CC BY
41
п 1тттсг= г: ктпглгита / д7
-3 (57), 2010 /
It is shown that introduction carbon into modifier composition and increase of its dispersion degree due to spatter on high-melting particles or due to mechanical alloying increases modifier efficiency for grey cast iron.
Г. Ф. ЛОВШЕНКО, о. С. КОМАРОВ, Н. И. УРБАНОВИЧ, В. И. ВОЛОСАТИКОВ, В. С. НИСС, БНТУ, А. И. ЛЕЦКО, ГНПО ПМ
УДК 621.74
повышение эффективности модифицирования серого чугуна за счет введения в состав модификатора углерода
В Республике Беларусь на машиностроительных заводах ежегодно выплавляется порядка 800 тыс. т отливок из серого чугуна.
Известно, что для получения высококачественных чугунов широко применяется внепеч-ная обработка, т. е. модифицирование. В настоящий момент в связи с дефицитом литейных чугу-нов в состав шихты для получения расплава вводят передельные чугуны, стальной и чугунный лом, стружку, что неизбежно приводит к нарушению воспроизводимости результатов модифицирования, снижению его эффективности и, как следствие, росту брака по отбелу, образованию мелкого междендритного графита, снижающего прочность и износостойкость литых чугунных изделий.
В связи с изложенным выше исследования, направленные на совершенствование структуры и свойств чугунных отливок, являются весьма актуальными.
Цель данной работы - повышение эффективности модифицирования как средства управления макро- и микроструктурой литых заготовок из серого чугуна за счет применения в качестве модификаторов дисперсных тугоплавких частиц, плакированных углеродом, а также за счет использования порошка и компактного материала из алюминия, механически легированных тугоплавкими ультрадисперсными частицами и углеродом.
В качестве ультрадисперсных тугоплавких частиц применяли нитрид бора (ВК) и нитрид титана (1ВД), размер частиц которых составил 2-20 мкм. Плакирование частиц порошка BN углеродом производили магнетронным методом в течение 4 ч
в среде азота, а частиц ТК - в среде аргона в течение 5 ч.
Механическое легирование порошка алюминия частицами ВК, ТК и углеродом осуществляли в аттриторе в течение 3 ч при скорости вращения мешалки 350 мин-1 в среде бензина. Таким способом получили механически легированный порошок алюминия трех составов (табл. 1).
Изготовление механически легированного компактного материала состояло из двух стадий. На первой стадии порошок алюминия и углерода обрабатывали в энергонапряженной мельнице на основе механореактора гидрационного типа в течение 3 ч, в результате чего получали гранулированную композицию со средним размером гранул 200 мкм с гомогенным распределением углерода в алюминиевой матрице. На второй стадии проводили компактирование полученных гранул методом горячего прессования (экструзией), в результате чего получали пруток диаметром 8 мм.
Для изучения влияния (табл. 1) составов модификаторов на макро- и микроструктуру серого чугуна отливали исходные образцы в виде стержней диаметром 20 мм из сплава, имеющего следующий химический состав: С-3,2%; Si - 1,89; Мп -0,30; Сг <0,18; Си - 2,24; S -0, 09; Р -0,13%.
Навески исходного чугуна массой по 600 г переплавляли в графитно-шамотных тиглях в сили-товой печи, при этом расплав модифицировали различными добавками при температуре 1450 °С в количестве 0,1% от массы расплава с помощью кварцевой трубки, на конце которой крепили конверты из железной фольги, с размещенным в нем модификатором.
