автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка технологии устранения отбела в отливках из серого чугуна марки СЧ30 обработкой расплава комплексным смесевым дисперсным модификатором на основе углерода и кремния

На правах рукописи УДК 621.74:669.131.6

ЧАЙКИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УСТРАНЕНИЯ ОТБЕЛА В ОТЛИВКАХ

ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА МАРКИ СЧЗО ОБРАБОТКОЙ РАСПЛАВА КОМПЛЕКСНЫМ СМЕСЕВЫМ ДИСПЕРСНЫМ МОДИФИКАТОРОМ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И КРЕМНИЯ

Специальность 05.16.04 - литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

29АПрщ

Москва-2010

004601382

Работа выполнена в Московском Государственном Техническом Университете им. Н.Э. Баумана.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Семенов Вячеслав Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, профессор

Задиранов Александр Никитич Маляров Аркадий Ильич

Ведущая организация: «МАТИ» - РГТУ им. К.Э.Циолковского

Защита состоится «20» мая 2010 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.140.02 при МГТУ «МАМИ» по адресу: 107023, Москва, ул. Б. Семеновская, д. 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «МАМИ». Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу ученому секретарю, e-mail: ershovl947@yandex.ru

Автореферат разослан «15» апреля 2010 г. Учёный секретарь

диссертационного совета д.т.н., проф.

Ершов М.Ю.

Общая характеристика работы Актуальность темы. Развитие литейного машиностроения требует создания новых ресурсосберегающих и экологически чистых технологий, повышения механических и эксплуатационных свойств литых заготовок, размерной точности и снижения металлоемкости. Использование чугуна при этом не теряет своей актуальности. В общем объеме выпуска отливки из чугуна составляют более 70%. Широкое применение этого материала обусловлено экономичностью производства, хорошими технологическими свойствами, удовлетворительной обрабатываемостью, способностью поглощать вибрацию, высокими прочностными характеристиками и износостойкостью.

Структура шихтовых материалов для выплавки чугуна изменяется из года в год в сторону сокращения объемов применения доменных чугунов и заменой их стальным ломом. В этом случае происходит повышение прочностных характеристик металла за счет роста дисперсности графита и одновременно возрастает склонность к усадке, отбелу и затрудняется обрабатываемость. Поэтому возникает задача получения чугуна высоких марок без отбела, с высокими технологическими свойствами и, как правило, решаемая вводом модификаторов в расплав.

В настоящей работе научно-техническая задача получения чугуна марки СЧ30 с хорошей обрабатываемостью решалась разработкой метода модифицирования на основе увеличения химической активности углерода и кремния в компонентах смесевого модификатора. Разработка состава, технологии ввода и распределения порошковых компонентов позволила обеспечить эффективное направленное модифицирование во всём объеме отливки.

Цель работы - разработка технологического решения, обеспечивающего получение отливок из чугуна СЧЗО без отбела и с хорошей обрабатываемостью. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование механизмов и изучение практики устранения отбела в серых чугунах марки СЧЗО путем модифицирующего воздействия на жидкий

3

металл при затвердевании отливок в песчаной форме в естественных условиях охлаждения;

2. Разработка добавок с повышенной химической активностью углерода и кремния для создания условий, при которых усиливается анормальное выделение графитной фазы по отношению к аустенитной при затвердевании отливок в песчаной форме для эффективного устранения отбела;

3. Исследование влияния добавок с повышенной химической активностью углерода и кремния на анормальное выделение графитной фазы при затвердевании чугуна СЧЗО с помощью закалки из жидкого состояния;

4. Выбор компонентов и разработка состава модификатора;

5. Изучение математическим моделированием распределения по объему и воздействия частиц модификатора на расплав на этапе заполнения им формообразующей литейной полости;

6. Опробование и внедрение технологии смесевого комплексного модифицирования в промышленных условиях при производстве отливок из чугуна марки СЧЗО.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Вскрыт эффект локального пересыщения углеродом жидкого металла, вызывающий опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной в условиях естественного режима охлаждения, созданного литейной песчаной формой;

2. Показано, что опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной усиливается с повышением дисперсности частиц и химической активности углерода и кремния в модификаторе;

3. Получены регрессионные зависимости предела прочности, твердости и глубины отбела в отливках из чугуна марки СЧЗО от химического состава расплава и температуры заливки, позволяющие при проектировании технологического процесса оценивать границы вышеперечисленных параметров в зависимости от технологии модифицирования.

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Преимущества порошкового + С модификатора, вызывающие опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной в условиях естественного режима охлаждения, созданного литейной песчаной формой;

2. Технологическое решение, состоящее в выборе дисперсных компонентов модификатора с повышенной химической активностью;

3. Экспериментальные закономерности, подтверждающие эффективность выбранных компонентов и разработанного состава модификатора;

4. Результаты математического моделирования по поведению частиц модификаторов в расплаве при заполнении им полости литейной формы отливки;

5. Результаты опытно-промышленного опробования и внедрения в производство комплексного смесевого модификатора на основе дисперсных порошков углерода и кремния.

Практическая и экономическая значимость:

1. Разработан и исследован комплексный смесевой модификатор на основе высококачественного активированного высокотемпературной обработкой и тонким помолом искусственного графита и полученного физико-химическим путем дисперсного кремния, позволяющий устойчиво получать структуру серого чугуна марки СЧЗО с равномерно распределенным графитом при ковшевом модифицировании, исключить брак по отбелу, повысить технологические свойства и сократить затраты на модифицирование.

2. Разработаны технические условия «Модификаторы комплексные» ТУ 0826 - 003 - 47647304 - 2001, согласованные с Роспотребсоюзом, санитарно-гигиеническое заключение № 67.С0.1.220.Т00032.03.02 от 04.03.02 г. Модификатор зарегистрирован в центре стандартизации и метрологии, каталожный лист продукции № 028/003167 от 09.09.2004 г. Получен патент на изобретение № 2373290, приоритет изобретения 05 октября 2007 г.

3. Модификатор внедрен в производство в ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» при производстве отливки «Клин фрикционный». При этом ис-

5

ключей брак по отбелу и получен годовой экономический эффект в размере 1 128 ООО рублей. Модификатор внедрен в производство в ОАО «Автодизель» (ЯМЗ), г. Ярославль, для отливок «Блок цилиндров» и на судостроительном заводе им. Гаджиева, г. Махачкала, что позволило исключить брак по отбелу.

Апробация. Результаты диссертационный работы докладывались и обсуждались: на 7-м, 8-м и 9-м съездах литейщиков России, г. Новосибирск, 2327 мая 2005 г., г. Ростов-на-Дону, 23-27 апреля 2007 г., г. Уфа, 20-24 апреля 2009 г.; на 3-й, 4-й и 5-й конференциях молодых специалистов «Металлургия XXI века», г. Москва, ВНИИМЕТМАШ, 2007 г., 12-15 февраля 2008 г., 10-13 февраля 2009 г., на конференции «Применение дисперсных и ультра-(нано)-дисперсных порошковых систем в промышленных технологиях», г. Санкт-Петербург, 3-5 июля 2007 г., на международных научно-технических конференциях «Металлургия и литейное производство, Беларусь», г. Жлобин, 6-7 сентября 2007 г. и г. Гомель, 22-23 октября 2008 г, на IV и V международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии», г. Москва, МИСиС, 22-24 октября 2007 г. и 19-23 октября 2009 г.; на 7-й Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра», г. Санкт-Петербург, 20-23 мая 2008 г, на научно-технических семинарах кафедры «Машины и технологии литейного производства» МГТУ им. Баумана.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 27 работах. Из них 9 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, и 1 патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 99 рисунков, 32 таблицы, список литературы из 121 наименования.

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулирована её цель и основные задачи, приведена научная новизна, практическая ценность работы и вопросы, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются литературные источники по вопросам теории и практики модифицирования серого чугуна, закономерности поведения углерода и кремния в расплаве чугуна, взгляды на механизм появления отбела. Проблема отбела существует давно, также давно существует заинтересованность в надежном методе устранения отбела прежде всего для повышения обрабатываемости отливок.

