.А.Луков и др. Винницкий пааитехнн-шй институт. 1991. С.16.

22. Механизм "встречного" модифицирования серого чугуна / Афонаскин, А.А.Жуков, О.Д.Опалкхина я др. Винницкий политехни-отй институт» 1991. С. 10.

23. A.C. 281762 СССР, (В 22D 18/06). УСТРОЙСТВО ДЛЯ фОрЫОВКЯ явок типа колец. // Открытия. Изобретения, йод. N18,1973. С.28.

24. A.C. 488653 СССР Кокиль BM.N39 // Открытия. Изобретения. 5. N9. С.30.

25. A.C. 538816 СССР Устройство для отбивга литников. Емл.К4б ткрытия. Изобретения. 1976. N46. С.39.

26. A.C. 572331 СССР. Кокиль с. вертикальной плоскостью разъ-I. Вял. N34 // Открытия. Изобретения. 1977. N34. С.26.

27. A.C. 667314 СССР. Суспензия для изготовления керамичес-t литейных форм по постоянным моделям. Бол. N22 // Открытия.Изо-;тения. 1979. N22. С.ЗЗ.

28. A.C. 922154 СССР. Способ модифицирования серого чугуна. I. N15 // Открытия. Изобретения. 1982. «15. С. 127.

29. A.C. 933223 СССР. Кокильная мшива. Вол. N21 // Открытия, эбретения. 1982. N21. С.37.

30. A.C. 933224 СССР. Манипулятор для кокильных ыашн. Вюд. 1 // Открытия. Изобретения. N21. С.47.

31. A.C. 1011333 СССР. Металлическая форма с вертикальным зъемом. Вал. N14 // Открытия. Изобретения. N14. С.51.

32. A.C. 1034831 СССР. Когешнзя карусельная машина Вол.N30// ■крытая: Изобретения. N30. С.39.

33. A.C. 1076186 СССУ. Кокильная машина. Qu. N8. //Открытия, »обретения. N8. С.ЗЗ.

34. A.C. 1296276 СССР. Постоянная модель для изготовления ке-змических форм. Воя. N10 // Открытия. Изобретения. N10. С.55.

35. A.C. 1Э04981 СССР. Кокиль Воя. М5//СПтфытия.Изобретения. 157СГ53.

36. A.C. 1348060 СССР. Устройство для транспортирования ливок. Бюл. МО // Открытия. Изобретения. М40. С.44.

37. A.C. 136971 СССР. Способ извлечения постоянной модема керамической формы и устройство для его осуществления. Вол.>14// крытия. Изобретения. Н4. С.42.

38. A.C. 1380555 СССР. Кокильнаэ каруседьваа машина.Еюл.Ш Открытия. Изобретения. N10. С.45.

39. A.C. 1407667 СССР. Коюиызая карусельная малина.Бил.N2 Открытия. Изобретения. N25. С,53.

40. A.C. 1588494 СССР. Кокильная малина. Бюл. N32 // Откры Изобретения. N32. С.48.

41. A.C. 1592067 СССР. Смесь для изготовления форм и стерж по постоянным моделям. Бюл. N34 // Открытия. Изобретения. N34.С

42. Свидетельство на промышленный образец Госкомизобрете; СССР N6676. Универсальная кокильнач малша. 1976.

43. Информационные листки Межотраслевого территориального 1 нтра научно-технической информации и пропаганды. NN 77-71, 174-' 86-72, 161-72. 245-72, 97-73, 260-73. 130-74. 139-75, 141-76, 6Е 77, 254-77: Курган. 1971-77.

Подписано в печать20.06.95 Формат 6Qs84 I/I6

Бумага типографская Плоская печать Усл.п.л. 3,49 . Уч.-изд.л. 3,33 . . Tupas 200 Заказ 437 Бесплатно

Редакцаонно-издатвлвский отдал УГТУ 620002, Екатеринбург, УГТУ, 8-2 учебный корпус ' Роталргат УГТУ. 620002, Екатеринбург, УГТУ, 8-Й учэбнвй корц

60