Влияние модифицирования

Влияние состояния расплава

Наряду с химическим составом чугуна и скоростью его охлаждения на кристаллизацию чугуна влияют комплекс физическиих свойств расплава (вязкость, поверх­ностное и межфазное натяжение), степени его неравновесности, неоднородности и загрязненности его дисперсными включений - потенциальными центрами кристаллизации и неоднородностей. Этот комплекс, характеризующий жидкое состояние чугуна, зависит от факторов, к которым относятся величина перегрева, длительность вы­держки жидкого чугуна при температуре перегрева и модифициро­вание.

Повышение температуры и длительности термовременной обработки жидкого чугуна способствует увеличению количества связанного углерода. При этом сначала размер графитовых включений становится мельче, затем про­является тенденция к кристаллизации мелкого точечного графита с междендритным расположением. Тенденция проявляется тем сильнее, чем меньше содержание углерода в чугуне. В результате перегрев жидкого чугуна в определенном интервале температур способствует повышению механических свойств. Но при перегреве выше критического уровня вследствие образования междендритного графита механические свойства чугуна начинают снижаться. Эта критическая тем­пература для различных чугунов различна. Она зависит от ряда факторов, основным из которых является содержание углерода. Чем выше содержание углерода в чугуне, тем до более высоких температур допустим перегрев расплава без образования междендритного графита. Таким образом, перегрев до определенных пределов яв­ляется одним из действенных методов повышения прочности чу­гуна.

Механизм воздействия модифи­каторов на процесс кристаллизации чугуна подробно рассмотрен разделе 3.4. Здесь лишь отметим, что для чугунов применяют два вида модифицирования: графитизирующее и сфероидизирующее. При графитизирующем модифицировании за счет введения специальных добавок-модификаторов обеспечивается образование в затвердевающем расплаве чугуна дополнитель­ных зародышей для кристаллизации графита и, вследствие этого, достигается повышение степени графитизации, формирование структуры с мелко­пластинчатым графитом и получение более однородной структуры в сечениях отливок различной толщины. При этом по сравнению с обычным чугуном модифицированный чугун та­кого же химического состава в меньшей степени склонен к отбелу и образованию междендритного точечного графита. Эти факторы обуславливают необходимость обязательного применения модифицирования при производстве чугунных отливок с высокими механическими свойствами.

В качестве графитизирующего модификатора наибольшее применение имеет 75 %-ный ферросилиций. Более высоким графитизирующим воздействием обладают комплексные модификаторы на основе ферросилиция, дополнительно содержащие небольшое количество А1, Са, Ва, РЗМ (Ce, Y, La, Pd и др.) и некоторых других химически активных элементов в различных сочетаниях. Существуют и другие составы комплексных модификаторов, например, содержащие силициды редкоземельных металлов или механическую смесь FeSi, СаSi, SiС и графита. Выбор того или иного состава определяется характером технологического процесса и требованиями к отливкам.

При прочих равных условиях эффект модифицирования полнее проявляется при низком углеродном эквиваленте (пониженных содержания углерода и кремния), а также в условиях повышенного перегрева жидкого чугуна и ускоренного охлаждения отливок (Рис. 3.3.5).

Рис. 3.3.5. Влияние состава и технологи­ческих факторов на механические свой­ства чугуна

Экстремальная зависимость прочности чугуна от указанных факторов обусловлена тем, что углеродном эквиваленте ниже нижнего предела, как и при превышении параметров перегрева расплава и скорости охлаждения отливок выше верхнего предельного уровня в структуре чугуна вместо мелкопластинчатого формируется междендритный графит, а затем и структурно свободный цементит, которые существенно снижают его механические свойства. При этом графитизирующее модифицирование позволяет использовать по­ложительное влияние указанных факторов в более широком интервале, сдвигая их предельно-допустимые значения вправо и обеспечивая достижение более высоких значений механических свойств.

При сфероидизирующем модифицировании за счет введения специальных добавок-модификаторов обеспечивается формирование графитных включений в компактной (вермикулярной) или шаровидной форме. Сфероидизирующее воздействие оказывают Mg, Ca и РЗМ. В связи с этим в качестве модификаторов используют металлический магний или магний и кальций-содержащие лигатуры Ni-Mg, Cu-Mg, Fe-Si-Mg и Fe-Si-Ca-Mg, а также РЗМ (мишметал) или РЗМ-содержащие лигатуры (Fe-Ce, Fe-Y, Fe-Si-Ce, Fe-Si-Y и др.). Чугун с компактной или шаровидной формой графита имеет более высокие механические свойства, чем чугун с пластинчатым графитом. При этом, наряду с повышением прочностных свойств, достигается и достаточно высокий уровень пластических свойств. Наиболее высокие показатели свойств обеспечивается при сочетании сфероидизирующего и графитизирующего модифицирования. В этом случае в чугуне формируется более однородная структура с равномено распределенными мелкими включениями графита компактной или шаровидной формы.

Дата добавления: 2014-01-07