Повышение свойств отливок из чугунов специального назначения путем рафинирования и модифицирования их расплавов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

УДК [621.745.55:669.046.516]:669 Колокольцев В.М., Шевченко А.В.

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ ОТЛИВОК ИЗ ЧУГУНОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПУТЕМ РАФИНИРОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ ИХ РАСПЛАВОВ *

Срок службы отливок из комплексно-легированных белых чугунов (КЛБЧ) зависит от свойств самого металла, которые во многом определяются структурой. В свою очередь, управлять литой структурой и свойствами чугунов можно путем изменения химического состава, скорости охлаждения, модифицирования, рафинирования, термовременной и термической обработками.

Эффективными методами улучшения механических и специальных свойств литейных сплавов являются рафинирование и модифицирование. Рафинирование позволяет получать сплавы надлежащего качества, что достигается снижением до минимальных пределов содержания вредных примесей и газов. Модифицирование способствует измельчению структурных составляющих. Рафинирование и модифицирование, активно воздействуя на степень чистоты сплава, размер зерна, состав и морфологию избыточных фаз, влияют на весь спектр свойств.

Примесное модифицирование потенциально является наиболее экономичным и высокоэффективным методом воздействия на формирование литой структуры отливок и придания металлу повышенных технологических и эксплуатационных свойств. Примесное модифицирование подходит для всех видов литья.

В настоящее время термовременное модифицирование КЛБЧ почти не используют ввиду его слабой изученности и недостаточной разработки. Поэтому остается не раскрытым вопрос влияния выдержки расплава при различных температурах и времени, а также влияния полученныхпри этом структур на свойства КЛБЧ.

С целью повышения свойств отливок из КЛБЧ изучали процессы их рафинирования и модифицирования кальций-стронциевым карбонатом (Са,8г)С03, ферробором ФБ23, силикокальцием СК-20, бор-титан-алюминистой лигатурой БФТ-1, а также термовременной обработкой.

Исследования проводили на комплекснолегированных белых чугунах - ИЧ220Х18Г4НТ, ИЧ270Х24НТБР, ИЧХ28Н2. Выплавку опытных чугунов осуществляли в индукционной тигельной печи с основной футеровкой. По окончании выплавки проводили раскисление расплава, после чего осуществлялась обработка рафинирующе-модифицирующими

* Работа выполнена в рамках государственного контракта №ГК-873П реализации ФЦП «Ночные и нгучно-педашги-ческие кадры инновационнойРоссии» на 2009-2013 годы.

материалами - (Ca,Sr)CO3, Fe В, Si-Ca, БФР-1. Химический состав образцов определяли спектральным методом на приборе фирмы «Райгер» в лаборатории ЗАО «Механоремонтный комплекс», ОАО «ММК».

Сравнительные испытания на износостойкость сплавов при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы проводили на лабораторной установке по методике, регламентированной ГОСР 23.208-79. Относительную износостойкость определяли по отношению потери массы эталонного образца к потере массы исследуемого образца.

Оценку ударно-абразивной износостойкости металлов и сплавов проводили согласно ГОСР 23.207 -79 «Метод испытаний машиностроительных материалов на ударно-абразивное изнашивание».

Твердость образцов (по Роквеллу) определяли на твердомере фирмы Ernst типа AT130D по ГОСР 9013-59 вдавливанием алмазного конуса, имеющего угол при вершине 120°, с нагрузкой 1457 Н.

Исследование влияния рафинирующе-модифици-рующих материалов на кристаллизацию КЛБЧ проводили с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) ЛА-50 USB.

Жидкотекучесть чугунов определяли при помощи пробы со спиральным каналом по ГОСР 16438-84. Линейную усадку определяли как разность размеров формы (модели отливки) и отливки после ее полного охлаждения.

Металлографические исследования микроструктуры сплавов проводили на оптических микроскопах при увеличении от 100 до 1000 крат. Количественный металлографический анализ проводили при помощи анализатора изображений Tixomet.

Микротвердость структурных составляющих измеряли на приборе ПМГ-3 при нагрузке на индентор 50 Н.

