Сравнительный анализ влияния комплексного
модификатора и металлического магния на свойства и структуру заготовок из высокопрочного чугуна С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ (ЧШГ)
Кульбовский И.К., Петрушин А.А. (БГТУ, г. Брянск, РФ)
В настоящее время легирование чугуна комплексными сплавами находит всё более широкое применение. Основным модификатором при изготовлении чугуна с шаровидным графитом в нашей стране и за рубежом является магний, реже используется церий. Недостатками способов введения магния в чугун следует признать:
- высокую продолжительность обработки;
- необходимость дополнительного оборудования в целях предотвращения бурного протекания взаимодействия магния с жидким металлом сопровождающееся большим дымовыделением и пироэффектом;
- затруднения при дозировке присаживаемого магния и низкое усвоение его чугуном.
Для получения литых заготовок, полученных методом непрерывного литья высокопрочного ЧШГ, были проведены исследования по использованию лигатур и чистого Mg в качестве модификатора чугуна. Высокопрочный чугун для непрерывного литья получили модифицированием магния в автоклаве. Поскольку за время пребывания жидкого чугуна в металлоприёмнике узла кристаллизации происходит угар магния, его восполнение производилось периодической заливкой порций чугуна с избыточным содержанием магния.
На двух машинах горизонтального непрерывного литья были проведены опыты получения круглых заготовок диаметром 110 мм из высокопрочного ЧШГ. Модифицирование производилось с помощью комплексной лигатуры и обычным методом - металлическим магнием. Исходный чугун содержал: 3,6% C, 1,35% Si, 0,48% Mn, 0,11% P, 0,048% S.
При модифицировании металлическим магнием в металл дополнительно добавляли 75% - ный ферросилиций из расчёта получения 2,4% Si в чугуне.
Используемая лигатура имела состав: 57,5% Si, 5,12% Ca, 4,47% Mg, 8,20% РЗМ, 1,20% Al, Fe и примеси – остальное.
Расход лигатуры и металлического магния составлял соответственно 1,5% и 0,5% от массы жидкого металла. Химический состав проб модифицированного чугуна, взятых из металлоприёмника после его заполнения следующий:
- лигатура: 3,41% С, 2,05% Si, 0,49% Mn, 0,007% S, 0,1% P, 0,036% Mg, 0,065% РЗМ;
- металлический магний: 3,5% C, 2,45% Si, 0,47% Mn, 0,008% S, 0,1% P, 0,067% Mg.
Режимы охлаждения отливок в обоих случаях были одинаковыми. Полученные заготовки подвергались нормализации при 950 °С.
В заготовках исследовались механические свойства и структура по длине заготовки длиной 5 м через 1 м. Были получены следующие результаты:
- при легировании металлическим магнием остаточное содержание магния уменьшалось с 0,046% до 0,019% , в начальной части заготовки (при длине 1м и 2м) имел место отбел, sв уменьшалось от 64,6 кг/мм до 28 кг/мм, d при длине 1м составляла 2,8%, а при 5м находилось ниже измеряемого уровня, твёрдость по Бринеллю HB изменялась от 256HB до 170HB;
- при легировании комплексной лигатурой остаточное содержание магния менялось от 0,052% до 0, 023%, по всей длине заготовки получили перлитно-ферритную структуру без отбела, sв уменьшалась от 60,5 кг/мм до 53.8 кг/мм, наблюдался рост d от 5,2% до 10,4%, твёрдость по Бринеллю изменялась незначительно от 229HB в начале до 197HB в конечной части заготовки.
Отсутствие отбела в заготовках, полученных при легировании комплексным модификатором, объясняется наличием в лигатуре РЗМ, которые нейтрализуют отрицательное действие магния на отбел отливок и позволяют получить более ровную структуру и механические свойства по всей длине заготовки.
Из полученных результатов можно сделать следующие выводы:
использование в качестве лигатуры для получения высокопрочного ЧШГ лигатур на основе РЗМ в данном случае позволяет получить заготовки ферритно-перлитной структуры без отбела в начальной части отливки высокой прочности, пластичности и твёрдости по всей длине заготовки, что не удалось достигнуть применением металлического магния.