Классическая теория зарождения не может достаточно полно объяснить формирование структуры отливки под влиянием модифицирования. Она не учитывает химическое взаимодействие элементов расплава и физическое состояние фаз. Это только подчеркивает сложность модифицирования, детали которого имеют свои принципиальные особенности. Кроме того, в настоящее время существует несколько теорий и моделей строения расплава жидкого чугуна. Анализ литературных источников показывает, что создано более 10 теорий модифицирования, но единой точки зрения на механизм модифицирования нет. В результате создано более 500 действующих типов различных модификаторов, содержащих от 2...3 до 15 компонентов. В главе рассмотрены традиционные модификаторы серого чугуна, а также их новые виды, появившиеся в нашей стране и за рубежом в последние 10... 15 лет. Анализ источников показывает, что кремний является наиболее эффективным графитизатором и обязательным компонентом практически всех модификаторов. Добавки других элементов, таких как Са, Ва, М|;, Бг и т.д., используют лишь для усиления эффекта модифицирования и повышения живучести модификаторов.

Анализ зарубежной практики показал, что наиболее перспективны на сегодняшний день - смесевые модификаторы. Высказывается предположение, что их основным достоинством считается наличие в составе свободного углерода, рассматриваемого сильнейшим графитизатором. Все промышленные

7

смесевые модификаторы отличаются узкими пределами по химическому составу и требуемой массой фасовки. Этим обеспечивается однородность механических свойств отливок при разной толщине стенок. Установлено, что совершенствованию качества всех смесевых модификаторов способствует диспергирование и чистота компонентов по содержанию вредных примесей. В отечественной практике значимость диспергирования модификаторов убедительно доказана в работах Ковалевича Е.И. применительно к высокопрочному чугуну.

На основании изложенного при разработке смесевого модификатора для чугуна марки СЧЗО отдано предпочтение дисперсным порошкам с высоким содержанием углерода и кремния.

Во второй главе изложено обоснование и дано экспериментальное подтверждение возможности под влиянием растворимой добавки к расплаву опережающего выделения графитной фазы по отношению к аустенитной при затвердевании отливки.

Замечено, что формирование первичной структуры связано с электронным строением растворимых добавок. Эффективны те из них, которые способны быть донорами коллективизированных электронов для жидкого металла. Характеристикой такой способности рассматривается работа выхода электрона, электроотрицательность или относительный ионизационный потенциал. На практике чаще пользуются относительным ионизационным потенциалом по В.М. Воздвиженскому.

Исследования, которые даны в работах В.И. Семенова, показывают, что этого недостаточно. На образование раствора атомы тратят часть своей парциальной энергии и тем самым структурам металлического раствора придается определенный запас устойчивости. Парциальная энергия, потраченная атомами на образование структур жидкого чугуна, должна учитываться при формировании фрактальных зародышевых центров кристаллизации. Поскольку запас устойчивости структур зависит от типа действующих в металлическом растворе электронных связей, то, следовательно, добавка к раствору элементов с определенным типом связи должна оказывать влияние на устойчивость его 8

структур и способна смещать температуру начала образования фрактальных зародышевых центров кристаллизации с последующим выделением этой фазы. Возможность оказать растворимой добавкой воздействие на жидкий чугун, при котором выделение графитной фазы будет опережать выделение аусте-нитной фазы, была принята в качестве основы при разработке растворимого смесевого модификатора, устраняющего отбел в технологическом процессе производства отливок из серого чугуна марки СЧЗО.

Серый чугун обладает рядом принципиальных особенностей. Частицы (атомы) жидкого затвердевающего чугуна сегрегационно разделяются, что говорит об изменении энергии связи между атомами железа и углерода в момент затвердевания. У атомов углерода возрастает доля ковалентных связей в кова-лентно-металлической связи с атомами железа. Ковалентные связи более сильные и способны прочно удерживать атомы. Это обстоятельство становится определяющим и приводит к тому, что наибольшую устойчивость атомы углерода получают в случае, когда они объединяются и образуют агрегатные комплексы. В обычных условиях кристаллизации графитные комплексы располагаются между ветвями аустенитного дендрита.

В целях изучения возможности влияния на характер зарождения и роста графитной фазы выполнен анализ диаграмм стабильного равновесия Ре-С-Б! сплавов. Представленные на рис. 1 а,б изотермические разрезы соответствуют температурному интервалу модифицирования и затвердевания серого чугуна. На разрезах имеются области однофазных состояний: жидкого раствора (Ж) углерода и кремния в железе, твердого раствора углерода и кремния в а(5)-Ре и твердого раствора углерода и кремния в у-Ре; двухфазные области: а+Ж, у+Ж и а+7 и трехфазная область перитектического равновесия а+у+Ж (область перитектического треугольника Ш).

—— с.%

а) б)

Рис.1. Изотермические разрезы диаграммы Бе-С-Б! при 1425°С {а), 1280°С (б)

Технология модифицирования предусматривала выдержку жидкого раствора (Ж) серого чугуна в ковше перед введением добавки. Поэтому можно предположить, что его состояние близко к равновесному. Частицы дисперсного смесевого модификатора кремния хорошо, а углерода удовлетворительно смачиваются жидким чугуном. Из возможных вариантов ввода выбрана технология, способная обеспечить равномерное распределение добавки по всему объему. Дисперсные частицы добавки начинают растворяться и этим создают локальные неравновесия. Поскольку за модифицировнием следует заливка литейных форм, то на локальные концентрационные неравновесия накладываются дополнительно термодинамические неравновесия, вызванные снижением температуры. На рис. 1 можно видеть, что с понижением температуры происходят смещения границ двухфазных областей а+Ж и у+Ж, а также трехфазной области перитектического равновесия а+у+Ж. Жидкий раствор (Ж) серого чугуна становится по всему затвердевающему объему двухфазной областью у+Ж. Состояние этой области будет претерпевать дополнительные изменения под влиянием растворяющихся частиц и С модификатора. В области каждой частицы кремния возникает избыток атомов кремния, переходящих в жидкость (Ж), и происходит соответственно рост плотности валентных электронов, которые стремятся стать коллективизированными. 10

Эти два фактора способны изменить гранецентрированную упаковку атомов железа на менее плотную объемоцентрированную, которая слабо растворяет и поддерживает диффузию атомов углерода. Кратковременный избыток валентных электронов, созданный частицами кремния, помогает атомам углерода перейти в свободное невозмущенное состояние, погасить дефицит парциальной энергии и восстановить свою активность. В невозмущенном состоянии атомам углерода легче усиливать ковалентные связи. Отсюда непосредственно следует, что частицы кремния создают вокруг себя перитектиче-скую трехфазную область, а углерод, став избыточным компонентом, получает возможность покинуть те, ставшие неустойчивыми, места в решетке y-Fe, которые он занимал ранее при устойчивом состоянии металлического раствора.

Для углерода характерным является высокий уровень ковалентных связей. Это приводит к тому, что углеродные частицы модификатора начинают расслаиваться на чешуйки, в плоскости которых действует ковалентная связь. Дисперсные чешуйки графитной добавки обладают всеми свойствами графитной фазы в у-растворе. Поэтому они способны выполнять роль зародышевых центров и контролировать присоединение атомов углерода, которые вытесняются кремнием. Поскольку поверхность чешуек графита стабилизирована металлической связью, то избирательное вытеснение кремнием атомов углерода из y-Fe увеличивает вероятность образования фрактальных зародышевых центров графита и они могут возникнуть во время модифицирования жидкого серого чугуна.

Эксперименты по закалке из жидкого состояния немодифицированного и модифицированного чугунов подтвердили сделанные выше предпосылки. Технология предусматривала использование смеси дисперсных порошков кремния марки КРО и графита малозольного в соотношении 1:1. Для максимального растворения внесенных с шихтой включений графита перед закалкой проводилась термовременная обработка расплава при 1500°С в течение 30 минут. Специально разработанные образцы закаливали в воде со скоростью 110-130°С в секунду с целью фиксации зародышей графита в жидком состоянии

11

после модифицирования. Немодифицированные образцы застыли с усадочными раковинами. В модифицированных образцах они отсутствуют. Это свидетельствует о том, что начавшийся процесс графитизации активно шел даже при закалке.

Металлографическому анализу подвергался центр тепловых узлов образцов, металл в которых перед закалкой оставался жидким. В немодифициро-ванном образце обнаружено небольшое количество недорастворившихся включений графита, вносимых шихтой. Хорошо просматривались различные неметаллические включения. В структуре закаленного чугуна преобладали крупные конгломераты фаз белого чугуна. В модифицированном образце выявлено большое количество включений графита по форме близкой к шаровидной. Закалка жидкого чугуна протекала столь быстро, что графитные включения оказались «вмороженными» в металлическую матрицу и существенно измельчили фазы белого чугуна.

