Особенности формирования литой структуры чугуна при модифицировании

При проведении работ по получению чугунов, обеспечивающих повышенный комплекс механических, специальных и эксплуатационных свойств деталей автомобиля за счет повышения стабильности структуры литого металла на основании применения усовершенствованных и новых технологий модифицирования и микролегирования чугуна были получены следующие результаты:

1. Обнаружено явление образования большого количества мелких глобулей вторичного графита и конгломератов крупных глобулей первичного графита при модифицировании ВЧШГ магниевым модификатором с лантаном. Статистическое распределение диаметров графитных включений характеризуется как ярко выраженное бимодальное асимметричное. Образование конгломератов глобулей первичного графита объясняется уменьшением скорости роста графита, что повышает вероятность коагуляции графитных глобулей в жидком расплаве. Более позднее по времени выделение вторичного графита компенсирует усадочные процессы в отливке в момент прекращения функционирования прибылей, что обеспечивает снижение пористости и повышение механических свойств чугуна.
2. Установлена зависимость структурообразования ВЧШГ от стадийности ввода бария в расплав. При позднем введении бария в расплав ВЧШГ создаётся его избыточная концентрация, превышающая необходимую для связывания в химические соединения поверхностно-активных примесей (O, S и др.). Избыточный барий тормозит рост графитных включений за счёт снижения к ним диффузии углерода из расплава. Оставшийся в аустените углерод способствует формированию перлитной металлической основы. Повышая поверхностное натяжение расплава чугуна, барий позволяет сформировать правильную шаровидную форму графита ШГф5 даже при недостатке растворённого магния. При раннем введении бария в расплав ВЧШГ происходит полное связывание адсорбированных на графитных включениях поверхностно-активных примесей, за счёт чего происходит их очищение и дальнейший рост за счёт диффузии углерода из расплава при формировании преимущественно ферритной структуры. Постепенное уменьшение в расплаве чугуна содержания магния и бария вызывает снижение поверхностного натяжения, что приводит к нарушению равномерного роста базисных плоскостей шаровидного графита на конечной стадии его формирования и получению неправильной объёмной формы ШГф4.
3. Обнаружено и объяснено явление морфологической аномалии графитообразования в СЧПГ с низким содержанием серы (до 0,05%) и высоким содержании азота при введении в расплав добавок циркония и стронция. Морфологическая аномалия характеризуется наличием аномального графита, представляющего собой смесь форм ПГр1, ПГр7, ПГр8 и ПГр9, неравномерно распределённых по объёму отливки. Учитывая наиболее сильное химическое сродство циркония к азоту, его введение в расплав чугуна с растворённым азотом позволяет получить графитизирующий эффект за счёт образования нитрида циркония, являющегося ЦЗГ. Стронций, обладая высоким сродством к сере, проявляет модифицирующие свойства, образуя сульфиды стронция при содержании серы в чугуне не ниже 0,05%. При более низком содержании серы в чугуне несвязанный стронций начинает тормозить процесс графитизации и подавлять действие других графитизирующих элементов.
4. Установлены особенности каталитического влияния Bi и Te на структурообразование чугуна при встречном модифицировании, заключающиеся в следующем. При введении Bi и Te совместно с графитизирующим модификатором на ранней стадии (ковшевом модифицировании) они консервируют находящиеся в расплаве ЦЗГ, представляющие собой как недорастворившиеся включения графита, привнесённые из шихты, так и продукты реакции графитизирующего модификатора с примесями чугуна, и препятствуют как их дальнейшему росту, так и их растворению в расплаве. Проявлением этого эффекта является измельчение графитной фазы, стабилизация длительности графитизирующего эффекта и перлитизация структуры чугуна. При введении Bi и Te в расплав чугуна на ранней стадии и последующем его графитизирующим модифицировании на поздней стадии (в предкристаллизационный период) ПАЭ консервируют только находящиеся в расплаве недорастворившиеся включения графита, перешедшие из шихты, после чего за счёт графитизирующего эффекта разблокируются уже существующие и формируются новые ЦЗГ из продуктов реакции графитизирующего модификатора с примесями чугуна. При этом происходит измельчение графитной фазы и ферритизация структуры чугуна.