Модификатор ULTRASEED® INOCULANT

• Более эффективен по сравнению с обычными модификаторами на основе ферросилиция.

• Обеспечивает формирование большого количества шаровидных включений графита и значительное снижение отбела.

• В большей степени, по сравнению с другими модификаторами, уменьшает склонность к усадке.

• Оказывает сильное воздействие на чугуны с низким содержанием серы и так называемые чугуны "мертвые" чугуны (чугуны плохо поддающиеся модифицированию).

• Улучшает механические свойства и механическую обрабатываемость литья из ферритных высокопрочных чугунов.

Модификатор Ultraseed^® Inoculant является продуктом нового типа, разработанным для модифицирования литейных чугунов. Он содержит оптимальное количество кальция и церия, что способствует максимальному снижению отбела и нейтрализации вредных примесных элементов. Кроме того, модификатор Ultraseed^® Inoculant содержит малое, тщательно сбалансированное количество серы и кислорода в такой форме, которая облегчает их взаимодействие с кальцием и церием во время ввода модификатора в жидкий чугун. Такой состав был разработан специально для того, чтобы обеспечить усиленное образование центров кристаллизации графита в ВЧ наряду с эффективным снижением отбела. На рис. 1 показаны образцы модификатора Ultraseed® Inoculant и обычного ферросилиция для сравнения специальных свойств поверхности модификатора Ultraseed^® Inoculant. 

Модификатор Ultraseed® Inoculant	Стандартный ферросилиций
Рис. 1. Сопоставление модификатора Ultraseed® Inoculant и стандартного сплава на основе ферросилиция, демонстрирующее специальные свойства поверхности модификатора Ultraseed® Inoculant, содержащей следы сульфидов и оксидов в виде ультратонкого поверхностного слоя.

Модификатор Ultraseed^® Inoculant производится особым патентованным способом и имеет химический состав: 

Разработка модификатора Ultraseed^® Inoculant

После нескольких лет лабораторных исследований с использованием экспериментальных модификаторов различного химического состава, была разработана концепция нового продукта для модифицирования высокопрочного чугуна. Новаторство подхода заключалось в том, что конечный продукт содержал не только материал на основе ферросилиция, но и неметаллический порошок, который в сочетании с ферросилицием обеспечил наличие специальных свойств у модификатора Ultraseed^® Inoculant.

Фундаментальной основой для разработки данного продукта явилось новое понимание механизмов образования зародышей графита в высокопрочном чугуне: специалисты установили, что ядро включения, на котором начинается зарождение и рост графита, состоит из сложных и очень стабильных сульфидов и оксидов. На рис. 2 показан пример подобного зародыша в высокопрочном чугуне: фотография зародыша для будущей кристаллизации графита (а) и схематическое изображение его фазового состава (b).

Рис. 2. (a) Микроснимок двойного сульфидно-оксидного зародыша кристаллизации в ВЧ при большом увеличении, сделанный при помощи электронного микроскопа (70,000х). (b) Схематическое изображение зародыша, содержащего сложные сульфидно-оксидные фазы после первичного сфероидизирующего и вторичного графитизирующего модифицирования чугуна.

При производстве стандартных марок высокопрочного чугуна наличие подобных сульфидов и оксидов определяется чистотой базового чугуна, активными модифицирующими элементами, временем выдержки, температурой, а также способом модифицирования. Представленные на рынке рядовые модификаторы производятся на основе ферросилиция, содержащего различные активные мо-дифицирующие элементы - металлы (например, Ca, Ba, Sr, Al, Zr, РЗМ и т.д.), а главным требованием к ним является способность взаимодействовать с серой и кислородом, формируя потенциальные зародыши кристаллизации включений графита.

Однако, из-за ограниченного содержания серы и кислорода, модификатор может достичь предела своей эффективности, когда его действие ограничено максимально возможным количеством образовавшихся потенциальных зародышей кристаллизации.

Исходя из этого, основной целью новой концепции Ultraseed^® Inoculant было определение необходимой концентрации неметаллических элементов (таких, как сера и кислород) в модификаторе, что должно было обеспечить формирование большого количества потенциальных центров кристаллизации графита, благодаря равновесной реакции между металлическими и неметалличе-скими компонентами чугуна. Эти новые центры кристаллизации будут функционировать параллельно с обычными центрами кристаллизации, образовавшимися благодаря взаимодействию модификатора и базового металла.

Уникальные свойства модификатора Ultraseed^® Inoculant

Модификатор Ultraseed^® Inoculant способствует образованию дополнительных зародышей кристаллизации для графита в высокопрочном чугуне, в добавок к тем, что первоначально возникают при модифицировании магнием. Это увеличивает количество включений графита и улучшает их степень шаровидности, уменьшая тем самым склонность к образованию карбидов и усадки. Сбалансированное содержание церия нейтрализует примеси вредных элементов, которые могут препятствовать формированию глобулярного графита.

