Область применения ЧВГ

Служебные свойства

Износостойкость. По скорости износа ЧВГ тоже занимает промежуточное положение между ЧПГ и ЧШГ:

Тип чугуна Износ при качении V, мг/ч	Износ при скольжении V, мг/ч
ЧВГ 1,0 - 1,2	0,78 - 0,8
ЧПГ 1,6 - 1,8	1,2 - 1,4
ЧШГ 0,7 - 0,75	0,4 - 0,5

Термостойкость ЧВГ выше, чем ЧПГ, но ниже, чем у ЧШГ при термоциклировании по режиму 460 «20 ^оС (нагрев горелкой с последующим охлаждением водой). Наличие ШГ практически не влияет на механизм зарождения и развития трещин, очагами зарождения термоусталостных трещин являются включения ВГ. Наивысшей термостойкостью обладает ферритная структура.

Жаростойкость. ЧВГ незначительно отличается от ЧПГ близкого химического состава при температуре 500 ^оС и длительности выдержки 32 недели. Однако при 600 ^оС и той же длительности выдержки сопротивляемость ЧВГ росту и окалинообразованию существенно выше, чем у ЧПГ. По окалиностойкости ЧВГ незначительно уступает ЧШГ.

Коррозионная стойкость ЧВГ при 20 ^оС в среде 5 %-ной H₂SO₄ почти в 2 раза выше, чем у ЧПГ. Перлитная матрица ЧВГ обеспечивает более высокую коррозионную стойкость, по сравнению с ферритной.

Герметичность ЧВГ при наличии 15, 25 и 45 % ШГ характеризуется давлением начала протечки 34,2 - 35,3, 37,3 - 37,6 и 41,2 - 43,7 МПа соответственно. При отсутствии пластинчатых включений графита ЧВГ по герметичности практически не уступает ЧШГ.

В мировом автотракторостроении освоена большая номенклатура литых деталей из ЧВГ - картера, корпуса подшипников, коробки передач, маслопроводы, крепежные детали, тормозные рычаги, шкивы, бандажные кольца, шестерни, несущие кронштейны и др. массой от 0,4 до 41 кг. Толщина стенок перечисленных типов отливок колеблется от 4 до 50 мм, при этом гарантируются минимальные механические свойства: s_в = 350 МПа; s_0,2 = 280 МПа; d = 4 %.

ЧВГ являются эффективными заменителями и ЧПГ и ЧВГ. Его применяют также для производства металлургических отливок – сталеразливочных изложниц. Стойкость сквозных слябинговых изложниц массой 8 - 25 т из ЧВГ ваграночной плавки выше на 25 - 30 %, чем из ЧПГ

Различают следующие технологические варианты получения ЧВГ:

- введение в жидкий чугун одновременно глобуляризаторов и десфероидизаторов графита;

- обработка низкосернистого расплава РЗМ - содержащими присадками;

- введение в чугун недостаточного количества магния для образования шаровидного графита;

- обработка исходного расплава ваграночной плавки комплексными РЗМ и магнийсодержащими модификаторами с небольшим содержанием алюминия и кальция.

Расход модифицирующих присадок зависит от содержания серы в исходном расплаве, температуры модифицирования, способа модифицирования, конструкции и емкости ковша. При этом требуется, чтобы концентрация РЗМ превышала содержание серы в 5 - 10 раз.

Установлено, что РЗМ в порядке сфероидизирующего действия можно расположить следующим образом: La < Pr < Nd < Ce.

Из табл. 3.9.16 видно, что лантан имеет наибольший концентрационный интервал и низкий критический уровень содержания для получения ЧВГ. Следовательно, модификаторы, содержащие комплекс РЗМ, должны содержать максимальное количество лантана и минимальное церия, чтобы стабилизировать получение вермикулярного графита.

Таблица 3.9.16 Концентрации индивидуальных РЗМ, образующие ВГ в чугунах

РЗМ	Критический уровень содержания РЗМ, мас.%	Концентрационный интервал добавок, мас.%
нижний	верхний
La Pr Nd Ce	0,026 0,036 0,047 0,050	0,12 0,091 0,124 0,110	0,094 0,052 0,077 0,060

Предложен оптимальный химический состав цериевого чугуна с вермикулярным графитом, в котором углеродный эквивалент должен быть близок к эвтектическому (3,7 мас.% С, а кремний до 3 мас.% в зависимости от толщины стенок отливок).