Для более глубокого изучения включений был выполнен рентгеноспек-тральный анализ модифицированного образца на анализаторе СатеЬах БХ-50. Анализу подвергали полированную нетравленую поверхность шлифа.

Для изучения выбраны наиболее характерные частицы. На рис.2 они обозначены цифрами от 1 до 11. Также выполнен и нормализован химический анализ всех выделенных элементов системы. Установлено присутствие включений сульфида марганца, сложного карбида (Сг, Ре)7С3, включений графита, нерастворившихся частиц графитного и кремниевого модификатора. Для углерода можно говорить о частичном, а для кремния о практически полном усвоении модификатора.

Выделившийся на момент закалки графит представлен хаотично ориентированными сечениями пластинок с характерным малым числом ответвлений. Характер агрегации пластин графита показывает, что их количество на единицу объема достигло уровня образования в жидкости пространственной структурной графитной сетки.

100МШ 1 N43 ЭЕ

Рис.2. Рентгеноспектральный анализ.

В третьей главе рассмотрена разработка состава смесевого модификатора. Известно много углеродсодержащих материалов. Общий их недостаток в большом количестве золы. Наиболее чистыми от примесей являются углеродистые материалы тех графитовых изделий, которые работают в экстремальных условиях. Такой графит получают из коксо-пековых композиций высокотемпературной обработкой при 3000-3500°С с последующей дополнительной

(

механоактивацией. Такой графит выбран в качестве углеродного компонента смесевого модификатора. По своим физико-химическим свойствам он максимально близок к графиту чугуна.

В качестве кремнийсодержащего материала наибольший интерес представили дисперсные порошки, получаемые физико-химическим путем при прямом синтезе органогалогенсиланов. Содержание кремния в них составляет 70-75%. Присутствие в порошках небольших количеств Са, А1, Си приближает их состав к ФС75. Недостатком порошка является необходимость доработки, состоящая в нейтрализации остаточных галогенов, сушке и прокалке.

Эффективность модифицирования прямо зависит от гранулометрическо-

го состава добавок. Существуют много способов определения размера частиц порошков, которые являются нетипичными для литейного производства, дорогими и требующими специальной подготовки персонала для работы с ними. Поэтому разработана специальная простая методика определения гранулометрического состава порошковых модификаторов для лабораторий литейных цехов с применением правилом академика Колмогорова.

Средний размер частиц графита составил 12,80 мкм, а кремния - 16,91 мкм. Эти результаты оказались сопоставимыми с размерами определенньми на лазерном дифракционном микроанализаторе Analysette 22 COMFORT фирмы FRITSCH, наиболее точном на сегодняшний день приборе.

Если чугун обработать порошками в количестве 0,1-0,2% от массы расплава, то на 1 см3 расплава придется 17,8-35,6-Ю6 дисперсных частиц графита и 4,41-8,82-106 мельчайших частиц кремния, что должно кардинально повлиять на характер кристаллизации и устранить отбел в отливках.

Далее был уточнен состав модификатора по следующей методике. В лабораторных условиях использовалась индукционная тигельная печь ИСТ 04, а в промышленных условиях - электродуговая печь ДСП 6, а также дуплекс-процесс вагранка - дуговая печь ДСП 3. При выплавки чугуна СЧЗО использовались традиционные стандартные материалы и ферросплавы.

В качестве исходных компонентов применили активированный высокотемпературной обработкой графит с последующей механоактивацией следующего химического состава: углерод активный - 99,4%, зола - 0,58%, сера-0,017%, влага - 0,3%. В технических условиях графит назвали углеродсодер-жащий материал (УСМ). В качестве второго компонента использовали дисперсный кремний, полученный физико-химическим путем, следующего химического состава, %: Si - 76,2; Al - 1,2; С - 3,4; Са - 1,5; Си - 1,5; Fe - остальное. В технических условиях он назван кремнийсодержащим материалом (КСМ). Исходя из химического состава, наш модификатор является комплексным или сокращенно МК. Соотношения массовых частей УСМ и КСМ обозначали цифрами. Первая цифра обозначает массовую долю УСМ, а вторая -14

КСМ. Для испытаний были изготовлены три смеси разработанного материала, химический состав которых приведен в табл. 1. Такие составы были выбраны на основании исследований зарубежных и отечественных ученных, которые приведены в литературном обзоре. КСМ и УСМ также испытывались отдельно. Навески заворачивались в полиэтиленовые пакеты.

Таблица 1.

Химический состав испытываемых модификаторов

Марка МК Состав МК (УСМ/КСМ) Массовая доля элементов, % Внешний вид

С 81 Примеси (Са, А1, Си, Ре)

КСМ 0/100 - 70 Остальное Порошкообразная масса темносерого цвета

МК 11 50/50 42 40 Остальное

МК 12 34/66 30 55 Остальное

МК21 66/34 55 27 Остальное

УСМ 100/0 99 - Остальное

Уточнение состава модификатора заключалась в устойчивом получении структуры серого чугуна марки СЧЗО с равномерно распределенным графитом, обеспечении отсутствия отбела и механических свойств при минимальных добавках материала.

Чугун подвергался модифицированию увеличивающимися дозами модификатора от 0,1 до 0,2 % от массы жидкого расплава. Навески модификаторов вводились в струю расплава при наполнении тигля на 1/3 объема. Температура модифицирования составляла 1420°С. Результаты представлены на рис.3.

Наиболее эффективным оказался модификатор МК21. Уже при вводе его в количестве 0,1% от массы обрабатываемого расплава отбел снизился на 70%, а микроструктура и механические свойства чугуна удовлетворяли требованиям для марки СЧЗО. Оптимальным количеством присадки оказалось 0,15%, при котором была достигнута минимальная величина отбела. Порошки кремния, углерода и другие их сочетания оказались менее эффективными для СЧЗО. Поэтому все последующие эксперименты проводили с модификатором МК21.

30 г~

О 0,1 0,15 0,2

Количество модификатора, %

■ Кремний 0МК12 DMK11 ВМК21 вГрафит

Рис.3. Зависимость величины отбела от состава модификатора

На втором этапе было проведено сравнение модификатора МК21 с наиболее часто применяемыми, традиционными модификаторами серого чугуна: ФС75 и ФС65Ба4. Чугун подвергался модифицированию увеличивающимися дозами модификаторов от 0,1 до 0,2 % от массы жидкого расплава. Результаты показали, что модификатор МК21 наиболее эффективен. ФС65Ба4 приближается по своим показателям к МК21, а ФС75 показал наименее стабильный результат. Результаты экспериментов по определению живучести показали, что и здесь наиболее эффективен модификатор МК21. Живучесть ФС75 составляет 11 минут, ФС65Ба4 - 25 минут, а МК21 - 35 минут. Экспериментально установлено, что модификаторы ФС75 и ФС65Ба4 эффективно работают при температурах 1360-1400°С, затем эффективность модифицирования начинает снижаться. В то же время модификатор МК21 более эффективно устраняет от-бел при температурах 1400-1440°С, что очень важно для чугуна марки СЧ 30, для получения которой требуется существенный перегрев. Таким образом, эксперименты показали эффективность и целесообразность использования модификатора МК21 при производстве отливок из серого чугуна марки СЧ 30.

Эффективность разработанного модификатора подтвердилась и промышленными испытаниями. Были проведены опытные плавки серого чугуна

СЧЗО в электродуговой печи. Модификатор МК21 вводили на дно раздаточно-

16

го ковша емкостью восемь тонн, после чего производили выпуск расплава из печи. Температура разливки металла с раздаточного ковша колебалась от 1440 до 1470°С. Температура заливки форм составляла 1350-1390°С. При вводе в ковш 0,3% МК21 достигались стабильность и высокая эффективность модифицирования, при которых обеспечивались механические свойства и отсутствие отбела в отливках. Эффект модифицирования расплава МК21 во всех случаях сохранялся до конца разливки, которая длилась в течение 35 - 45 минут, что подтвердило высокую живучесть модификатора. Вместе с тем, оптимальный расход модификатора значительно превысил лабораторные значения, что связано с большим количеством шлака, который связывал модификатор во время заполнения ковша.

Для уменьшения расхода МК21 опробовали эффективность модифицирования в разливочном ковше. Результаты экспериментов показали, что при модифицировании чугуна в разливочном ковше, где отсутствует шлак, достаточно 0,04-0,08% МК21 для обеспечения оптимальной склонности к отбелу, что существенно ниже, чем в раздаточном ковше и в лабораторных условиях.

