Отбел в чугунном литье и эффективные способы его устранения

Кристаллизация высокоуглеродистых сплавов железа (чугунов) может происходить как по стабильной диаграмме состояния железо-углерод с выделением свободного углерода (графита), так и по метастабильной диаграмме с выделением углерода в связанном состоянии в виде цементита Fe3C. На практике в условиях реального литейного производства в зависимости от "жесткости" химического состава чугуна кристаллизация сплава может идти параллельно с выделением свободного углерода (графита) и одновременно с образованием в отдельных участках отливки цементита. Кристаллизация цементитной фазы наблюдается в тонкостенных сечениях отливок, а также в углах конструкционных переходов и на кромках тела отливки.

Существует два способа практического решения проблемы отбела: металлургический и термический.

При термическом способе отливки подвергаются длительному высокотемпературному отжигу (900 - 940'С в течение 6 - 8 часов с последующим медленным охлаждением с печью). Весь цикл термообработки занимает время от 16 до 20 часов. В результате такого способа устранения отбела микроструктура чугуна имеет преимущественно ферритную матрицу, с удобной для механообработчиков твердостью 140 - 170 НВ. При этом, как правило, службами технического контроля физико-механические свойства оцениваются на образцах, полученных методом литья отдельно от отливок и неподвергаемых термической обработке.

Проведенные собственные исследования методологической оценки физико-механических свойств серого чугуна в литом и термообработанном состоянии показали, как и следовало ожидать разные результаты. Выплавку чугуна производили в индукционной тигельной печи ИСТ-0,06 с кислой футеровкой. Химический состав исходного чугуна был следующий: С - 3,25%; Si - 2,1%; Mn - 0,82%; Ti - 0,03%; Cr - 0,26%; Cu - 0,22%; S - 0,08%, P - 0,02%. Заливались стандартные литые заготовки ? 30 мм и длиной 300 мм для последующего изготовления образцов на физико-механические свойства в соответствии с ГОСТ 1412-85. Из пяти штук литых заготовок серого чугуна изготавливались образцы на физико-механические испытания (литое состояние). Пять литых заготовок из серого чугуна подвергали термообработке по режиму: нагрев с печью до температуры 920'С - выдержка 6 часов - последующее охлаждение с печью. Суммарное время отжига составило 12 часов. После охлаждения из термообработанных литых заготовок также изготавливались образцы на физико-механические испытания. Результаты измерений физико-механических свойств приведены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-механические свойства серого чугуна.

Приведенные результаты оценки физико-механических свойств серого чугуна в литом состоянии и после термообработки показали, что отжиг снимая проблему разложения цементита, одновременно ферритизирует матрицу и резко снижает физико-механические свойства серого чугуна. Так в литом состоянии свойства серого чугуна соответствуют марке СЧ-25, в термообработанном - уже только СЧ-15. Поэтому решение проблемы отбела в отливках из серого чугуна путем термообработки является неприемлемым и возможно опасным с точки зрения неправомочности сдачи отожженного литья по нетермообработанным, т.е. "сырым" образцам.

Рис. 1: Схема расположения "присадки графитизирующей" в литейных формах.

Состав присадки графитизирующей представляет собой конгломерат углеродсодержащих высокомолекулярных соединений и мелкодисперсного модификатора на железокремниевой основе с активными элементами Ba, Mg, РЗМ и др., подверженный объемному прессованию, обеспечивающему требуемый баланс прочности и растворимости в чугуне.

Механизм действия присадки графитизирующей, основанный на теории гетерогенного затвердевания [1], позволяет достичь значительного "стимулирования" образования твердых подложек для роста графитной фазы. Т.е. инокулирующая способность максимально повышается благодаря образованию центров кристаллизации углеродсодержащих фаз непосредственно в форме перед кристаллизацией металла. Поэтому позднее модифицирование значительно повышает эффективность графитизирующей обработки по сравнению с традиционным ковшовым модифицированием (рис.2) и позволяет получать отливки сложной конфигурации, такие как картер межосевого дифференциала, картер коробки сцепления, картер коробки переключения передач, патрубок и др. без кромочного отбела в литом состоянии при полном соответствии требованиям технической документации по маркам чугуна и твердости отливок.

Рис. 2: Зависимость эффективности графитизирующей обработки от времени сохранения эффекта модифицирования

"Присадка графитизирующая для снятия отбела в чугуне" ТУ 100196035.008-2006 производится ОДО "Эвтектика" г. Минск и реализуется, как и другие вспомогательные материалы для литейного производства, через представительство в Украине ООО "Комплекс-Плюс" г. Харьков, тел.: +38 (057) 701-23-95, +38 (050) 570-35-32, +38 (050) 406-15-56.

Литература:

1. С.Н. Леках, Н.И. Бестужев "Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении" "Навука i тэхнiка" г. Минск, 1992 г., 269 с.

Сведения об авторах:

• Михайловский Владимир Михайлович - главный инженер ОДО "ЭВТЕКТИКА", т./ф.: +375 (17) 292-75-82, 253-92-94, 259-45-01; e-mail: evtectik@nsys.by

• Королев Сергей Павлович - директор ОДО "ЭВТЕКТИКА", т./ф.: +375 (17) 292-75-82, 253-92-94, 259-45-01; e-mail: evtectik@nsys.by

• Константинович О.А. - ОДО "ЭВТЕКТИКА", т./ф.: +375 (17) 292-75-82, 253-92-94, 259-45-01

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №2 (90), 2008 г.