Эффекты электрического воздействия на процесс модифицирования литейного сплава

Как показали эксперименты, влияние электрического поля в процессе модифицирования вызывает изменение структурно-чувствительных характеристик литейных сплавов [1]. Это подтверждает наличие сложных процессов проходящих в металлическом расплаве под действием химических элементов, входящих в состав модификатора, и физических явлений возникающих от воздействия на расплав электрического поля. Совокупность данных процессов и определяет уровень механических свойств сплава через изменение условий кристаллизации модифицированного сплава обработанного электрическим полем [2].

Для сопоставления эффективности воздействия на величину прочностных свойств литейных сплавов этих процессов осуществляли обработку сплава только электрическим полем, ввод модификатора в жидкий сплав и совместное действие электрического поля в процессе модифицирования сплава. Эксперименты производили на литой стали марки 40Л и на сером чугуне марки СЧ25. Для литой стали использовали в качестве модификатора ферротитан марки ФТи20 (0,35 % от массы сплава) и для серого чугуна модификатор ферросилиций марки ФС75 (0,5 % от массы сплава). Усреднённые результаты экспериментов для стали 40Л приведены на рис. 1.  

Рисунок 1. Изменения предела прочности ∆ϬВ под влиянием обработки электрическим полем, модифицирования и их совместной обработки в процессе модифицирования литой стали марки 40Л

Из них видно, что наибольшее приращение прочностных свойств получено при обработке литой стали электрическим полем и модификатором. Кроме этого можно отметить, что сумма результатов отдельных воздействий (модифицирования или электрического поля) меньше результата совместного действия электрического поля и модифицирования.

Рисунок 2. Изменения предела прочности ∆ϬВ под влиянием обработки электрическим полем, модифицирования и их совместной обработки серого чугуна марки СЧ25

На рис. 2 показаны усреднённые результаты влияния электрического поля и модифицирования а также отдельно процесса модифицирования и электрического поля на расплав серого чугуна. Они также свидетельствуют о наиболее эффективной совместной обработки чугуна электрическим полем и модификатором. Из них можно проследить, что увеличение ∆ϬВ для совместной обработки электрическим полем и модифицирования больше, по сравнению с суммой результатов при обработке только модификатором или электрическим полем.

Сопоставление величин приращений ∆ϬВ у использованных в экспериментах Fe-C сплавов показало их рост после обработки электрическим полем и модификатором (см. рис. 1 и рис. 2). Это свидетельствует о наличие синергетического эффекта, который возникает, по нашему мнению, под влиянием активизации процессов растворения химических веществ модификатор, повышением степени их усвоения жидким сплавом и гетерогенных явлений на границе твёрдой и жидкой фаз. Данные факторы в свою очередь вызывают электро-микроструктурный эффект (ЭМСЭ). Для пояснения возникновения этих явлений в металлическом расплаве рассмотрим схему факторов воздействия электрического поля в процессе модифицирования литейного сплава (см. рис. 3).

Рисунок 3. Схема факторов воздействия электрического поля в процессе модифицирования литейного сплава

Совместное действие фактора электрического поля W1 с фактором процесса модифицирования W2 вызывает появление ЭМСЭ, который влияет на кинетику процесса кристаллизацию сплава и равен

ЭМСЭ = f(W1, W2),

где:

- W1 активизирует гетерогенные процессы определяющие кинетику образования дозародышей и зародышей центров кристаллизации в металлическом расплаве под влиянием введённого модификатора;

- W2 связан с ускорением растворения частиц модификаторов в жидком сплаве и с достижением определённой степени усвоения жидким сплавом химического вещества модификатора.

Эти факторы влияют на условия протекания процесса кристаллизации сплавов, в том числе на степень переохлаждения жидкого сплава ∆H [3]. Изменение условий кристаллизации упрочняет структуру сплава и вызывает рост его прочностных свойств ∆ϬВ.

Таким образом, наложение электрического поля при модифицировании Fe-C сплавов вызывает возникновение ряда эффектов, связанных с процессом растворения частиц модификатора и гетерогенными процессами, приводящими к ЭМСЭ. Это улучшает условия протекания процесс кристаллизации, что приводит к упрочнению структуры сплава и, как следствие, к синергетическому эффекту прочностных свойств сплавов. Такие изменения дают возможность снизить вес отливок посредством уменьшение толщины их стенок, что позволяет оптимизировать себестоимость отливок и увеличить рентабельность производства стальных и чугунных отливок из модифицированных сплавов.

Литература:

1. Minenko G.N. Impact factors of electric field on the processes of modification of casting alloys, «Giesserei special. Forschung und Innovation», № 01.2016, s. 86-88.
2. Миненко Г.Н. Изменение условий кристаллизации при электрическом воздействии на модифицированный серый чугун, «Литьё Украины», № 2, 2018, с. 8 – 9.

Сведения об авторе:

Миненко Георгий Николаевич, 1946 г.р., кандидат технических наук, доцент, руководитель Ресурсного центра отраслевого машиностроения министерства образования Московской области;