Анализ результатов лабораторных и промышленных испытаний показал высокую эффективность разработанного модификатора, высокую его живучесть при значительно меньшем расходе, то есть способность решать поставленные в работе цели и задачи.

В четвертой главе рассмотрены практическое применение результатов исследований и внедрение модификаторов в производство.

В ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» представилась уникальная возможность провести широкомасштабное исследование эффективности разработанного модификатора на чугуне марки СЧ30. Завод освоил производство отливок «клин фрикционный» из серого чугуна марки СЧ30, предназначенных для тележек грузовых вагонов. Чугун фрикционных клиньев должен иметь перлитную металлическую матрицу. Присутствие цементита как структурной составляющей не допускалось. Модифицирование расплава осуществляли ферросилицием ФС75 в количестве 0,5% от металлоемкости ковша. Практиче-

17

ский опыт работы показал, что существующая технология не обеспечивает исключение цементита в отливках даже при жестком контроле параметров заливки. Изучение причин появления отбела проводилось с использованием метода статистической обработки данных и регрессионного анализа. Расчеты проводились с помощью пакета прикладных программ STATISTICS & ANALISIS v.6.0. Stat Soft, Inc. Границы исследований качественных показателей чугуна при проведении статистической обработки были следующими: температура заливки - 1360-1470°С; С- 2,92-3,25%; Si - 1,58-2,09%; Мп - 0,321,00%; Сг- 0,10-0,26%.

Статистическая обработка показала, что химический состав и температура заливки чугуна были достаточно однородны. Соответственно механические свойства чугуна отвечали требованиям технических условий и также достаточно стабильны. Вместе с тем, склонность к отбелу расплава, колебалась в широких пределах (от 5 до 13 мм), что и приводило к появлению цементита в отливках. С помощью регрессионного анализа получили адекватные уравнения регрессии.

Отбел = 3,5 + 0,0171- 4,24 С + 3,99 Мп - 1,48 Si + 1,74 Сг

о = 33,62 +0,0231 - 8,84 С +5,9 Мп - 8,33Si + 5,99 Сг НВ = 192,54 + 0,0781- 13,83 С + 13,17 Мп-21,4 Si + 0,9 Сг Анализ уравнений показал, что решить проблему отбела в рамках существующей технологии невозможно. Необходимо было изменить технологию модифицирования и вместо ферросилиция ФС75 использовать более эффективный смесевой модификатор МК21.

Для подтверждения правильности выбранного направления было произведено моделирование процесса модифицирования в программе FLOW-3D модификаторами МК21 и ФС75. Процесс моделирования заключался в изучении поведения частиц модификаторов в расплаве при заполнении им полости литейной формы отливки.

При моделировании частиц в потоке в программе FLOW-3D использовали опцию «полного взаимодействия» в системе частица-расплав, т.е. не 18

только поток определяет динамику частиц, но и последние оказывают влияние на течение расплава. Проводили отдельный расчет частиц кремния и частиц графита. Частицы моделировали как идеальные сферы с заданным постоянным размером и плотностью без возможности их изменения в процессе течения расплава. Средние размеры частицы графита и кремния составляют 12,80 мкм и 16,91 мкм соответственно. В 1 см3 расплава находится 17,8-Ю6 частиц графита и 4,4-106 частиц кремния. Расчет такого огромного количества частиц превышает возможности современных вычислительных систем, поэтому при моделировании использовали значительно меньшее (3,65 шт/см3), но тоже большое (в масштабе отливки) число частиц. Для сравнительного и качественного анализа поведения частиц кремния, графита и ФС75 такая замена вполне оправдана. Средний размер частиц ФС75 существенно выше и равен 5 мм. Одна частица ферросилиция приходится на 3 см3 расплава. Для сравнительного анализа число частиц ФС75 было увеличено до 3,65 шт/см3. Плотность материалов следующая: кремний - 2,33 г/см3; графит — 2,23 г/см3; ФС75 - 3,5 г/см3. Время заливки формы 20 секунд. В расплаве, входящем в полость литейной формы, задавалось случайное начальное распределение частиц.

Для моделирования была использована технология формы, разработанная в ОАО «ЧАЗ». В форме находятся четыре отливки. Принимая в расчет симметричное расположение отливок, для сокращения длительности расчета моделировали заполнение только одной отливки (четверти литейной формы, рис.4)

Анализ распределения частиц модификаторов в отливке в зависимости от времени заполнения формы выполнили для характерного места отливки -наклонной стенки, в трех её частях: нижней, средней и верхней. Для этих частей строили графики зависимости количества частиц модификаторов от времени заполнения (рис. 5). Моделирование показало, что закономерности распределения частиц графита и кремния в отливке в процессе заполнения формы аналогичны. Это связано с тем, что оба материала близки по плотности и размерам. Можно утверждать, что выявленные закономерности сохранятся и при

19

использовании смесевого модификатора. Эти элементы равномерно распределились по всему объему отливки и с течением времени распределение на изучаемых высотах не менялось.

Рис.4. Отливки «Клин фрикционный»

Крупные частицы ферросилиция, наоборот, всплывают на поверхность металла в процессе всей заливки и в конце ее оказываются только в верхней части отливки. На графиках (рис.5) количество частиц ФС75 имеют ярко выраженные экстремумы, которые обусловлены процессами заполнения расплавом с частицами заданных объёмов отливки (частей наклонной стенки) и всплытием частиц с выходом их из заданных объемов.

Это подтверждает, что частицы графита и кремния обладают высокой седиментационной устойчивостью, они «замутняют» расплав и активно помогают выделению графитной фазы. Частицы равномерно распределяются по объему отливки, что обеспечивает стабильность процесса модифицирования на всех участках отливки в течение всего времени кристаллизации. Частицы ФС75, напротив, обладают низкой седиментационной устойчивостью. Поэтому эффект от модифицирования ФС75 распределяется неравномерно и в некоторых участках отливки с течением времени вообще отсутствует. Таким образом, при такой конфигурации детали и расположении отливок в форме наиболее высока вероятность возникновения отбела в наклонной и задней вертикальной стенке, что и показал опыт работы на заводе.

Рис. 5. Изменение во времени количества частиц графита (1), кремния (2) и ферросилиция (3) в наклонной стенке, а- в нижней части, б - в верхней части На основании проведенных экспериментов в ОАО «ЧАЗ» внедрен технологический процесс модифицирования чугуна СЧЗО для отливки «клин фрикционный» в разливочном ковше. Первую половину металла, когда он горячий, модифицируют МК 21 в количестве 0,08% (пакет 400 грамм). Затем снижают расход материала до 0,04 % (пакет 200 грамм).

Сравнение результатов анализа до и после внедрения показало, что температура, химический состав, и механические свойства чугуна изменились незначительно. Вместе с тем, склонность чугуна к отбелу резко уменьшилась. Средняя величина отбела снизилась на 12,7%, а сам этот показатель стабилизировался, что подтверждает эффективность внедренного технологического процесса модифицирования. Статистический анализ качественных показателей чугуна подтвердил эффективность разработанного модификатора. Брак в отливках ликвидирован. Экономический эффект составил один миллион сто двадцать восемь тысяч рублей.

Внедрение модификатора МК21 позволило устранить брак по отбелу на отливках блок цилиндров в ОАО «Дизель-ЯМЗ» г. Ярославль. Модификатор МК21 успешно применяется для устранения отбела в ОАО им. Гаджиева г. Махачкала.

Общие результаты работы

1. Предложено технологическое решение, позволяющее повысить активность кремния и углерода в составе модифицирующей добавки. Это обстоятельство обуславливает возникновение эффекта усиления зародышеобразова-ния с одновременным локальным пересыщением углеродом фрактальных объемов расплава серого чугуна. С его помощью удается осуществить опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной в условиях естественного режима охлаждения, созданного литейной формой, и соответственно резко уменьшить склонность чугуна к отбелу.

2. Проведен сравнительный анализ чистых от примесей кремний- и уг-леродсодержащих дисперсных материалов. Данный анализ показал следующее. В качестве углеродсодержащего материала предпочтительно использовать активированный высокотемпературной обработкой и механоактивацией искусственный графит с кристаллической решеткой максимально когерентной с графитом металлического расплава. Средний размер частиц составляет 12,80 мкм. Соответственно в качестве кремнийсодержащего материала - дисперсный порошок кремния, полученный физико-химическим путем. Средний размер частиц порошка кремния составляет 16,91 мкм. Для точной оценки гранулометрического состава указанных порошков разработана специальная методика, доступная для лабораторий литейных цехов.