Благодаря большему количеству включений графита, модификатор Ultraseed^® Inoculant способствует формированию феррита в высокопрочном чугуне. Это является значительным преимуществом при производстве ферритных марок ВЧ повышенной пластичности.

На рис. 3 показан пример микроструктуры, полученной при использовании модификатора Ultraseed^® Inoculant в сравнении с альтернативным патентованным модификатором. На рис. 4 показан другой пример тонкого сечения отливки из высокопрочного чугуна, где количество образовавшихся карбидов было доведено до минимума, благодаря использованию модификатора Ultraseed® Inoculant.

Свойство образования дополнительных центров кристаллизации графита посредством модификатора Ultraseed^® Inoculant основано на формировании особых цериево-кальциевых сульфидов и оксидов, которые действуют как эффективные зародыши кристаллизации графита в процессе затвердевания отливки. Подобные центры кристаллизации действуют вместе с основными, первичными магниево-кремниевыми оксидами, обеспечивая эффективное образование графита и, как результат, значительную концентрацию включений графита.

Доказано, что модификатор Ultraseed^® Inoculant особенно эффективен для высокопрочных чугунов с относительно низким содержанием серы и чугунов, модифицированных металлическим магнием в конвертере или проволокой с магниевым наполнителем. Ввод церия (РЗМ) в модификатор Ultraseed® Inoculant может компенсировать потребность в редкоземельных элементах, необходимых в процессе сфероидизирующей обработки.

Доказано, что модификатор Ultraseed^® Inoculant в значительной степени способствует образованию новых зародышей для кристаллизации графита в высокопрочных чугунах в течение длительного времени выдержки, когда базовый чугун, модифицированный магнием, выдерживают продолжительное время перед вводом в него графитизирующего модификатора. Известно, что такое длительное время выдержки уменьшает способность чугуна к формированию зародышей перед вто-ричным графитизирующим модифицированием, что приводит к появлению т.н. "мертвого" чугуна (т.е. чугуна, трудно поддающегося модифицированию). Таким образом, модификатор Ultraseed^® Inoculant восстанавливает эффективное формирование центров кристаллизации графита благодаря реакциям с содержащимися в нем серой и кислородом, формируя новые центры кристаллизации.

Установлено, что при использовании модификатора Ultraseed® Inoculant склонность к образованию усадки уменьшается. Это связано с его способностью повышать количество включений глобулярного графита и препятствовать появлению отбела. Следует отметить, что усадка, часто возникающая в виде небольшой пористости в термических узлах сложных отливок, может быть значительно снижена или даже полностью устранена при использовании модификатора Ultraseed^® Inoculant. На рис. 5 показан пример микроусадочной пористости, сведенной к минимуму благодаря применению модификатора Ultraseed^® Inoculant.

Рис. 3. Пример структуры ЧШГ, полученной при использовании модификатора Ultraseed® Inoculant (а) и альтернативного модификатора, содержащего висмут (b).

Рис. 4. Пример тонкого сечения отливки из высокопрочного чугуна, где образование карбида доведено до минимума, благодаря использованию модификатора Ultraseed® Inoculant. (а) модификатор Ultraseed® Inoculant, (b) модификатор магний - циркониевого типа.

Сильное воздействие на способность формировать центры кристаллизации и большое количество включений глобулярного графита являются предпосылкой для увеличения содержания феррита при производстве отливок из ферритных марок ВЧ без проведения каких-либо дополнительных обработок после заливки (например, термообработка). В том случае, когда есть ограничения по ко-нечному содержанию кремния в чугуне, большое количество включений графита, полученное при использовании модификатора Ultraseed^® Inoculant, может гарантировать наличие требуемого минимального содержания феррита в таких отливках.

Рис. 5. Пример микроусадочной пористости в отливке из высокопрочного чугуна, уменьшенной благодаря использованию модификатора Ultraseed® Inoculant. (а) модификатор Ultraseed® Inoculant, (b) модификатор магний циркониевого типа.

Дополнительно сформировавшийся феррит косвенно улучшает механическую обрабатываемость литья из высокопрочного чугуна, поэтому, когда хорошая механическая обрабатываемость является главным требованием, выбор в пользу модификатора Ultraseed® Inoculant очевиден.

Доказано, что в большинстве случаев модификатор Ultraseed® Inoculant является мощной альтернативой патентованным модификаторам, содержащим висмут, так как он обеспечивает образование равного или даже большего количества включений графита без риска возникновения побочного вредного влияния, которое может спровоцировать висмут в высокопрочном чугуне (см. также рис. 3). Благодаря своему сильному воздействию, модификатор Ultraseed^® Inoculant идеально подходит для модифицирования в струе металла при разливке его по формам. При таком способе ввода модификатора в расплав уровень навески варьируется от 0,05 до 0,15 % вес.

* Модификатор Ultraseed^® Inoculant является торговой маркой, принадлежащей компании "Elkem AS".

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №1 (41) 2004 г.