ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНОКУЛИРУЮЩЕГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ (ЧШГ)

 

Макаренко К.В., Кульбовский И.К. (БГТУ, г. Брянск, РФ)

 

Известно, что инокулирующее модифицирование способствует графитизации и позволяет получать в ЧШГ преимущественно ферритную структуру.  

При исследовании процессов вторичного инокулирования использовался феноменологический подход, изучали совместное влияние инокулирующего и сфероидизирующего  модифицирования.

 При легировании ЧШГ кремнием и его модифицировании кремнийсодержащими лигатурами происходят различные по принципу воздействия на процессы структурообразования явления, которые приводят к одинаковым результатам – ферритизации металлической матрице ЧШГ. В первом случае повышенное содержание кремния в чугуне способствует ферритизации металлической матрицы в отливках без изменения количества включений графита. Это происходит за счет повышения термодинамической активности углерода в интервале температур эвтектоидного превращения,  и как следствию росту графитных включений, то есть кремний играет основную роль при превращении в твердой фазе. Во втором случае    происходит повышение количества графитных включений что, влечет за собой  увеличение диффузионных путей и также приводит к ферритизации металлической матрицы. В этом случае основная роль кремния приходится на процессы, протекающие в жидкой фазе и при кристаллизации.  При этом нельзя забывать о важной особенности технологии получения в чугуне  графита шаровидной формы, для этого необходимо обязательно проводить сфероидизирующее модифицирование расплава магнийсодержащими  лигатурами. Таким образом, для получения ферритных ЧШГ используют два вида модифицирования сфероидизирующее и инокулирующее. Сфероидизирующее модифицирование определяет степень округлости графитных включений, инокулирующее  - количество зародышей графитной фазы.  От совмещения этих двух процессов модифицирования во времени зависит получение  структуры в чугуне.

Проведенные исследования показывают, предварительное инокулирующее модифицирование не существенно влияет на  конечное количество включений шаровидного графита в чугуне. Именно послесфероидизирующее инокулирующее модифицирование ответственно за процессы зародышеобразования графита в ЧШГ. Так как сфероидизирующее модифицирование определяет форму графитной фазы то, следовательно, зародыши графита возникают уже после вторичного инокулирования, которое по условиям производится после сфероидизирующего модифицирования. Конечная форма графитных включений будет зависеть от сохранившегося воздействия магнийсодержащих лигатур, которое в свою очередь определяется остаточным содержанием магния в чугуне и исчезает со временем выдержки обработанного сфероидизирующими добавками расплава за счет испарения из него магния.  Инокулирующая способность вторичного модифицирования также  склонна к угасанию с увеличением времени выдержки расплава, что объясняется диссоциацией потенциальных зародышей графита в жидком чугуне.

Таким образом, чем быстрее инокулирующая обработка будет проведена после сфероидизирующей и чугун будет залит в формы, тем больше будет включений графита с более правильной сферической формой. Математически  этого правило может быть сформулировано следующим  образом:

t_ин < t_сф,

где t_ин – время действия инокулирующего модифицирования, мин;

      t_сф – время действия, в течение которого расплав сохраняет способность к сфероидизации графитных включений, мин.

Иначе говоря, время действия инокулирующего модифицирования должно совмещаться со временем действия сфероидизирующего  модификатора. В противном случае получается структура с графитной фазой вырождающегося типа (вермикулярный графит).

Экспериментальные исследования подтвердили ранее сформулированное правило. При последующем изучении  производилась длительная выдержка расплава чугуна в ковше после сфероидизирующего модифицирования, что привело к снижению содержания магния в расплаве, а последующая инокулирующая обработка способствовала получению в чугуне  вермикулярной формы графита. По ГОСТ 3443 – 87 "Отливки из чугуна с различной формой графита" полученная структура имела распределение графитных включений соответствующее шифру ВГр4 "Междендритные разветвленные колонии". В данном случае вторичная инокулирующая обработка оказалась не эффективна,  она не способствовала получению в чугуне графитных включений шаровидной формы, хотя  и привела к ферритизации матрицы чугуна. Напротив, в образцах, которые были залиты расплавом непосредственно после инокулирующего модифицирования с малой выдержкой после сфероидизирующего модифицирования, был получен ЧШГ с преобладающей ферритной металлической матрицей.

В заключении необходимо отметить следующее, сферолиты графита в чугуне образуются до тех пор пока действует эффект от модифицирования магнийсодержащими лигатурами, и именно в этот период эффективно проводить инокулирующее модифицирование с быстрой последующей заливкой чугуна в формы.