3. Предложен смесевой модификатор МК21, состоящий из двух частей активированного графита и одной части кремния. Разработан технологический процесс ковшевой обработки расплава модификатором МК21 при литье деталей из чугуна марки СЧ30. По сравнению с модификатором ФС75 смесевой модификатор МК21 показал более высокую эффективность по снятию отбела при температурах 1400-1440°С, более высокую живучесть и оказался более экономичным: 0,04-0,1% к массе жидкого чугуна.

4. Установлены границы влияния химического состава расплава и температуры заливки на механические свойства и глубину отбела в отливках из чугуна марки СЧЗО при использовании указанного смесевого модификатора. 22

5. Разработаны технические условия «Модификаторы комплексные» ТУ 0826 - 003 - 47647304 - 2001, согласованные с Роспотребнадзором, санитарно-гигиеническое заключение № 67.С0.1.220.Т00032.03.02 от 04.03.02 г. Модификатор зарегистрирован в центре стандартизации и метрологии, каталожный лист продукции № 028/003167 от 09.09.2004г. Получен патент на изобретение № 2373290, приоритет изобретения 05 октября 2007 г.

6. Внедрение результатов исследования в ОАО «Чебоксарский агрегатный завод», ОАО «Автодизель» (ЯМЗ) г. Ярославль и ОАО «Завод им. Гад-жиева» г. Махачкала значительно повысило технико-экономические показатели производства отливок. Получен экономический эффект от внедрения в размере 1 128 000 рублей.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях, рекомендованных ВАК

1. Кураков Ю.Г., Чайкин В.А., Чайкин A.B. Повышение механических свойств серых чугунов // Литейное производство - 2002 - № 7,- С. 9-11.

2. Чайкин В.А., Чайкин A.B., Брашн Б.Н., Молин С.И., Новиков Р.Ф., Файбы-шев Н.Б. О модифицировании чугуна для отливок блока цилиндров // Литейное производство,- 2006 г. - № 6. - С. 2-5.

3. Семенов В.И., Чайкин A.B., Малихин В.М., Уханов Ю.А., Малов И.А., Петров Н.Р. Фазовые и структурные изменения в чугуне после модифицирования // Литейное производство. - 2006г. - № 10. - С. 7-9.

4. Болдырев Д.А., Чайкин A.B. Новые смесевые модификаторы для инокули-рующей обработки чугунов // Литейщик России. -2007 - №3. - С. 32-36.

5. Болдырев Д.А., Чайкин A.B. Особенности графитизирующего модифицирования серого чугуна смесевыми модификаторами// Литейное производство. - 2007. -№10.-С. 40-43.

6. Чайкин A.B., Вольнов И.Н., Чайкин В.А., Уханов Ю.А., Петров Н.Р. Анализ эффективности модификаторов с помощью статистики и моделирования // Литейщик России. - 2008. - №10. - С. 20-25.

7. Чайкин A.B., Вольнов И.Н., Чайкин В.А. Исследование процесса модифицирования чугуна с использованием методов математической статистики и моделирования // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2009 г. - №1. - С. 41-45.

8. Чайкин A.B., Вольнов И.Н., Чайкин В.А., Малихин В.М. Использование моделирования и методов математической статистики для анализа процесса модифицирования чугуна // Заготовительные производства в машиностроении. - 2009 г. -С. 3-8.

9. Семенов В.И., Чайкин A.B. Образование аустенитной и графитной фаз под воздействием порошкового Si + С модификатора при затвердевании серого чугуна // Заготовительные производства в машиностроении. 2009 г. - №8. - С. 11-20.

10. Модифицирующая смесь. Пат. № 2373290 / Чайкин A.B., Семенов В.И., Чайкин В.А. Заявка № 2007136818. Приоритет изобретения 05 октября 2007 г. Опубл.: 20.11.2009. Бюлл. №32.

Подписано к печати 8.04.10. Заказ №221 Объем 1,5 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Введение

Глава 1. Закономерности структурообразования при затвердевании серого чугуна.

1.1. Структуры и свойства серого чугуна.

1.1.1. Фазовый состав и свойства чугуна.

1.1.2. Строение жидкого чугуна.

1.2. Затвердевание серого чугуна и образование отбела.

1.2.1. Экспериментальные подходы к изучению кристаллизации чугуна

1.2.2. Основные закономерности затвердевания серого чугуна.

1.3. Модифицирование и модификаторы для внепечной обработки расплава чугуна.

1.3.1. Современное состояние теории модифицирования чугуна.

1.3.2. Традиционные модификаторы для внепечной обработки.

1.3.3. Влияние кремния на чугун.

1.3.4. Смесевые графитизирующие модификаторы для чугуна.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Обоснование и анализ возможных определяющих воздействий на структуры жидкого чугуна для эффективного устранения отбела.

2.1. Теоретические предпосылки для разработки смесевого комплексного дисперсного модификатора.

2.2. Экспериментальное подтверждение модифицирующего влияния дисперсных частиц углерода и кремния на расплав серого чугуна.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Выбор материалов и разработка состава комплексного смесевого дисперсного модификатора.

3.1. Теоретические предпосылки выбора материалов.

3.1.1. Обоснование выбора углеродсодержащего материала.

3.1.2. Обоснование выбора кремнийсодержащего материала.

3.2. Исследование зернового состава выбранных материалов.

3.3. Методика проведения исследований по разработке состава модификатора.

3.4. Разработка состава модификатора.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Практическое применение результатов исследований и внедрение в производство.

4.1. Внедрение разработанного модификатора в ОАО «ЧАЗ».

4.1.1. Технологические проблемы изготовления отливки «клин фрикционный».

4.1.2. Методика проведения статистического анализа.

4.1.3. Статистический анализ показателей качества чугуна.

4.1.4. Методика моделирования процесса модифицирования.

4.1.5. Моделирование процесса модифицирования.

4.1.6. Опытные плавки и внедрение в производство.

4.2. Внедрение модифицирования в ОАО «Автодизель» (ЯМЗ).

Выводы к главе 4.

Развитие литейного производства связано с созданием новых ресурсосберегающих и экологически чистых технологий, позволяющих резко повысить механические и эксплуатационные свойства литых заготовок, размерную точность и выход годного [1]. Широкое применение чугуна в машиностроении обусловлено экономичностью производства, хорошими литейными и антифрикционными свойствами, высокими прочностными характеристиками и износостойкостью, хорошей обрабатываемостью, способностью поглощать вибрацию и так далее [2, 3].

Сложность в строении чугуна, как физико-химической системы, усложняет создание технологий получения отливок с заданными свойствами. Вместе с тем, открыты большие возможности активного воздействия на формирование свойств чугуна в процессах шихтовки, плавки, термовремениой и внепечной обработок.

Структура шихтовых материалов смещается из года в год в сторону сокращения объемов применения доменных чугунов, которые заменяются стальным ломом. Это повышает прочностные характеристики, поскольку возрастает дисперсность графита. Однако при этом повышается склонность чугуна к усадке, повышению твердости, отбелу [3, 5, 6]. Поэтому процент брака растет, а существующие модификаторы оказываются недостаточно эффективными для его устранения [7, 8, 9].

В последнее время повысились требования к механическим свойствам изделий из чугуна. Например, для повышения надежности дизельных двигателей и выведения их на уровень европейских стандартов требуются отливки марок СЧ25-СЧ30 [9]. За последнее десятилетие износился парк Министерства Путей Сообщения, а для его восстановления потребуются литые изделия только высоких марок чугуна. При производстве отливок очень важно обеспечить повышение прочности сплава при возможно меньшем росте твердости для сохранения хорошей обрабатываемости. Этому может помочь эффективный графитизирующий модификатор чугуна. Необходимо учитывать большое разнообразие способов выплавки чугуна, номенклатуры отливок по массе, их разностенность.

Вопросам теории, практики выплавки, созданию модификаторов и способам модифицирования, посвящено много научных работ отечественных и зарубежных ученых, в том числе: Жукова A.A., Гиршовича Н.Г., Гольд-штейна Я.Е., Александрова H.H., Давыдова C.B., Козлова Л.Я., Косникова Г.А., Лекаха С.Н., Худокормова Д.М. [10, 11, 12, 13, 14]. Но до сих пор не удается решить главную задачу — устранение отбела.