Исследование влияния (Ca,Sr)CO3 на структуру и свойства проводили на чугунах ИЧХ28Н2,

ИЧ270Х24НРБР, ИЧ220Х18Г4НГ. Количество добавки в опытных плавках составило 1, 3, 5, 6, 7 и 9 кг/т. Средний химический состав кальций-стронциевого карбоната следующий:

- массовая доля карбоната кальция - 90%;

- массовая доля карбоната стронция - 5%;

- остальное MgO, Al2O3, SiO2, фториды натрия и калия.

Обработка чугунов карбонатом приводит к увеличению всех показателей свойств (рис. 1). Максим аль-

ные показатели свойств наблюдаются при добавлении карбоната до 5 кг/т - для чугунов ИЧ220Х18Г4НТ и ИЧ270Х24НТБР, а для чугуна ИЧХ28Н2 - до 6 кг/т.

Обработка чугунов карбонатом способствует снижению загрязненности сплавов неметаллическими включениями, особенно сульфидными, уменьшению их размера, глобуляризации и переводу их в глубь зерна, а также измельчению и усреднению структуры. Полученные результаты показывают, что наибольшее влияние кальций-стронциевый карбонат оказывает на КЛБЧ аустенитного и аустенитно-феритного классов (ИЧ220X18Г4НТ, ИЧ270Х24НТБР) и менее значительное - мартенситно-аустенитного (ИЧХ28Н2) класса.

Исследовано влияния бора на свойства чугунов ИЧХ28Н2, ИЧ220Х18Г4НТ. В исследуемых чугунах содержание бора составляло: 0,005; 0,01; 0,02; 0,03%.

Обработка чугунов бором повышает весь комплекс свойств. Максимальные показатели свойств наблюдаются при добавлении бора для ИЧ220Х18Г4НТ -0,02%, а для ИЧХ28Н2 - 0,01% (рис. 2). Это можно объяснить тем, что при таком количестве бора он действует как добавка, рафинирующая и модифицирующая чугун.

Бор при введении его в расплав адсорбируется на поверхности растущих кристаллитов, затрудняя их рост. Тем самым, снижая тепловыделение при кристаллизации, вызывает увеличение переохлаждения. Это способствует увеличению дисперсности струк-турныхсоставляющих исследуемыхсплавов.

Исследовано влияния кальция на свойства чугуна ИЧ220Х18Г4НТ. Количество СК20 определялось, исходя из остаточного содержания кальция: 0,005; 0,01;

0,015; 0,02; 0,025%.

Максимальные показатели свойств наблюдаются при добавлении силикокальция в количестве 6,6 кг/т (Ки 1,85 ед,

НЯС 46,5 ед., А т 0,029 г/м2 ч, Ь

0,24%). Такое благоприятное действие основывается на его способности оказывать влияние на тип и распределение неметаллических включений, микроструктуру чугуна, а также на высоком сродстве кальция к кислороду и сере.

Остаточное содержание серы после обработки сплава си -лико кальцием в количестве 6,6 кг/т составило 0,01%, по сравнению с исждным 0,026%. Оксиды и сульфиды кальция имеют низкую плотность, легко всплывают и переждят в шлак.

При этом происходит заметное повышение твердости и износостойкости образцов до количества добавки, соответствующей оптимальной.

Исследовано влияния лигатуры БФТ-1 на свойства чугуна

ИЧХ28Н2. Химический состав лигатуры БФТ-1, %: 43,5 П; 3,0 В; 20,0 А1; 13,5 81; 1,2 С; Бе - ост.

Количество БФТ-1 в опытных плавках составило 1,

3, 5, 7 и 9 кг/т. При обработке расплавов БФТ-1 до 5 кг/т, залитых как в сырую, так и в сухую ПГФ, проис-ждит непрерывный рост всех свойств, что соответствует остаточному содержанию бора - 0,012%, титана -

0,12%. Наилучшие результаты наблюдаются при заливке расплава в сырую ПГФ (Ки 1,88ед, НЕ1С 50,5ед, Ат 0,016 г/м2ч, Ь 0,19%). При расходе БФТ-1 свыше 5 кг/т происждит снижение свойств. При заливке расплавов в кокиль, обработанных БФТ-1 в количестве до 7 кг/т, коэффициент износостойкости Ки, уменьшается.