до _
чи/ 3 (57), 2010-
Т а б л и ц а 1. Влияние состава модификатора на глубину отбела в сером чугуне
Номер образца Состав модификатора, мас.% Глубина отбела к, мм Вид и способ ввода модификатора
0 Без модификатора 3,5 —
2 0,1 А1 1,4 Алюминиевый порошок - таблетка
2 0,1(А1 + 10%ВЫ) 2,2 Порошок алюминия, механически легированный ультрадисперсными частицами. ВЫ-таблетка
1 2 3 4
3 0,1(А1 + 10%ВЫ + 6%С) 1,0 Порошок алюминия, механически легированный ультрадисперсными частицами BN и углеродом -таблетка
4 0,1(А1 + 10%BN + 6%С + 3%В^ 3,2 Порошок алюминия, механически легированный ультрадисперсными частицами BN и углеродом и висмутом - таблетка
5 0,1А1 Отбел по всему контуру клиновидной пробы, в торце узкой части пробы глубина отбела 4 мм Алюминиевая проволока
6 0,1 (А1 + 6%С) 0,5 Пруток из алюминия, механически легированный углеродом
7 0,1 [90% А1 + 10%(BN + С)] 1,1 Таблетка, состоящая из 90% порошка алюминия и 10% ультрадисперсных частиц ВЫ, плакированных углеродом магнетронным методом
8 0,1 [90% А1 + 10% (TiN + С)] 1,2 Таблетка, состоящая из 90% порошка алюминия и 10% ультрадисперсных частиц ТЫ, плакированных углеродом магнетронным методом
Рис. 1. Макроструктура клиновидной пробы на отбел из серого чугуна: а - без добавки; б - 0,1% А1 порошкового; в - 0,1% (А1 + 10% NB + 6% С) механически легированного порошка; г - 0,1% (А1 + 6% С) компактного материала в виде прутка
аггг^ г: гсгшотггта / л о
-3 (57), 2010/ Чу
а б в
Рис. 2. Микроструктура серого чугуна: а - без добавки; б - 0,1% А1 порошкового; в - 0,1% (А1 + 6% С) компактного материала в виде прутка. х100
а б в
Рис. 3. Эвтектические ячейки серого чугуна: а - без добавки; б - 0,1% А1 порошкового; в - 0,1% (А1 + 6% С) компактного
материала в виде прутка. *65
Для лучшего усвоения порошкообразных добавок их брикетировали в специальной пресс-форме методом холодного прессования, получали таблетки диаметром 10 мм и толщиной 3-5 мм. После ввода модификатора в расплав и выдержки его в печи в течение 1 мин заливали стержневые формы клиновидных проб на отбел и кварцевые ампулы диаметром 18 мм.
На рис. 1 приведены примеры макроструктур клиновидных проб на отбел из серого чугуна.
Анализ макроструктуры изломов клиновидных проб, критерием которого служила глубина отбела (И, мм), показал (табл. 1), что лучшие результаты по глубине отбела имеют пробы, расплав которых обрабатывали модификаторами, содержащими тугоплавкие ультрадисперсные частицы и углерод. Из них наименьший отбел (И = 0,5 мм) имеет проба из расплава, модифицированного полуфабрикатом в виде прутка из алюминия, механически легированного углеродом.
На рис. 2 показаны микроструктуры исходного чугуна и модифицированного 0,1% А1 порошкового; 0,1% (А1 + 6% С) компактного материала в виде прутка.
Структура исходного чугуна имеет смешанное сетчатое и междендритное точечное распределение включений графита пластинчатой завихренной формы; структура чугуна, модифицированного только порошковым алюминием, имеет неравномерное распределение пластинчатого завихренного графита. Однако структура чугуна,
модифицированного полуфабрикатом в виде прутка из алюминия, механически легированного углеродом, характеризуется равномерно распределенным графитом пластинчатой завихренной формы. При этом наблюдается сокращение длины пластинок графитных включений и увеличение их толщины, что по общепринятому представлению способствует повышению прочностных характеристик серого чугуна.
Важным фактором, свидетельствующим об эффективности модификатора, является увеличение числа эвтектических ячеек в модифицированном чугуне. С целью выявления количества эвтектических ячеек на единичной поверхности образца (п) изготавливали шлифы из литых образцов, полученных в кварцевых ампулах. Для травления использовали реактив состава: медный купорос CuSO4 - 3 г, пикриновая кислота - 5 г, концентрированная соляная кислота - 20 см3. и этиловый спирт - 100 см3.
На рис. 3 показаны структуры эвтектических ячеек исходного чугуна, модифицированного
Т а б л и ц а 2. Влияние состава модификатора на количество эвтектических зерен
Номер образца Состав модификатора, мас.% п, мм 2
0 Без модификатора 12,8
1 0,1% А1 порошкового таблетированного 16,64
6 0,1% (А1 + 6% С) компактного материала в виде прутка 27,52
сп /лгттсг; г: ктмттг.
ии/ 3 (57),2010-
0,1%А1 порошкового и 0,1%(А1 + 6%С) компактного материала в виде прутка. Как показал анализ структур, наибольшее количество эвтектических ячеек (п = 27,52) имеет чугун, модифицированный полуфабрикатом в виде прутка из алюминия, механически легированного углеродом (табл. 2).
Вывод
Таким образом, введение в состав модификатора углерода и увеличение степени его дисперсности за счет напыления на тугоплавкие частицы или механического легирования повышает эффективность модификатора для серого чугуна.