Целью работы явилась разработка технологического решения, обеспечивающего получение отливок из чугуна СЧ30 без отбела и с хорошей обрабатываемостью. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование механизмов и изучение практики устранения отбела в серых чугунах марки СЧ30 путем модифицирующего воздействия на жидкий металл при затвердевании отливок в песчаной форме в естественных условиях охлаждения;

2. Разработка добавок с повышенной химической активностью углерода и кремния для создания условий, при которых усиливается анормальное выделение графитной фазы по отношению к аустенитной при затвердевании отливок в песчаной форме для эффективного устранения отбела;

3. Исследование влияния добавок с повышенной химической активностью углерода и кремния на анормальное выделение графитной фазы при затвердевании чугуна СЧ30 с помощью закалки из жидкого состояния;

4. Выбор компонентов и разработка состава модификатора;

5. Изучение математическим моделированием распределения по объему и воздействия частиц модификатора на расплав на этапе заполнения им формообразующей литейной полости;

6. Опробование и внедрение технологии смесевого комплексного модифицирования в промышленных условиях при производстве отливок из чугуна марки СЧЗО.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Вскрыт эффект локального пересыщения углеродом жидкого металла, вызывающий опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной в условиях естественного режима охлаждения, созданного литейной песчаной формой;

2. Показано, что опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной усиливается с повышением дисперсности частиц и химической активности углерода и кремния в модификаторе;

3. Получены регрессионные зависимости предела прочности, твердости и глубины отбела в отливках из чугуна марки СЧЗО от химического состава расплава и температуры заливки, позволяющие при проектировании технологического процесса оценивать границы вышеперечисленных параметров в зависимости от технологии модифицирования.

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Преимущества порошкового + С модификатора, вызывающие опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной в условиях естественного режима охлаждения, созданного литейной песчаной формой;

2. Технологическое решение, состоящее в выборе дисперсных компонентов модификатора с повышенной химической активностью;

3. Экспериментальные закономерности, подтверждающие эффективность выбранных компонентов и разработанного состава модификатора;

4. Результаты математического моделирования по поведению частиц модификаторов в расплаве при заполнении им полости литейной формы отливки;

5. Результаты опытно-промышленного опробования и внедрения в производство комплексного смесевого модификатора на основе дисперсных порошков углерода и кремния.

Практическая и экономическая значимость работы:

1. Разработан и исследован комплексный смесевой модификатор на основе высококачественного активированного высокотемпературной обработкой и тонким помолом искусственного графита и полученного физико-химическим путем дисперсного кремния, позволяющий устойчиво получать структуру серого чугуна марки СЧЗО с равномерно распределенным графитом при ковшевом модифицировании, исключить брак по отбелу, повысить технологические свойства и сократить затраты на модифицирование.

2. Разработаны технические условия «модификаторы комплексные» ТУ 0826 - 003 - 47647304 — 2001, согласованные с Роспотребсоюзом, санитарно-гигиеническое заключение № 67.С0.1.220.Т00032.03.02 от 04.03.02 г. Модификатор зарегистрирован в центре стандартизации и метрологии, каталожный лист продукции № 028/003167 от 09.09.2004 г. Получен патент на изобретение № 2373290, приоритет изобретения 05 октября 2007 г.

3. Модификатор внедрен в производство в ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» при производстве отливки «Клин фрикционный». При этом исключен брак по отбелу и получен годовой экономический эффект в размере 1 128 000 рублей. Модификатор внедрен в производство в ОАО «Автодизель» (ЯМЗ), г. Ярославль, для отливок «Блок цилиндров» и на судостроительном заводе им. Гаджиева г. Махачкала, что позволило исключить брак по отбелу.

Общие выводы

1. Предложено технологическое решение, позволяющее повысить активность кремния и углерода в составе модифицирующей добавки. Это обстоятельство обуславливает возникновение эффекта усиления зародышеоб-разования с одновременным локальным пересыщением углеродом фрактальных объемов расплава серого чугуна. С его помощью удается осуществить опережающее выделение графитной фазы по отношению к аустенитной в условиях естественного режима охлаждения, созданного литейной формой, и соответственно резко уменьшить склонность чугуна к отбелу.

2. Проведен сравнительный анализ чистых от примесей кремний- и уг-леродсодержащих дисперсных материалов. Данный анализ показал следующее. В качестве углеродсодержащего материала необходимо использовать активированный высокотемпературной обработкой и механоактивацией искусственный графит с кристаллической решеткой максимально когерентной с графитом металлического расплава. Средний размер частиц составляет 12,8 мкм. В качестве кремнийсодержащего материала - дисперсный порошок кремния, полученный физико-химическим путем. Средний размер частиц порошка кремния составляет 16,91 мкм. Для точной оценки гранулометрического состава указанных порошков разработана специальная методика, доступная для лабораторий литейных цехов.

3. Предложен смесевой модификатор МК21, состоящий из двух частей активированного графита и одной части кремния. Разработан технологический процесс ковшевой обработки расплава модификатором МК21 при литье деталей из чугуна марки СЧ30. По сравнению с модификатором ФС75 смесевой модификатор МК21 показал более высокую эффективность по снятию отбела при температурах 1400-1440°С, более высокую живучесть и оказался более экономичным: 0,04-0,1% к массе жидкого чугуна.

4. Установлены границы влияния химического состава расплава и температуры заливки на механические свойства и глубину отбела в отливках из чугуна марки СЧЗО при использовании указанного смесевого модификатора.

5. Разработаны технические условия «Модификаторы комплексные» ТУ 0826 - 003 - 47647304 - 2001, согласованные с Роспотребнадзором, санитарно-гигиеническое заключение № 67.С0.1.220.Т00032.03.02 от 04.03.02 г. Модификатор зарегистрирован в центре стандартизации и метрологии, каталожный лист продукции № 028/003167 от 09.09.2004г. Получен патент на изобретение № 2373290, приоритет изобретения 05 октября 2007 г.

6. Внедрение результатов исследования в ОАО «Чебоксарский агрегатный завод», ОАО «Автодизель» (ЯМЗ) г. Ярославль и ОАО «Завод им. Гад-жиева» г. Махачкала значительно повысило технико-экономические показатели производства отливок. Получен экономический эффект от внедрения в размере 1 128 000 рублей.

1. Дибров И.А. О задачах российской ассоциации литейщиков в современных условиях развития литейного производства // Труды пятого съезда литейщиков России. - М.: Радуница. - 2001г. - С. 3-9.

2. Справочник по чугунному литью / Под ред. д-ра техн. наук Н.Г. Гиршовича. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1978. - 758 с.

3. Чугун: Справочник / Под редакцией А.Д. Шермана, A.A. Жукова. -М.: Металлургия, 1991. 576 с.

4. Костин A.B., Цветков А.П. Эффективность замены литейного чугуна передельными в шихте машиностроительного завода // IV съезд литейщиков России. Тезисы докладов. М.: Радуница. — 1999. — С. 94-97.

5. Шварцман Ю.Х., Шкуркин В.И., Галян B.C. Основные направления совершенствования технологии выплавки чугуна и стали // Труды пятого съезда литейщиков России. — М.: Радуница. 2001. - С. 172-176.

6. Пивоварский Е.А. Высококачественный чугун. М.: Металлургия, 1965.-650 с.

7. Леушин И.О., Ермилин A.C. Пути повышения эффективности модифицирования // Труды пятого съезда литейщиков России. М.: Радуница. -2001.-С. 79-81.

8. Чайкин В.А., Чайкин A.B., Брагин Б.Н. и др. О модифицировании чугуна для отливок блока цилиндров // Литейное производство. 2006. - №6. - С. 2-5.

9. Сильман Г.И. О научном наследии A.A. Жукова // Металлургия машиностроения. 2003. — №3. — с. 47-55.

10. Сильман Г.И. О научном наследии A.A. Жукова // Металлургиямашиностроения. — 2003. — №4. С. 46-53.

11. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. — М.: Металлургия, 1986. — 272 с.

12. Машиностроение. Энциклопедия / Мухин Г.Г., Беляков А.И., Александров H.H. и др. T. II-2 Стали. Чугуны. М., 2000. - 780 с.

13. Давыдов C.B. Влияние термокинетических факторов на структу-рообразование в графитизированиых чугунах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. Москва, 2003. - 50 с.