С целью повышения механических свойств была проведена термическая обработка модифицированных образцов, которая заключалась в нагреве до температур аустенизации (900°С), выдержки при этой температуре в течение 1 часа и спокойном остывании на воздухе.

Термическая обработка привела к значительному повышению твердости исследуемого чугуна (с 50 до 60,5 НЯС), что положительно отражается на износостойкости. Коэффициент износостойкости модифицированного чугуна, обработанного 5 кг/т БФТ-1, залитого сухую и сырую ПГФ, увеличился на 10%.

Как указывалось выше, наибольшего повышения эксплуатационной стойкости отливок можно добиться путем комплексного модифицирования расплава активными элементами, причем желательно, чтобы они имели различный механизм воздействия на расплав, т.е. были инокуляторами, ингибиторами и инверсорами.

Таким условиям удовлетворяют показавшие наи-

Количество (Са,5г)С03, кг/т Количество (Са,5г)С03 кг/т

Рис. 1. Влияние (Са,5г)ООз на свойства чугунов, залитых в сырую ПГФ:

1 - ИЧ 220X18Г4НТ; 2 - ИЧХ28Н 2; 3 - ИЧ 270X24НТБР

Содержание бора,%

Содержание бора, %

Рис. 2. Влияние бора на свойства чугунов, залитых в сырую ПГФ:

1 - ИЧ220X18Г4НТ; 2 - ИЧХ28Н 2

лучшие результаты по обработке жидких расплавов КЛБЧ лигатура БФТ-1, а также из материалов, содержащих щелочно-земельные элементы - кальций-стронциевый карбонат.

Исследование влияния комплексного модифицирования проводили на чугуне ИЧХ28Н2. Чугун выплавляли в индукционной тигельной печи с основной футеровкой. Влияние скорости охиаждения при кристаллизации на структуру и свойства чугуна изучали на образцах, залитых в сухие, сырые песчано-глинистые формы и кокиль.

Для этого был спланирован и проведен рототабель-ный эксперимент, где в качестве ядра плана - полный факторный эксперимент типа 22, при следующем изменении факторов, кг/т: Х1 ((Са,8г)С03, 3; 5); Х2 (БФТ-1, 2; 4), а также постановка дополнительных опытов в «звездных» точкахи в центре плана этого ядра.

В результате обработки рототабельного эксперимента получены адекватные математические зависимости свойств экспериментальных сплавов от количеств введенных модификаторов. В частности, для сухой ПГФ они имеют вид:

Кисух = 1,901 + 0,065Х1 + 0,084X2 +

+ 0,0106X2 - 0,0265XХ2 ед.; (1)

Дтсух = 0,0184 + 0,01 Х1 + 0,006Х2 -

- 0,0023 *Х 2 г/м2ч; (2)

Ьсух = 0,216 + 0,008X1 + 0,01X2 -

- 0,007X2 %. (3)

Используя полученные математические зависимости и нейросетевую программу «Модель», были определены весовые коэффициенты и ряды влияния модификаторов на свойства чугуна.

По силе влияния на износостойкость, твердость, окалиностойкость и ростоустойчивость добавки можно расположить в следующие ряды, в порядке уменьшения (табл. 1).

Наибольшее влияние на твердость, износостойкость и ростоустойчивость чугуна оказывает БФТ-1. Это можно объяснить наличием карбидов и дибори-дов титана в сплаве, имеющих высокие показатели микротвердости, что способствует увеличению износостойкости и твердости, а также жаропрочные свойства, способствующие стабилизации структуры, что влечет повышение ростоустойчивости.

Наибольшее влияние на окалиностойкость оказывает кальций-стронциевый карбонат, что объясняется повышением сопротивляемости окислению матрицы чугунов, благодаря высокой рафинирующей способности карбоната и, что более важно, образованию на поверхности о тли -вок оксидной пленки хромата стронция (8гСг04), имеющей высокую плотность и прочное сцепление с металлической основой.

