Модифицирование чугуна Доц Сироткин С А модифицирование чугуна

Модифицирование чугуна Доц. Сироткин С. А. модифицирование чугуна

Основы модифицирования n n n Основными методами обработки чугуна в жидком состоянии являются термовременная обработка (перегрев и выдержка), рафинирование (очищение расплава от неметаллических включений, газов, нежелательных примесей) и модифицирование. Рафинирование и модифицирование, как правило, реализуются вне плавильного агрегата (на желобе плавильной печи, в миксере, в ковше, в специальных устройствах, внутри литейной формы). Результатом воздействия на жидкое состояние чугуна является изменение формы, размеров и распределения структурных фаз, важнейшей из которых является графит. Наиболее распространенными методами воздействия на жидкое состояние чугуна с пластинчатым графитом являются термовременная обработка, модифицирование расплава и фильтрационное рафинирование. модифицирование чугуна 2

Модифицирование n n Модифицирование- процесс воздействия на параметры кристаллизации за счет введения небольших количеств элементов модификаторов. Модификаторы- вещества, вводимые в расплав в небольших количествах, которые за счет воздействия на параметры кристаллизации обеспечивают требуемые изменения в структуре (измельчение зерна, сфероидизацию, коагуляцию избыточных фаз). В отличие от легирования эффект модифицирования ослабевает в течение времени, характеризующего живучесть модификатора. Модифицирующий эффект можно обеспечить и за счет воздействия на расплав различными физическими методами (вибрация, ультразвуковая обработка, магнито-динамическое перемешивание и др. ) модифицирование чугуна 3

Две группы модификаторов по механизму действия (П. А. Ребиндер) n n 1. Добавки, являющиеся поверхностно-активными элементами, - растворимые вещества, избирательно адсорбирующиеся на поверхности растущих зародышей и изменяющие условия роста, а следовательно и форму растущей фазы. 2. Добавки в виде дисперсных твердых частиц, удовлетворяющих принципу структурного и размерного соответствия и способных стать центрами кристаллизующейся фазы. модифицирование чугуна 4

Модификаторы, используемые в чугунолитейном производстве n n 1. Графитизирующие (инокулирующие) модификаторы, оказывающие влияние на степень графитизации, размеры и распределение включений графита путем воздействия на количество вынужденных зародышей и переохлаждение при эвтектической кристаллизации. Основными графитизирующими модификаторами являются сплавы на основе ферросилиция. При введении в чугун кремнийсодержащих добавок в зонах прилегающих к растворяющимся частицам модификатора, выделяются избыточные углеродосодержащие фазы, которые являются дополнительными центрами зарождения графита. Небольшие концентрации активных элементов (Аl, Ca, Ba) в составе ферросилиция способствует образованию дополнительных неметаллических включений (оксидов, сульфидов, нитридов), служащих центрами кристаллизации графита. модифицирование чугуна 5

Графитизирущие модификаторы n n Наиболее распространенными графитизирующими модификаторами являются ферросилиций ФС 75 л (ГОСТ 141593), силикокальций (СК 10 - СК 30 – ГОСТ 4762 -71), ферросиликобарий (ФС 75 Ба 1 -ФС 75 Ба 32 с содержанием, соответственно, кремния 60 -75% и бария 1 -32%, а также 3 -7% алюминия- ГОСТ 4756 -91) и др. Графитизирующее модифицирование тем эффективней, чем ниже углеродный эквивалент чугуна и сильнее влияние факторов препятствующих графитизации, в частности, высокого перегрева и длительной выдержки жидкого чугуна, применения в шихте большого количества стального лома и передельного чугуна, высокой скорости охлаждения. модифицирование чугуна 6

Порядок ввода модификаторов n n n Как правило, графитизирующие модификаторы вводят в ковш (на дно разогретого ковша >700 о. С перед его заполнением расплавом или на струю переливаемого из печи в ковш чугуна). Время разливки чугуна необходимо выбирать в зависимости от типа модификатора (табл. 1) с учетом времени затухания эффекта модифицирования (рис. 1). Количество вводимого в расплав модификатора определяется химическим составом базового чугуна, зависящим от марки чугуна и толщины стенки отливки, и используемым плавильным агрегатом. модифицирование чугуна 7

Рекомендуемое время разливки модифицированного чугуна Таблица 1 модифицирование чугуна 8

Время затухания эффекта модифицирования Рис. 1. Затухание эффекта модифицирования во времени при вводе: 1 – ФС 65 Ба 4; 2 – СК 30; 3 – ФС 75 Для эффективного модифицирования важно правильно выбрать температуру расплава при модифицировании, которая зависит от массы чугуна и типа модификатора. ФС 75 л (в кол. 0. 2 -0. 8% от массы чугуна) вводится при температурах 1380 -1420 о. С. Зернистость модификатора рекомендуется Выбирать в зависимости от массы чугуна в Ковше. Обычно для массы чугуна до 100 кг Применяются зерна ФС 75 л 0. 5 -5 мм, от 100 До 1000 кг – 3 -10 мм, свыше 2000 кг -3 -20 мм модифицирование чугуна 9

Графитизирующие модификаторы модифицирование чугуна 10

Механизм графизирующего модифицирования n При введении Si (ФС) он взаимодействует с О 2 с образованием Si. O 2 крист. , который от 570 о. С до 850 о. С имеет гексагональную решетку – тридемит. Углерод тоже имеет гексагональную решетку, что отвечает принципу структурного соответствия и Si. O 2 крист служат дополнительными центрами кристаллизации. Но Si. O 2 крист имеет низкую плотность, поэтому с течением времени они всплывают и центры кристаллизации исчезают и чугун возвращается в исходное состояние. модифицирование чугуна 11

Факторы, влияющие на графитизирующее модифицирование n n n 1. Вид металла (доэвтектический, эвтектический или заэвтектический чугуны). Чем ниже степень эвтектичности, тем больше модификатора надо использовать. Чем ниже Сэ, тем больше склонность чугуна к отбелу. 2. Тип плавильного агрегата (в электропечах имеется возможность перегреть чугун, что уменьшает количество центров кристаллизации, а это увеличивает отбел и вызывает необходимость модифицирования 3. Вид шихты (если стальной лом, то необходимо обязательно проводить графитизирующее модифицирование). 4. Тип формы: если металлическая-надо проводить модифицирование 5. Тип отливки: чем меньше толщина, тем дольше надо модифицир. 6. Температура заливки: чем выше температура заливки, тем больше надо модифицировать. модифицирование чугуна 12

Стабилизирующие модификаторы n n n Оказывают влияние на стабильность эвтектоидного цементита и обеспечивают перлитизацию структуры. Используются модификаторы, содержащие Mn, Cr, Cu, Ni, Sn для которых эффект живучести менее выражен, чем для графитизирующих модификаторов. Для этой цели широко используются комплексные модифицирующие добавки типа ферросиликохрома ФСХ 13 -ФСХ 48 ГОСТ 11861 -91 ферросиликомарганца ГОСТ 4756 -91. Эти сплавы содержат одновременно карбидостабилизирующие и графитизирующие элементы, обеспечивая перлитизацию структуры в массивных сечениях и предотвращения отбела в тонких сечениях отливки. модифицирование чугуна 13

Сфероидизирующие модификаторы n Влияют на форму графитных включений за счет изменения условий их роста модифицирование чугуна 14

Способы ввода модификатора В ковш Через промежуточн. ковш В ковш с дозатором На желоб вагранки колокольчиком В литниковую чашу модифицирование чугуна 15