14. ГОСТ 1412-85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки. М.: Государственный комитет СССР по стандартам. 1989. 6 с.

15. Глинка Н.Л. Общая химия. Учеб. пособие для вузов. 30-е изд., испр. -М.: ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС, 2005. 728 с.

16. Давыдов C.B. Новый подход к классификации методов модифицирования // Металлургия машиностроения. 2006. - №5. - С. 5-9.

17. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. М.: Машгиз, 1960. - 415 с.

18. Архаров В.И. Теория микролегирования сплавов. М.: Машиностроение, 1975. —61 с.

19. Косников А.Г. Основы литейного производства. Санкт-Петербург: Издательство СПбГПУ, 2002. - 203 с.

20. Попель С.И. Поверхностные явлении в расплавах. М: Металлургия, 1994.-440 с.

21. Давыдов C.B., Панов А.Г., Корниенко А.Э. Рынок модификаторов хаос или развитие? // Металлургия машиностроения. - 2006. - №3. - С. 8-9.

22. Худокормов Д.Н. Производство отливок из чугуна. МН.: Вы-шэйшая школа, 1987. - 197 с.

23. Иванова B.C. Прикладные синергетика и фрактальная геометрия в материаловедении // Синергетика. Труды семинара. Том 3. Материалы круглого стола «Самоорганизация и синергетика: идеи подходы и перспективы». М.: Изд-во МГУ. 2000 г. - С. 250-264.

24. Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. — Д.: Машиностроение, 1996. 562 с.

25. Худокормов Д.Н., Худокормов Д.А. Ещё раз о модифицирующем действии кремния на чугун // Литье и металлургия. 2007. - № 1. - С. 104-105.

26. Писаренко JI.3. Роль кремния как модификатора чугуна // Литейное производство. — 2000. — №5. — С. 24.

27. Болдырев Д.А., Чайкин A.B. Новые смесевые модификаторы для инокулирующей обработки чугунов // Литейщик России. 2007. - №3. -С. 32-36.

28. Леках С.Н., Шейнерт В.А. Методы повышения эффективности графитизирующего модифицирования чугунов // Литейное производство — 1994.-№9.-С. 4-6.

29. Худокормов Д. А., Вершинин В. А., Шкурдюк Д. Г. Ковшовое модифицирование как средство снижения брака отливок из ковкого чугуна // Литейное производство. — 2004. №5. - С. 4-6.

30. Семенов В.И., Чайкин A.B. Фазовые и структурные изменения в чугуне после модифицирования // Металлургия машиностроения. 2006. -№5.-С. 14-18.

31. Кимстач Г.М., Драпкин Б.М., Уртаев Д.А., Кимстач И.Г. К вопросу о роли кремния как модификатора чугуна // Литейное производство. -2002. №7.-С. 12-13.

32. Кобелев Н.И., Козлов A.B., Зуйков С.С. и др. Смесевые модификаторы для чугунов // Литейное производство. 1989. — №12. - С. 6-8.

33. Кобелев Н.И., Козлов A.B., Дибров И.А. Смесевые модификаторы для чугунов // Э.И. ВНИИТЭМР. 1968 г. - Вып. 12. - С. 7-12.

34. Леках С.Н., Бестужев Н.И. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении. Мн.: Навука и тэхшка, 1992. - 269с.

35. Ковалевич Е.В. Теоретические основы управления процессом модифицирования при получении чугуна с шаровидным графитом // Литейщик России.- 2002.- № 7 /8. С. 15-18.

36. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Владимир: ВлГУ, 2000. - 260 с.

37. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. М.: Наука, 1970. — 400 с.

38. Tiller W., Takahashi Т. // Acta metallurgica. 1969. - №4. - p.483.

39. Самсонов Г.В., Бурыкина А.Л. и др. Физико-химические свойства элементов. Киев: Наукова думка, 1965г. - 808 с.

40. Воздвиженский В.М. Прогноз двойных диаграмм состояния. -М.: Металлургия, 1975. 260 с.

41. Иванова B.C., Шанявский A.A. Междисциплинарный подход к решению задач развития наноиндустрии в металлургии и машиностроении // Металлургия машиностроения. 2008. - №3. - С. 31-33.

42. Пригожин И.Р. Конец определенности. Время, хаос и новые законы природы. Ижевск: ред. ж-ла "Регулярная и хаотическая динамика", 1999. -215 с.

43. Жуков A.A. Геометрическая термодинамика сплавов железа. -М.: Металлургия, 1979. 232 с.

44. Жуков A.A., Дыбенко И.В., Абдуллаев Э.В., Афонаскин A.B. Новое в теории графитизации // МиТОМ. 1989. - №2. - С. 11-18.

45. Жуков A.A., Абдуллаев Э.В., Костылева Л.В. Явление наследственности при кристаллизации рассплавов Fe-C // Расплавы. 1987. - №4. - С. 70-74.

46. Трахтенберг Е.Ф., Крестьянов В.И. Физическая модель «наследственности» по схеме модифицирования III рода // Литейное производство. — 1999.-№1,-С. 16-18.

47. Крестьянов В.И., Трахтенбсрг Б.Ф. Новая концепция модифицировании литейных сплавов // IV съезд литейщиков России: Тезисы докладов. Москва, 1999 г. - М: Радуница. - 1999.- С. 19-23.

48. Никитин В.И. Наследственность в литых сплавах. Самара: Сам-ГТУ, 1995.-248 с

49. Гаврилин И.В. Динамическая микронеоднородность в жидких литейных сплавах // Литейное производство. 1996. - №11. - С. 9-11.

50. Гаврилин И.В. Формирование структуры чугуна при плавлении и кристаллизации // Литейное производство. 1998. - №6. - С. 6-8.

51. Гаврилин И.В. О конкурентной кристаллизации металлов и сплавов // Литейное производство. 1999. - №1. - С. 3-6.

52. Залкин В.М. Современное состояние вопроса о строении железоуглеродистых расплавов // Процессы литья. — 1999. — №1. — С. 3-6.

53. Залкин В.М. Природа эвтекчических сплавов и эффект контактного плавления. М.: Металлургия, 1987. - 152 с.

54. Марукович Е.И., Стеценко В.Ю. Механизм формообразования графита при кристаллизации чугуна // Литейное производство. — 2000. -№11.—С. 18-19.

55. Марукович Е.И., Стеценко В.Ю., Дозмаров В.В. Механизм графи-тообразования в расплавах чугуна // Литейное производство. — 1999. №9. -С. 30-31.

56. Вахобов A.B., Хакдодов М.М. Некоторые проблемы наследственности в неорганической природе // Металлургия машиностроения. 2002. -№1(4).-С. 14-18.

57. Бунин К.П. Железоуглеродистые сплавы. М: Машгиз, 1949.285 с.

58. Данилов В.И. Строение и кристаллизация жидкости. Киев: Изд-во АН УССР, 1956. - 566 с.

59. Левшин Г.Е., Серебряков A.A. О сыпучих противопригарных углеродосодержащих материалах // Литейное производство. 2007. — №1. -С. 32-34.

60. Закирничная М. М., Кузеев И. Р., Годовский Д. А. Фуллерены в структуре чугунов и углеродсодержащих материалов // Литейное производство. 2000. - №12. - С. 6-7.

61. Баранов В.Н. Активация графита различного кристаллохимиче-ского строения для огнеупорных изделий и красок в литейном производстве. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. — Красноярск, 2005 г. — 131с.

62. Головин Ю.И. Нанотехнология. Вводная лекция. Приложение № 2 к Инженерному журналу №2 2004. - 24 с.

63. Закирничная М.М. Образование фуллеренов в углеродистых сталях и чугунах при кристаллизации и термических воздействиях. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Уфа, 2001 г. - 244 с.

64. Свидунович H.A. Фуллереносодержащие конструкционные материалы и наносодержащие лигатуры // Литье и металлургия. 2004. - №2. -С. 75-84.

65. Синергетика и фракталы в материаловедении / Иванова B.C. и др.. М.: Наука, 1994. - 382 с.

66. Гладышев Г.П. Иерархическая термодинамика // endeav.org: международная академия творчества. URL. http://www.endeav.org/?id=47&lng=rus (дата обращения: 14.10.2008).

67. Активность // xumuk.ru: сайт о химии. URL. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/102.html (дата обращения: 21.10.2008).