Прослеживается четкая тенденция изменения показателей свойств и некоторых характеристик микроструктуры в зависимости от скорости охлаждения.

С увеличением скорости охлаждения происходит измельчение карбидов и эвтектики. Это приводит к увеличению твердости и снижению износостойкости. Максимальной износостойкостью обладают чугуны, залитые в сухую ПГФ, где обеспечиваются оптимальные значения микротвердости основы и карбидов, их соотношение и количество. Меньшей износостойкостью обладают чугуны, залитые в кокиль, в них образуется большое количество мелких карбидов, которые не имеют прочного сцепления с основой и при изнашивании выкрашиваются, что приводит к снижению износостойкости.

Падение окалиностойкости с увеличением скорости охлаждения связано с увеличением количества эвтектики, что приводит к обеднению твердого раствора хромом. Кроме того, увеличивается межзерен-ная поверхность, которая обогащается легкоплавкими составляющими и более загрязнена.

Прослеживается различное влияние модификаторов при обработке расплавов в зависимости от типа литейной формы. С увеличением скорости охлаждения влияние карбоната на твердость, износостойкость и ростоустойчивость уменьшается, а лигатуры БФТ-1 увеличивается. Влияние карбоната на окалиностойкость увеличивается, аБФТ-1 уменьшается.

Используя данные ряды и сопоставляя влияние модифицирующих материалов на структурные составляющие в зависимости от скорости охлаждения, можно определять их рациональное содержание для обеспечения требуемых свойств отливок.

Проведены исследования по влиянию термовременной обработки жидкого расплава. Исследования проводили на чугуне ИЧХ28Н2. Выдержку расплава осуществляли при его перегреве над температурой ликвидус на 100, 150, 200, 250 и 350°С. Учитывая массу садки печи, продолжительность выдержки расплава при заданной температуре составила 3 мин. После расплавления чугун нагревали до заданной температуры, проводили выдержку, после чего расплав охлаждали и заливали в сухую, сырую ПГФ и кокиль.

Анализ полученных результатов показал, что наибольшей абразивной и ударо-абразивной износо-стойкостью обладает сплав, выдержанный при температуре 1420°С (рис. 3). Максимальная абразивная износостойкость получена при заливке расплава в сухую ПГФ, при этом с увеличением теплоаккумулирующей способности формы Ки снижается. Наи-

Таблица1

Влияние добавок на свойства чугунов

Свойство чугуна Добавка

ПГФ сухая ПГФ сырая Кокиль

Износостойкость БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з

Твердость БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з

Окалиностойкость (Са,Бг)С0з ^ БФТ-1 (Са,Бг)С0з ^ БФТ-1 (Са,Бг)С0з ^ БФТ-1

Ростоустойчивость БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з БФТ-1 ^ (Са,Бг)С0з

больший Киуд.абр получен при заливке расплава в сырую ПГФ. Твердость образцов незначительно снизи-

N

V /дабрЛ

■ \

к ■■

2,3 2,2 21 « 01

2

О.

1,8 5 5

1,7

1,6

1,5

0.038

*

4, 0,036 Е 0.034 л' 0.032

Ез

О 0.03

эс

4 0.028 § 0.026

5 0.024 Я 0.022

Окалиност.

^

✓

1300 1400 1500 1600 1700

Температура выдержки, °С

1300 1400 1500 1600 1700

Температура выдержки,°С

Рис. 3. ВлияниеТВО на свойства чугуна ИЧХ28Н2, залитого в сухую ПГФ

Температура выдержки, °С

Рис. 4. Влияние ТВО на объемную долю карбидов хрома чугуна ИЧХ28Н2, залитого в сырую ПГФ

х500 х500 х500

а б в

Рис. 5. Микроструктура чугуна ИЧХ28Н2 после термовременной обработки при температуре выдержки: а - 1370°С; б - 1470°С; в - 1620°С

1+001450 1300 1550 1000 1650 Т1 мпа ргг.ра вмдер.+.кн.

