/ 95 1 (54), 2 (55), 2010 The efficiency of the method of late intra-form graphi- tizing modifying of composition of modifiers Superseed 75, SB5 and фс65р3М1 as compared to ladle modification for disposal of such foundry defect as corner chill is shown. в. М. МихАйловский, с. П. королЕв, о. А. коНсТАНТиНович, А. Г. ШЕШко, одо «ЭвТЕкТикА» УДК 621.74 позднее внутрИформенное графИтИзИруюЩее модИфИЦИрованИе – ЭффектИвный спосоБ предотвраЩенИя отБела в чугунном лИтье Способ введения модифицирующей добавки в расплав чугуна в значительной степени опреде- ляет кинетику первичной кристаллизации сплава. Принципиальное отличие внутриформенного мо- дифицирования от ковшового способа обработки расплава чугуна заключается в реализации так на- зываемого «позднего» модифицирования, когда время между операцией модифицирования и нача- лом кристаллизации отливок сведено к минимуму. Особенно сильно воздействие этого фактора ска- зывается в процессе зарождения и роста графит- ной фазы. При вводе ферросилиция с активными элементами в расплав чугуна возникает как терми- ческая, так и химическая неоднородность распла- ва (по типу образования микрозон, обогащенных кремнием). Все это интенсифицирует процесс гра- фитизации вследствие высокой каталитической активности дополнительных центров кристалли- зации. Присутствие редкоземельных и щелочнозе- мельных элементов в модификаторе для вторично- го графитизирующего модифицирования чугуна позволяет стимулировать графитизацию за счет «замутнения» расплава дисперсными включения- ми – подложками для кристаллизации графита. Это приводит к увеличению удельного числа вклю- чений графита на единице площади. Вместе с тем, взаимодействие модификатора с жидким чугуном обусловлено введением в рас- плав элементов, активно реагирующих с примеся- ми – серой и кислородом. Образующиеся неметал- лические включения могут являться дополнитель- ными подложками для кристаллизации таких цен- тров графитных включений. Присутствующие в сплавах неметаллические включения в зависимости от характера их образо- вания разделяются на экзогенные, поступающие из печи, шлака, футеровки, формовочной смеси, и эндогенные – продукты сложных физико-хи ми- ческих процессов в жидком, затвердевающем и твердом металле. Характер образования эндоген- ных неметаллических включений можно опреде- лить по классификации, предложенной В. И. Явой- ским [1]: 1) предкристаллизационные: первичные, обра- зующиеся при рафинировании (раскислении, де- сульфурации), и вторичные, возникающие при охлаждении жидкого металла до температуры лик- видуса; 2) кристаллизационные: третичные, образую- щиеся в затвердевающем металле в интервале между ликвидусом и солидусом; 3) послекристаллизационные: четвертичные, образующиеся в затвердевающем чугуне при его охлаждении до комнатной температуры. Закономерности образования перечисленных типов неметаллических включений достаточно сложные и их зарождение, рост, дальнейшее взаи- модействие между собой и сплавом подчиняются различным механизмам. Для качества чугунов наибольшее значение имеют первичные и вторич- ные включения. Их образование обычно рассма- тривается в рамках классической теории Гиббса– Фольмера. Образование и рост неметаллических включений связаны с изменением свободной энер- гии, в частности ее ростом вследствие затрат на образование новой поверхности между включени- ем и расплавом. Исходя из теории флуктуаций, скорость образования числа зародышей в единице объема описывается уравнением [2]: J = A exp(∆G*/KT), (1) 96 / 1 (54), 2 (55), 2010 где ∆G* – суммарное изменение свободной энер- гии при образовании критического зародыша мольного объема V: . ∆G* = (16π 3ì â−s V 2)/[3(KT)2(lnα)2], (2) где к – постоянная Больцмана; Т – температура, К; sм-в – межфазовое натяжение на границе металл– включение; α – степень пересыщения. В данном процессе под степенью пересыще- ния понимают отношения произведения фактиче- ских концентраций активного элемента (раскисли- теля R) и растворенной примеси (кислорода О) в степени, соответствующей стехиометрическим коэффициентам, к равновесным: . ô ô p p [%R] [%O] / [%R] [%O] .m n m nα = . (3) Отсюда следует, что чем больше степень пере- сыщения, тем легче происходит процесс образова- ния включений. При невысоких значениях sм-в неметаллические включения выделяются из рас- плава самопроизвольно при небольшой степени пересыщения. Однако с ростом sм-в требуется су- щественное увеличение α. Установлено, что в ре- альных условиях плавки чугуна фактическая ак- тивность кислорода ( ô0α ) может в несколько раз превышать равновесную по реакции с кремнием, т. е. для образования