286 / 1 (54), 2 (55), 2010 The peculiarities of annealed cast iron modifying by bismuth-molybdenic catalyst are shown. Н. и. урБАНович, о. с. коМАров, и. Б. ПроворовА, БНТу, в. М. ПриЕМко, оАо «МЗоо» УДК 621.74 осоБенностИ модИфИЦИрованИя ковкого чугуна вИсмут-молИБденовым каталИзатором Модифицирование ковкого чугуна имеет свои особенности, которые заключаются в том, что ком- поненты модификатора должны подавлять образо- вание пластинчатого графита во время эвтектиче- ской кристаллизации белого чугуна и в то же вре- мя способствовать образованию центров кристал- лизации графита во время отжига белого чугуна при его превращении в ковкий. Такой способно- стью целенаправленного воздействия на структуру и свойства ковкого чугуна могут обладать только комплексные модификаторы, которые содержат в своем составе как графитизирующие, так и пре- пятствующие росту графита поверхностно-ак- тивные компоненты. В практике производства ков- кого чугуна используется комплексный модифика- тор, состоящий из алюминия, бора и висмута [1]. Известно, что алюминий является химически активным элементом и продукты его взаимодей- ствия с кислородом и азотом способствуют увели- чению числа центров графитизации при отжиге белого чугуна, сокращая его продолжительность. Бор – карбидообразующий элемент, который обра- зует карбиды и нитриды, служащие подложкой для зарождения графита. Висмут как поверх ност- но-активный элемент блокирует рост зародышей графита в процессе кристаллизации эвтектики, чем вызывает глубокое переохлаждение расплава и обеспечивает образование ледебурита. Следует отметить, что на ОАО «Минский заво- де отопительного оборудования» для модифици- рования ковкого чугуна используют только алю- миний в количестве 0,015% от массы расплава, в результате чего в отливках часто наблюдается графит пластинчатой формы, образовавшийся в хо де первичной кристаллизации. Применение же вис- мута и бора в составе комплексного модификатора сдерживается их дороговизной и необходимостью вложения валютных средств для их покупки. В то же время на предприятиях нефтехимиче- ской промышленности Республики Беларусь име- ются отходы производств, в которых в виде оксидов находятся карбидообразующие и поверхностно- активный элементы. К таким отходам относится отработанный висмут-молибденовый катализатор Полоцкого предприятия «Полимир», содержащий около 16% оксида висмута (Bi2O3) и около 20% ок- сида молибдена (МоО3). Носителем этих веществ является оксид кремния (SiO2). Для оценки возможности использования окси- да молибдена и висмута в качестве модификатора для ковкого чугуна провели анализ зависимостей величин изменения свободной энергии Гиббса ре- акций этих оксидов с компонентами чугуна от тем- пературы. Изменение свободной энергии Гиббса (изобар- но-изотермический потенциал) определяли по фор- муле [2] ( ) o orG T rH T rS∆ = ∆ − ∆ , где orH∆ , orS∆ – соответственно изменение эн- тальпии и энтропии реакции. В результате получены зависимости, приве- денные на рис. 1. Сопоставление полученных зависимостей дает основание предположить, что оксиды висмута (Bi2O3) и молибдена (MoO3) легко восстанавлива- ются присутствующими в расплаве чугуна крем- нием и углеродом. При этом молибден частично восстанавливается и растворяется в железе, а ча- стично вступает в реакцию с углеродом, образуя карбид молибдена (Mo2C), который впоследствии может служить в качестве подложки для образова- ния зародышей графита. Висмут, восстановлен- ный из оксида, переходит в расплав и как поверх- ностно-активный элемент замедляет рост зароды- / 287 1 (54), 2 (55), 2010 шей графита в процессе кристаллизации, чем