Для предотвращения отбела особое внимание следует уделять содержанию карбидосодержащих элементов, которое не должно превышать 0,01 мас.%. Для получения высоких значений ударной вязкости содержание фосфора должно быть ниже 0,05 мас.%, при увеличении толщины стенки эти требования ужесточаются. Содержание серы в исходном чугуне не должно превышать 0,02…0,03 мас.%. Такой жесткий контроль по сере и фосфору в сочетании с точной дозировкой содержания РЗМ модификаторов обеспечивает стабильность получения вермикулярного графита в литых деталях. Время между обработкой церием и концом заливки не должно превышать 10 мин.

Магниевый способ получения ЧВГ обладает следующими недостатками: малые технологические пределы содержания магния (0,012 - 0,021 %), при которых кристаллизуется вермикулярный графит. Это означает высокую вероятность получения чугуна с пластинчатым или шаровидным графитом из-за неизбежного колебания технологических параметров плавки (содержание серы в расплаве, магния в используемых модификаторах, температуры выпуска металла и др.). Поэтому данный способ применяется в основном для неответственного литья.

Перспективным является использование модификаторов, в которых присутствуют сфероидизаторы и деглобуляризаторы графита. Рекомендуемое отношение магния к титану составляет 1: (1 - 3).

ЧВГ, обработанный Mg-Ti лигатурами, имеет несколько более низкие пластические свойства, чем цериевые, в связи с выделением при эвтектической реакции дисперсных включений нитрида титана. Подобные лигатуры широко применяются в США, Великобритании и Японии.

Демодификатор выполняет важную функцию, заключающуюся в стабилизации вермикулярной формы графита и подавлении процесса образования шаровидного графита (рис.3.14). Так, например, присутствие в чугуне 0,06 - 0,13 % Ti расширяет технологические пределы остаточного магния с 0,015 - 022 до 0,015 - 0,05 мас.%, что в пересчете на добавку модификатора (5 % Mg) составляет 0,75 - 1,5 мас.% по сравнению с чугуном без добавки титана (0,75 - 1,0 мас.%).

Наиболее перспективными элементами, стабилизирующими вермикулярную форму графита, являются Ti, Zr, Al. Для устойчивого получения вермикулярного графита соотношение Mg_ост и элементов деглобуляризаторов предлагается выбирать, исходя из значений коэффициента фактора формы графита К = 10 - 25, который рассчитывается по формуле

,

где Mg_ост – остаточное содержание магния в чугуне;

К^/ = 4,4 % Ti + 1,6 % Al + 2,0 % As + 2,3 % Si + 5,0 % Sb + 290 % P в + 370 % Bi.

К недостаткам этого способа получения ЧВГ можно отнести загрязнение собственного возврата, а в перспективе и металла вредными примесями.

Наибольшее распространение в практике производства ЧВГ получил ковшовый способ введения модифицирующих добавок, который характеризуется простотой, универсальностью и высокой технологической гибкостью процесса. Этот способ обеспечивает возможность получения мелкого и крупного литья на одном конвейере, легко вписывается в технологические схемы действующих цехов. При этом не требуется установки сложного дополнительного оборудования.

Как правило, при ковшовом способе совмещают процесс вермикулирующего модифицирования с инокулирующей обработкой расплава 70 % -ным ферросилицием с активными добавками бария, циркония и некоторых других элементов.

Хорошие результаты модифицирования достигаются, когда смесь вермикуляризатора и ферросилиция закладывают на дно ковша в стальном пакете. Колебания содержания остаточного магния в модифицированном расплаве составляет не более ± 0,002 мас.%, что свидетельствует о высокой стабильности процесса модифицирования. Стабильные результаты получают также при использовании сэндвич - процесса, когда на вермикуляризирующий модификатор помещают слой дробленого ферросилиция. Вместе с тем, сэндвич - процессу присущи недостатки, главным из которых является термовременной характер результата модифицирования. Неизбежные задержки при разливке обработанного расплава, широкое применение автоматических дозирующих устройств, в которых расплав может выдерживаться свыше 30 - 60 мин, могут приводить к нестабильности свойств ЧВГ, появлению отбела в отливках, выделению серы в тепловых узлах отливки и тем самым ограничивают область использования процесса ковшовой обработки. В этой связи перспективным представляется применение внутриформенного модифицирования чугуна с вермикулярным графитом, успешно применяемого в процессе производства ЧШГ.

Дата добавления: 2014-01-07