1400 1450 1500 1550 1600 1650 Температура выдержки,°С

Рис. 6. Совместное влияние ТВО и (Са,5г)ООз, БФТ-1 на свойства ИЧХ28Н2,

залитого в сухую ПГФ

лась. Жаростойкость также понизилась, и с повышением температуры выдержки расплава до температуры 1620°С показатели окалино-стойкости и р о стоустойчиво с ти образцов повышаются.

Количественный анализ карбидов хрома показал, что при повышении температуры выдержки для всех типов форм происходит увеличение объемной доли карбидов хрома с площадью менее 10 2 2 мкм и в интервале 10<А<20 мкм ,

с одновременным уменьшением доли карбидов >20 мкм2, т.е. происходит растворение крупных карбидов и образование более мелких На рис. 4 представлено влияние ТВО на объемную долю карбидов хрома чугуна ИЧХ28Н2 в зависимости от их средней площади, залитого в сырую ПГФ.

Установлено взаимное влияние теплоаккумулирующей способности формы и температуры выдержки на структуру и свойства чугуна. С повышением теплэакку-мулирующей способности формы повышается степень влияния температуры выдержки. Так, наибольшее влияние температура выдержки оказывает на расплавы, залитые в кокиль, где происходит значительное увеличение доли карбидов плэщадью менее 10 мкм2 и уменьшение доли крупных карбидов площадью более 20 мкм2.

С повышением температуры выдержки происходит изменение формы карбидов (рис. 5). Карбиды становятся более округлыми и равномерно распределены по объему. Это отражается и на микротвердости структурных составляющих.

Под влиянием ТВО происходит уменьшение микротвердости основы и эвтектики и заметное повышение микротвердости (с 1587 до 2040 НУ) отдельных кар -бидов хрома. Такая тенденция наблюдается до температуры выдержки 1520°С. Это связано с изменением химического состава карбидов вследствие обеднения основы хромом и насыщения им карбидов. Дальнейшее повышение температуры (1620° С) приводит к росту микротвердости основы и эвтектики и снижению микротвердости карбидов хрома.

Согласно законам термодинамики получение мелкозернистой структуры и других эффектов модифицирования зависит от изменения свободной энер-гии АО. Любые воздействия на жидкий металл, вызывающие изменение его внутренней энергии, будут приводить к изменению характера кристаллизации. Поэтому является перспективным повышение свойств отливок за счет совместного воздействия на жидкий расплав белого чугуна термовременной обработки и примесного модифицирования.

На основе ранее проведенных исследований были выбраны режимы ТВО и количество рафинирующе-модифицирующих материалов (Са,8г)С03 и БФТ-1, указанные ниже.

После расплавления проводили нагрев расплава до нужной температуры (1420, 1470 и 1620°С) с последующей выдержкой в течение 3 мин, после чего расплав охлаждали до температуры заливки, вводили карбонат, а затем лигатуру в количествах 3 и 4 кг/т соответственно. После ввода карбоната и БФТ-1 расплав выдерживали до полного растворения добавок, а затем заливали опытные образцы. Результаты экспериментов представлены на рис. 6.

Термовременная обработка и модифицирование расплава (Са,8г)С03 и БФТ-1 обеспечили повышение всех показателей свойств. Наибольший показатель абразивной износостойкости соответствует температуре выдержки чугуна при 1470°С, а ударно-абразивной -при 1420° С.

Максимальная абразивная износостойкость получена при заливке расплава в сухую ПГФ, при этом с увеличением теплоаккумулирующей способности формы Ки снижается. Наибольший Киуд.абр получен при заливке расплава в сырую ПГФ.

Следует отметить, что показатели ударно-абразивной износостойкости снизились по сравнению с показателями, полученными при воздействии на чугун только ТВО. Твердость образцов изменилась в сторону повышения. Жаростойкость также повысилась, и наибольшим показателям окалиностойкости и ростоустойчивости образцов соответствуют температуры выдержки расплавов 1420 и 1470°С.

