Способ получения модифицированного чугуна

Для повышения результатов процесса модифицирования серого чугуна следует в первую очередь увеличить степень усвоения модификатора [1]. Это позволяет в большей мере использовать положительный эффект от введения в расплав чугуна частиц модификатора.

Одним из методов повышения эффективности является обработка расплава чугуна электрическим полем (ЭП) в процессе модифицирования. На основе этого метода был разработан способ получения модифицированного чугуна с использованием модифицирующей ячейки. Схема данной ячейки представлена на рисунке, которая состоит из: 1 – ковша с расплавом чугуна;

Рис. Схема модифицирующей ячейки с электродами для обработки электрическим полем

2 – корпуса модифицирующей ячейки, выполненного из стержневой смеси; 3 – вольфрамового электрода диаметром 6 мм марки ВА (99,00% W); 4 – механизма ввода модифицирующей ячейки; 5 – стальной трубы диаметром 50 мм с модификатором М. Применение модифицирующей ячейки заключается в её погружении в расплав чугуна и подачи на электроды 3 и 5 рабочего напряжение Uобр. в течение заданного времени. После проведения обработки расплава чугуна электрическим полем модифицирующая ячейка отключается от Uобр. и выводится из контакта с жидким чугуном. Химический состав модифицированного серого чугуна СЧ30 представлен в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав серого чугуна марки СЧ30

В качестве модификатора М применяли Силикомишметалл (СММ), химический состав которого указан в таблице 2.

Таблица 2 Химический состав модификатора СММ

         Результаты экспериментов показали, что обработка ЭП с использованием модифицирующей ячейки повышает прочностные свойства серого чугуна (см. таблицу 3) за счёт влияния на структур чугуна, в которой увеличивается количество эвтектических зёрен и твёрдость НВ. 

                                                                                              Таблица 3

Также снижается величина чистого отбела обработанного чугуна, определённая по клиновой пробе. При этом несколько снижается жидкотекучесть расплава обработанного чугуна (спиральная проба), что является следствием увеличения количества центров кристаллизации в единице объёма жидкого сплав, снижающих подвижность жидкого чугуна в канале пробы.

       Посредством химического анализа образцов исходного и обработанного ЭП чугунов было зафиксировано увеличение содержания химических элементов модификатора в обработанном чугуне, так Si повысился на 3,1090%, Ca на 1,1430%, Al на 1,7860% и Ce на 2,2050%. Это свидетельствует, с одной стороны, о различной диффузионной способности отдельных химических элементов модификатора и, с другой стороны, о повышении степени усвоения чугуном вещества модификатора под влиянием обработки ЭП.

         Такие изменения под воздействием ЭП вызваны, по нашему мнению, выделением джоулева тепла в межэлектродном пространстве, где локализирован модификатор, Выделяемое тепло вызывает ускорение и возникновение новых конвективных потоков в расплаве чугуна. Это повышает массоперенос и диффузию химических элементов вещества модификатора в жидком чугуне. Вызванные обработкой ЭП явления обеспечивают увеличение скорости протекания гетерогенных процессов на границе твёрдых и жидкой фаз в расплаве чугуна, что позитивно влияет на образование дополнительных центров кристаллизации в чугун [2]. Они делаю структуру обработанных ЭП чугунов более мелкозернистой, твёрдость растёт и прочностные свойства чугуна повышаются (см. табл. 3). Исследования структурно-чувствительных характеристик Fe-C сплавов также показали существенное влияние электрофизической обработки на микроструктуру расплавов модифицированных серого чугуна [3].

         Таким образом, обработка ЭП с применением модифицирующей ячейки позволяет повысить усвоение химических элементов вещества модификатора за счёт интенсификации диффузионных и гетерогенных процессов в расплаве чугуна. Это позитивно влияет на формирование структуры обработанного модифицированного серого чугуна, что вызывает рост его прочностных свойств, определяющих марочность данного сплава.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках // Ленинград, Машиностроение, 1966, 562 с.
2. Миненко Г.Н. Механизм воздействия электрических полей на процессы модифицирования Fe-C сплавов // «Литьё и металлургия», 2015, № 1 (78), с. 42-45.
3. G.N. Minenko Impact factors of electric field on the processes of modification of casting alloys // «Giesserei Special. Forschung und Innovation», 2016, № 01, s. 86-88.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

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

140002 Московская область, г. Люберцы, Октябрьский пр., 114.

моб. тел.: +7(909) 634-95-97. E-mail: minen29ko2009@ya.

Литье Украины, 2020, №12,с