68. Энергия активации // xumuk.ru: сайт о химии. URL. http://www.xumuk.rU/encyklopedia/2/5380.html (дата обращения^ 1.10.2008).

69. Тупатилов Е.А., Попов Е.В. Разработка ресурсосберегающих способов повышения надежности и эксплуатационного ресурса ответственного литься с использованием элементов наноструктурирования металла //Литье и металлургия. 2008 г. - №3. - С. 269-272.

70. Семенов В.И. Зарождение кристаллической фазы при затвердевании металлов // Заготовительные производства в машиностроении. 2007. -№9.-С. 3-9.

71. Калинин В.Т. Научные основы прогрессивных технологий модифицирования и легирования чугунов для отливок металлургического оборудования. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. Днепропетровск, 2005. - 38 с.

72. Иванова В.С., Новиков В.У. К итогам симпозиума «Фракталы и прикладная синергетика» // Металлургия машиностроения. 2004. - № 1. — С. 33-36.

73. Ковалевич Е.В. Теоретические основы и практика получения чугуна с шаровидным графитом мелкодисперсными модификаторами. Дис. на соискание ученой степени д.т.н. М.: ЦНИИТМАШ, 1996. - 311 с.

74. Ковалевич Е.В. Теоретические основы выбора модификатора для получении чугуна с шаровидным графитом без пироэффектов // Литейщик России. 2008. - № 8. - С. 29-31.

75. Давыдов С.В. Влияние термокинетических факторов на струк-турообразование в графитизированных чугунах. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Брянск, 2002. - 376 с.

76. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. Издательство «Лань», 2003. - 332 с.

77. Давыдов С.В. Фуллереновая природа жидкого чугуна основа технологии наномодифицирования // Труды седьмого съезда литейщиков России. — Новосибирск: Издательский дом Историческое наследие Сибири. -2005.-С. 101-108.

78. Седельников В.В., Гурдин В.И. Влияние ультрадисперсных порошков на форму кристаллов и свойства кристаллизующихся систем // Металлургия машиностроения. 2004. - № 6. - С. 24-26.

79. Шумихин В.С, Лузан П.П., Желнис М.В. Синтетический чугун. — Киев: Изд-во «Hayкова думка», 1971. — 157 с.

80. Панов А.Г. Рогожина Т.В. К вопросу о выборе науглероживателя при производстве синтетических чугунов // Теория и практика металлургических процессов при производстве отливок из черных сплавов. — Челябинск. — 2007. С.56-61.

81. Петрунин С.А. Eikern. Модификаторы и науглероживатели для чугунов с различной формой графита. К 100-летию компании // Литье Украины. -2003.-№9.-с. 3-5.

82. ГОСТ18191-78. Графит специальный малозольный.- М.: ИПК Изд. стандартов, 1978. — 5с.

83. ГОСТ 2169-69. Кремний технический. Технические условия. М.: ИПК Изд. стандартов, 1969. - 5 с.

84. Колтышев В.И. Исследования и разработка способов использования дисперсных отходов кремния для получения литейных силуминов. Диссертация на соискание учёной степени к.т.н. Владимир, 2002. - 144 с.

85. ТУ 0821-002-31184235-03. Брикетированный ферросилиций. -Челябинск: ЗАО «Ферросплав», 2003. 5 с.

86. Иванова B.C., Фолманис Г.Э. От наноматериалов к интеллектуальным нанотехнологиям // Металлургия машиностроения. - 2007. - №1. - С. 2-10.

87. Васильев В.А. Физико-химические основы литейного производства. М.: Интермет инжиниринг, 2001. - 336 с.

88. ГОСТ 27708-87. Отливки из чугуна. Методы механических испытаний. М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1987. - 12 с.

89. Салин В.Н., Чурилова Э.Ю. Практикум по курсу «Статистика» (в системе STATISTIKA). М., Издательский дом «Социальные отношения», 2003.- 188 с.

90. Вольнов И.Н. Системы автоматизированного моделирования литейных процессов состояние, проблемы, перспективы // Литейщик России. -2007.-№6.-С. 14-17.

91. Ильин В.П. Методы конечных разностей и конечных объемов для эллиптических уравнений. Новосибирск: Ин-т математики, 2000. - 345 с.

92. Вольнов И.Н. Моделирование литейных процессов современные вычислительные технологии // Литейщик России. - 2007. — №11. - С. 2730.

93. Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of Fluid (VOF. Method for the Dynamics of Free Boundaries // J. Сотр. Phys. -1981. -№39. -P.201-225.

94. VOF What's in a Name // flow3d.ru: flow science. URL. http://www.flow3d.ru/cfd-101/whatsina.htm (дата обращения: 15.12.2008).

95. Примеры для литья // flow3d.ru: flow science. URL. http://flow3d.ru/appl/cast.htm (дата обращения: 15.12.2008).

96. Семенов В.И. Трудности кинетической теории кристаллизации • металлов и сплавов // Металлургия машиностроения. 2005. - №1. - С. 1621.

97. Семенов В.И. Самопроизвольные процессы и строение расплава вблизи равновесной температуры кристаллизации // Металлургия машиностроения. 2005. - №5. - С. 26-31.

98. Семенов В.И. Затвердевание и рост нано-, микро- и макрокристаллов в потоке охлаждаемого расплава // Металлургия машиностроения — 2006.-№1.-с 47-52.

99. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления.-Л.: Химия, 1967.-388 с.

100. Стеценко В.Ю., Марукович Е.И. О зародышеобразовании при затвердевании металлов // Металлургия машиностроения. 2007. - №1. - С. 3237.

101. Флеминге М. Процессы затвердевания. М.: Мир, 1977. - 423 с.

102. Жуков A.A., Снежной Р.Л., Гиршович Н.Г., Давыдов C.B. О субмикроге-терогенном строении жидкого чугуна. // Литейное производство. — 1980. -№6.-С. 3-4.

103. Жуков A.A. Геометрическая термодинамика сплавов железа: Изд. 1-е. — М: Металлургия, 1971. 272 с.

104. Жуков A.A., Снежной P.JI. Термодинамика субмикрогетероген-ного строения жидкого чугуна. // Свойства расплавленных металлов. М.: Наука, 1974.-С. 15-21.

105. Жуков A.A. Магниевое гало вокруг глобул ей графита в высокопрочном чугуне. //Литейное производство, 1993. — №2. - С. 36-37.

106. Михайлов Е.Ф., Власенко С.С. Образование фрактальных структур в газовой фазе // Успехи физических наук. 1995. — Т. 165. - №3. - С. 263-283.

107. Семенов В.И. Измельчение кристаллизационной структуры сплавов путем управления межатомным взаимодействием // Заготовительные производства в машиностроении. 2008. -№ 11. — С. 10-15.

108. Семенов В.И. Ключевые факторы адаптации дендритной структуры отливок к однонаправленному теплоотводу // Заготовительные производства в машиностроении. — 2007. № 10. - С. 7-14.

109. Семенов В.И. Самопроизвольная кристаллизация и модифицирование структуры отливок // Заготовительные производства в машиностроении.-2007.-№ 11.-С. 3-7.

110. Семенов В.И., Чайкин A.B. Образование аустенитной и графитной фаз под воздействием порошкового Si + С модификатора при затвердевании серого чугуна // Заготовительные производства в машиностроении. -2009 г.-№8.-С. 11-20.

111. Кульбовский И.К., Поддубный А.Н. и др. Влияние термовременной обработки и шихтовых материалов на природу центров кристаллизации графита в расплаве чугуна // Литейщик России. 2008. - №8. - С. 33-35.

112. Бунин К.П., Малиночка Я.Н., Таран Ю.Н. Основы металлографии чугуна. М.: Металлургия, 1969. - 414 с.

113. Бунин К.П., Таран Ю.Н. Строение чугуна. М.: Металлургия, 1972.- 170 с.

114. Болдырев Д.А. Повышение работоспособности и ресурса пары трения «тормозной диск — колодка». Диссертация на соискание учёной степени к.т.н. Тольятти, 2004 г. - 136 с.

115. Кульбовский И.К., Туркин С.А. О природе центров кристаллизации графита при модифицировании чугуна графитизирующими модификаторами и графитом // Металлургия машиностроения. 2004 г. — №4. — С. 16-23.

116. Поллард Д. Справочник по вычислительным методам статистики. Пер. с англ. Под ред. Е. М. Четыркина Е. М. М., Финансы и статистика, 1982.-344 с.