вы- зывает глубокое переохлаждение расплава и обес - печивает образование ледебурита. С целью проверки возможности использова- ния отработанного висмут-молибденового катали- затора в качестве модифицирующей добавки в со- ставе комплексного модификатора проводили ис- следования в лабораторных условиях. Шихту мас- сой 70 кг расплавляли в индукционной печи ИСТ-01. В качестве шихты использовали литники из ваграночного чугуна ОАО «МЗОО». Для ком- пенсации угара по углероду и кремнию в расплав вводили электродный бой и ферросилиций с це- лью получения чугуна состава: С – 3,3 мас.%; Si – 1,48, Mn – 0,5, S – 0,11 мас.%. При темпера- туре 1400 °С расплав заливали в ковш емкостью 10 кг, предварительно поместив на его дно моди- фицирующую добавку. После 10-секундной вы- держки расплава в ковше заливали формы клино- видных проб металлом: без добавки модификато- ра, с добавкой 0,015% Al, с добавкой 0,015% Al + 0,004% Bi + 0,003% B и с добавкой 0,015% Al + 0,042% Bi-Mo катализатора от массы расплава. На рис. 2 показаны макроструктуры изломов кли- новидных проб. Из рисунка видно, что комплекс- ный модификатор, состоящий из алюминия и от- работанного висмут-молибденового катализато- ра (рис. 2, г), наиболее эффективно устраняет вы- деление графита при первичной кристаллизации. С целью проверки модифицирующего дей- ствия разработанного комплексного модификатора в промышленных условиях была проведена опыт- ная плавка на ОАО «МЗОО». Для сравнения моди- фицирующего эффекта с принятой на заводе тех- Рис. 1. Зависимость изменения энергии Гиббса от темпера- туры для процессов восстановления молибдена и висмута из оксидов и образования возможных соединений с Si, S, C а б в г Рис. 2. Макроструктура излома клиновидной пробы из ковкого чугуна:а – без добавки; б – 0,015% Al; в – 0,015% Al + 0,004% Bi + 0,003% В; г – 0,015% Al+0,042% Bi-Mo отработанного катализатора 288 / 1 (54), 2 (55), 2010 нологией модифицирования в один ковш вводили добавку алюминия в количестве 0,015% от массы расплава, в другой – комплексный модификатор, состоящий из алюминия (0,015%) и отработанного висмут-молибденового катализатора (0,042%). Из каждого ковша чугуном состава 3,1% С, 1,5% Si, 0,5% Mn, 0,1% Cr, 0,13% S заливали формы для получения клиновидных проб, анализ изломов ко- торых подтвердил результаты лабораторных ис- следований [3, 4]. Таким образом, проведенный анализ зависи- мостей величин изменения свободной энергии Гиббса реакций от температуры процессов взаи- модействия компонентов отработанного висмут- молибденового катализатора с углеродом и крем- нием чугуна, лабораторные и промышленные ис- следования дают основание полагать, что в каче- стве поверхностно-активной добавки можно использовать вещества, содержащие его оксиды, а вместо бора, который образует тугоплавкие кар- биды и нитриды, – оксид молибдена, образующий тугоплавкие карбиды, служащие подложкой для зарождения графита в процессе отжига белого чу- гуна на ковкий. Литература 1. Б о г а ч е в И. Н., Д а в ы д о в Г. С., Р о ж к о в а С. Б. Графитизация и термическая обработка белого чугуна. М.: Ма- шиностроение, 1964. 2. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справ. изд. В 4-х т. 3-е изд., перераб. и расшир. М.: Наука, 1982. Т. 4. Кн. 1. 3. Ресурсосберегающая технология модифицирования отливок из ковкого чугуна / Н. И. Урбанович, О. С. Комаров, В. И. Волосатиков и др. // Литье и металлургия. 2008. № 4. С. 92–95. 4. Удешевление комплексного модифицирования за счет использования вторичных ресурсов / О. С. Комаров, Н. И. Урбано- вич, В. И. Волосатиков и др. // Литейное производство. 2009. № 7. С. 2–4.