С повышением температуры выдержки происходит увеличение объемной доли карбидов за счет увеличения их числа. При этом размеры карбидов и расстояние между ними уменьшаются. Они более равномерно распределены по объему (рис. 7). Данные изменения отразились на микротвердости структурных составляющих. Под влиянием ТВО и модифицирования происходит повышение микротвердости эвтектики (с 550 до 650 НУ) и отдельных карбидов хрома (с 1106 до 1556 НУ) до температуры выдержки 1470°С, после чего происходит снижение.

Наибольшая микротвердость карбидов хрома получена при заливки чугуна в сухую ПГФ. С повышением теплоаккумулирующей способности формы значения микротвердости снижаются.

На основе проведенных исследований разработан наиболее рациональный режим: температура выдержки - 1470°С; время выдержки - 3 мин; количество

карбоната - 3 кг/т, лигатуры БФТ-1 - 4 кг/т.

Проведенные ранее исследования показали, что при вводе в жидкий расплав активных элементов происходит изменение параметров кристаллизации, что, несомненно, отразится и на литейных свойствах.

С этой целью были изучены литейные свойства чугуна ИЧХ28Н2 после его модифицирования разработанным комплексом ((Са,8г)С03, БФТ-1) и ТВО. Для этого измеряли линейную и литейную усадку, трещиноустойчивость и жидкотекучесть чугунов до и после применения разработанной технологии модифицирования, с оптимальным режимом ТВО и количествами карбоната и БФТ-1.

Кинетика свободной линейной усадки чугуна до и после модифицирования расплава (Са,8г)С03 и БФТ-1 совместно с ТВО представлена на рис. 8, затрудненной линейной усадки - на рис. 9.

Оценивая влияние разработанной технологии модифицирования на кинетику процессов свободной и затрудненной усадок, можно отметить, что происж-дит замедление этих процессов и, как следствие, снижение усадки. Наиболее ярко выраженное влияние модифицирование оказывает на кинетику процесса затрудненной усадки, особенно в начальный момент затвердевания отливки. Следствием этого замедления является снижение нарастания напряжений, что положительно влияет на трещиноустойчивость.

Модифицирование расплава (Са8г)С03, БФТ-1 и ТВО также оказывает влияние и на другое важное ли-

х500 х500

а б

Рис. 7. Микроструктура чугуна ИЧХ28Н2 после совместного воздействия ТВО (температура выдержки: а - Т=1420°С; б - Т=1470°С) и модифицирования разработанным комплексом (сырая ПГФ)

Время, с

Рис. 8. Влияние разработанной технологии модифицирования на кинетику процесса свободной усадки чугуна ИЧХ28Н2

тейное свойство - жидкотекучесть. На рис. 10 показана жидкотекучесть чугуна ИЧХ28Н2 до и после обработки его расплава ТВО и рафинирующе-модифицирующими материалами при температуре заливки 1370°С.

Применение разработанного метода обработки расплава чугуна оказывает положительное влияние на жидкотекучесть. Уменьшение поверхностного натяжения, вязкости металла и уменьшение величины кристаллов, связанное с модифицирующим действием добавок и ТВО расплава, приводит к изменению закономерности кристаллизации при движении в полости канала. Сочетание такого фактора с рафинирующим действием карбоната обеспечило прирост жидкотекучести.

Для изучения влияния рафинирующе-модифици-рующихматериалов, а также разработанной технологии модифицирования на весь комплекс литейных свойств исследуемых чугунов применяли комплексную технологическую пробу Нехендзи-Купцова, данные по исследованиям на которой представлены в табл. 2.

При обработке чугунов данными рафинирующе-модифицирующими материалами и ТВО приводит к повышению трещиноустойчивости.

Проведенные исследования показали, что для всех исследуемых чугунов, влияние карбоната на усадку, жидкотекучесть и тре-щинопоражаемость более значительно, чем силикокальция, бора и БФТ-1, что объясняется высокой рафинирующей способностью карбоната. Однако совместное влияние ТВО, (CaSr)COз и БФТ-1 на исследуемые литейные свойства показывает наилучшие результаты. Следует отметить, что после обработки чугунов бором и лигатурой БФТ-1 происходит снижение жидкотекучести, что связано с увеличением переохлаждения расплава при кристаллизации, а также наличием в БФТ-1 диборидов и образующихся нитридов и карбидов титана, имеющих угловатую форму, что влечет повышение вязкости расплава.