SiO2 требуется определенная степень пересыщения расплава. Однако при введе- нии более активных раскислителей, например РЗМ, образуются дисперсные неметаллические включе- ния, которые в свою очередь могут выступать в ка- честве каталитических подложек для SiO2. Это приводит к образованию сложных по составу не- металлических включений. Вместе с тем, можно считать, что дисперсные неметаллические включения, образующиеся по описанному механизму, полезны с точки зрения стимулирования процесса кристаллизации графит- ной эвтектики в чугунах. Исследовали влияние состава модификатора на склонность чугуна к кристаллизации с образо- ванием структурно-свободного цементита. В каче- стве графитизирующих модификаторов использо- вали Superseed 75 фирмы Elkem, SB5 фирмы SKW Giesserei и ФС65РЗМ1 с активными добавками. В качестве активных добавок использовали сложные железоорганические соединения типа Fe(CO)2(h–С5Н5)2 в количествах 3–5% к массе основного модифика- тора (рис. 1). Модификаторы дробили до фракционного раз- мера 0,1–1,0 мм и затем спрессовывали в цилин- дрические таблетки для внутриформенного графи- тизирующего модифицирования. Исследования проводили на образцах, отлитых по оснастке, вы- полненной в виде «клиньев» с целью измерения величины отбела. Химический состав исследуемых модификато- ров приведен в таблице. Химический состав исследуемых модификаторов Наименование модификатора Химический состав, % Si Ca Sr Al РЗМ Ba Fe Superseed 75 SB5 ФС65РЗМ1 75 67 64 0,08 0,5 0,2 0,8 – – 0,4 1,2 1,2 – – 1,0 – 1,8 – 23,72 29,5 33,6 Прессованные модификаторы (цилиндрические таблетки) устанавливали на стеклофильтр под сто- як (рис. 2). Плавку чугуна осуществляли в тигельной печи ИСТ-016. Химический состав чугуна из печи, %: С – 3,3, Si – 2,1, Mn – 0,7, Cr – 0,12, Р – 0,1, S – 0,04. Заливку литейных форм расплавом чугуна про- водили при различных температурах: 1350, 1400, 1450 ºС. Расход прессованных модификаторов со- ставлял 0,05% к металлоемкости литейных форм. Рис. 1. Влияние состава прессованных модификаторов и тем- пературы заливки литейных форм на величину отбела чу- гуна при внутриформенном графитизирующем модифици- ровании Рис. 2. Прессованные модификаторы / 97 1 (54), 2 (55), 2010 Для сравнения проведена серия экспериментов, в которой использовали те же модификаторы по химическому составу: Superseed 75, SB5, ФС65РЗМ1 фракцией 0,8–1,0 мм. Графитизирующее модифи- цирование осуществляли в ковше металлоемко- стью 100 кг. Обработку производили при тех же температурах: 1350, 1400 и 1450 ºС. Расход графи- тизирующих модификаторов составил 0,3%. По- сле снятия шлака с зеркала металла заливали фор- мы с «клиньями» для определения отбела, такие же, как в экспериментах с прессованными моди- фикаторами (рис. 3). Анализ полученных данных показывает, что ва- риант позднего внутриформенного графитизирую- щего модифицирования имеет ряд преимуществ пе- ред традиционным методом ковшового графитизи- рующего модифицирования фракционными куско- выми модификаторами. В первую очередь, более эффективное устранение отбела при равных услови- ях температурного воздействия и кристаллизации отливок, а также значительно меньшие расходные характеристики – 0,05% вместо 0,3%. Таким образом, исследования показали эффек- тивность способа позднего внутриформенного графитизирующего модифицирования всех трех составов модификаторов по сравнению с ковшо- вым модифицированием для устранения такого распространенного литейного дефекта, как кро- мочный отбел. При этом таблетированный моди- фикатор ФС65РЗМ1 с железоорганическим связу- ющим для внутриформенного модифицирования обеспечил минимальные значения величины отбе- ла в чугуне. Для развития решения данной пробле- матики научно-производственное предприятие ОДО «Эвтектика» разработало химический состав, способ специальной подготовки модификаторов для поздней внутриформенной обработки под тех- ническим наименованием: «Присадка графитизи- рующая для снятия отбела в чугуне» ТУ BY 100196035.008-2006. Присадки графитизирующие производят массой от 5 до 300 г, т. е. для литейных форм металлоемкостью от 10 кг до 1 т, чтобы удо- влетворить технологические и технические по- требности литейщиков. Литература 1. Я в о й с к и й В. И., Б л и з н ю к С. А., В и ш к а р е в А. Ф. и др. Включения и газы в стали. М., 1979. 2. Г р и г о р я н В. А., Б е л я н ч и к о в Л. Н., С т о м а х и н А. Я. Теоретические основы электросталеплавильных про- цессов. М., 1987. Рис. 3. Влияние состава фракционных модификаторов и тем- пературы заливки литейных форм на величину отбела чугу- на при ковшовом графитизирующем модифицировании