Обобщение полученных результатов исследований позволило сделать следующие выводы:

1. Зависимость жароизносостойкости чугунов от количества вводимых кальций-с тр о нциево го карбоната, силикокальция, бора и лигатуры БФТ-1 носит ярко выраженный экстремальный характер с максимумом при строго определенном количестве вводимой добавки. Количество вводимого карбоната, при котором жароизносостойкость чугунов максимальна : для ИЧ220Х18Г4НТ и

ИЧ270Х24НТБР составляет 5 кг/т, для ИЧХ28Н2 - 6 кг/т. Количество вводимого бора для ИЧ220Х18Г4НТ - 0,02%, для ИЧХ28Н2 - 0,01°%. Максимальные показатели свойств чугуна ИЧ220Х18Г4НТ при добавлении силикокальция СК20 соответствуют количеству добавки 6,6 кг/т. Количество БФТ-1, при котором свойства ИЧХ28 Н 2 наибольшие, составляет 5 кг/т.

2. Обработка расплава чугуна ИЧХ28Н2 одновременно (Са^г)СОз и БФТ-1 в количествах 3 и 4 кг/т соответственно привела к существенному улучшению жаростойкости и износостойкости, чем при раздельном их использовании.

Время, с

Рис. 9. Влияние разработанной технологии модифицирования на кинетику процесса затрудненной усадки чугуна ИЧХ28Н2

690

630

600

---560 -----------

І I

750 700 650 % 600 %

< 550 500 450 400

Без обработки после обработки после ТВО после

расплава расплава применения

(Са5г)СОЗи БФТ-1 разаботанного

комплексного

метода

Рис. 10. Жидкотекучесть чугуна ИЧХ28Н2 после различных видов обработки его расплава

Таблица 2

Литейные свойства чугунов

Сплав Литейные свойства

Усадка Є, % Жидкотекучесть 1, мм Трещинопоражаемость, мм

А1\тр ^12тр ^13тр А14тр ХА/тр

ИЧХ28Н2 1,7 325 - 1,6 - - 1,6

с карбонатом 1,52 340 - 0,9 - - 0,9

с БФТ-1 1,6 305 - 1,2 - - 1,2

ИЧХ28Н2 после применение разработанного метода 1,5 360 - 0,7 - - 0,7

ИЧ220Х18Г4НТ 2,1 220 - 1,55 - - 1,55

с карбонатом 1,86 235 - 0,85 - - 0,85

сбором 1,91 210 - 1,2 - - 1,2

ссиликокальцием 1,87 220 - 0,9 - - 0,9

ИЧ270Х24НТБР 1,8 155 - 1.7 - - 1,7

с карбонатом 1,66 166 - 0,85 - - 0,85

ссиликокальцием 1,69 162 - 0,9 - - 0,9

3. Получены математические зависимости взаимосвязей количеств модификаторов ((Са^г)С03, БФТ-1), механических и специальных свойств чугуна ИЧХ28Н2, залитого в сырую, сухую песчано-глинистые формы и кокиль. На их основе определенны весовые коэффициенты влияния данных модификаторов на свойства исследуемого чугуна.

Наибольшее влияние на твердость, износостойкость и ростоустойчивость сплавов оказывает БФТ-1, а на окалиностойкость - кальций-стронциевый карбонат. При этом установлено различное влияние этих материалов на свойства в зависимости от скорости охлаждения. С увеличением скорости охлаждения влияние карбоната на твердость, износостойкость и ростоустойчивость уменьшается, а лигатуры БФТ-1 увеличивается. Влияние карбоната на окалиностойкость увеличивается, БФТ-1 уменьшается.

4. Термовременная обработка способствует измельчению карбидов, что приводит к повышению абразивной и ударно-абразивной износостойкости чугунов при незначительном понижении жаростойкости. Одновременному повышению всех специальных свойств ТВО не способствует. Наибольшей абразивной и ударноабразивной износостойкостью обладает сплав, выдержанный при температуре 1420° С в течение 3 мин.

Установлено взаимное влияние теплоаккумулирующей способности формы и температуры выдержки на структуру и свойства чугуна. С повышением теплоаккумулирующей способности формы повышается степень влияния температуры выдержки. Так, наибольшее влияние температура выдержки оказывает на расплавы, залитые в кокиль, где происждит значительное увеличение доли карбидов плошддью менее 10 мкм2 и уменьшение доли крупныхкарбидов плошддью более 20 мкм2.

5. Совместное влияние ТВО и (Са^г)С03 с БФТ-1 на расплав ИЧХ28Н2 обеспечило повышение всех показателей свойств. Наибольший показатель абразивной износостойкости соответствует температуре выдержки чугуна при 1470°С, а ударно-абразивной -при температуре 1420°С. Причем показатели ударноабразивной износостойкости снизились по сравнению с показателями, полученными при воздействии на чугун только ТВО. Жаростойкость также повысилась, и наибольшим показателям о калино стой кости и рос-тоустойчивости образцов соответствуют температуры

выдержки расплава 1420-1470°С.

6. Одним из важнейших факторов, определяющих сопротивление данных чугунов изнашиванию, является их структурное состояние, которое зависит от взаимного располэжения, количественного соотношения и характера связи отдельных составляющих структуры. Что, в свою очередь, зависит от вида модификатора, его количества и скорости охлаждения сплава (типа формы).

Была установлена тенденция изменения твердости, износостойкости и характеристик микроструктуры в зависимости от скорости охлаждения. Таким образом, выбирая тип литейной формы, можно регулировать структуру и свойства КЛБЧ. Это позволяет получать отливки с требуемыми свойствами, учитывающими специфику и условия их эксплуатации, что является важным моментом для практики.

7. Применение ТВО и разработанного комплекса ((Ca,Sr)CO3 и БФТ-1) как раздельно, так и совместно улучшает комплекс литейных свойств чугуна ИЧХ28Н2: увеличивает жидкотекучесть, снижает линейную (свободную и затрудненную) усадку и замедляет интенсивность развития усадки в начальный момент; повышает трещиноустойчивость чугуна: что делает этот сплав более технологичным для получения сложных фасонных отливок.

Список литературы

1. Воронков Б.ВКолокольцев В.МПегроченко Е.М. Комплексно-легированные белые износостойкие чугуны: монография / nqq ред. проф. В.М. Копокопьцева. Челябинск: Печатный салон «Издательство РЕКПОЛ», 2005. 178 с.

2. Брялин М.Ф., Колокольцев В.М., Гольцов А.С. Повышение эксплуатационных свойств отливок из жароизносостойких хромо-марганцевых чугунов // ВесгникМПУ им. Г.И. Носова. 2007. № 4(20). С. 22-25.

Bibliography

1. Voronkov B.V., Kolokoltsev V.M., Petrochenko E.M. Complex-doped white wear resistant cast-irons: a monograph / under the editorship of Professor V.M.Kolokoltsev. Chelyabinsk: Printing salon «Publishing house REKPOL», 2005. 178 p.

2. Kolokoltsev V. M, Brjalin M. F, Goltsov A.S.increase of operational properties castings from жарой знососг ей них hromo-manganous cast-irons // Vestnik of MSTU named after G.I. Ncsov. 2007. № 4(20).

УДК 621.744.3:539.4:001.891

Савинов A.C., Тубольцева А.С., Синицкий Е.В.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ СМЕСЕЙ

Одним из путей повышения экономической эффективности работы литейного предприятия является снижение себестоимости изделия за счет уменьшения брака. При этом следует отметить, что зачастую весомая доля отбраковки отливок ведется ввиду образования ужимин, горячих и холодных трещин, в процессе за-

твердевания и охлаждения изделия, поэтому моделирование процесса трещинообразования в динамике формообразования отливки является актуальной задачей.

Расчет напряженного состояния литой детали не возможен без изучения условий ее формирования тепловых, структурных преобразований, а также деформа-