CC BY
16Научный вестник НГТУ. - 2011. - № 1(42)
СООБЩЕНИЯ
УДК 669.131.622
Применение лигатур при выплавке серого чугуна СЧ 15*
Е.Д. ГОЛОВИН, В.А. КУЗНЕЦОВ, А.И. ПОПЕЛЮХ, А.Ю. ГОЛИКОВ
В работе рассмотрены результаты модифицирования литого серого чугуна с использованием лигатур типа Cu-TiCN и Al-Zr-Mg-B. Показано, что применение обоих типов лигатур приводит к изменению формы графитных включений. Добавка модификатора типа Cu-TiCN вызывает измельчение структурных составляющих пластинчатого перлита, что приводит к повышению прочностных свойств модифицированного чугуна.
Ключевые слова: модифицирование, серый чугун.
ВВЕДЕНИЕ
Литой серый чугун является материалом, широко применяемым для изготовления различных деталей машин и элементов конструкций. Улучшение его структуры и повышение комплекса механических свойств представляет собой важную прикладную задачу [1, 2]. Одним из широко применяемых способов повышения качества литого металла является модифицирование [3-5]. В данной работе с целью повышения прочностных свойств чугуна применяли модифицирование расплава в ковше кусковыми лигатурами типа Си-ТЮМ и А1-гг^-Б.
1. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Отливки получали на Опытном заводе Сибирского отделения РАН. В качестве шихты использовали лом чугуна марки СЧ15. Выплавка металла осуществлялась в вагранке емкостью 1 т с шамотной (кислой) футеровкой. Чугун нагревался до 1350 °С и подавался в ковш, из которого осуществлялась разливка металла в предварительно просушенные песчано-глинистые формы. Масса металла, слитого в ковш, составляла 700 кг.
При выполнении работы были осуществлены три плавки. При реализации одной из них был получен немодифицированный сплав, выполняющий функцию контрольного материала (сплав 1). Модифицированние чугуна осуществлялось с использованием лигатур типа Al-Zr-Mg-B (сплав 2) и Си-ТЮМ (сплав 3). Количество модифицирующих добавок составляло 0,02 % от массы отливки. Влияние модифицирования оценивали на основании результатов металлографических исследований [6] и анализа механических свойств материалов.
2. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Все три исследуемых материала имеют структуру серого чугуна на феррито-перлитной основе с графитом завихренной формы. Содержание феррита составляет ~5 %. В контрольном сплаве графит равномерно распределен по объему материала. Средняя длина включений составляет ~500 мкм (рис. 1). Расстояние между цементитными пластинами равно ~1 мкм.
* Получена 27января 2010 г.
Сплав, модифицированный путем введения лигатуры Al-Zr-Mg-B, обладает менее однородной структурой. Средняя длина пластин графита составляет 300 мкм. Однако встречаются области, в которых графитные включения имеют розеточное распределение и составляют в длину ~50 мкм (рис. 2). Дисперсность пластин феррито-цементитной смеси в сплавах 1 и 3 примерно одинакова.
Рис. 1. Немодифицированный чугун с гра- Рис.2. Области розеточного распределения фитом завихренного типа измельченного графита в СЧ15, модифици-
рованном Al-Zr-Mg-B
Кроме перлита, феррита и графита, во всех рассматриваемых сплавах присутствует фосфидная эвтектика. Включения эвтектики распределены равномерно, средняя площадь включений составляет 1000 мкм2 (рис. 3). Модифицирование не вызвало значительных изменений в форме и распределении фосфидной эвтектики.
В сплаве 2, модифицированном с применением лигатуры Си-ТЮ^ наблюдаются графитные включения двух типов. В большей части объема присутствуют равномерно распределенные включения завихренной формы, длина которых составляет ~200 мкм. Второй тип графита представляет собой мелкие пластины длиной до 50 мкм, расположенные в междендритном пространстве. В результате модифицирования чугуна СЧ15 добавками Си-TiCN увеличивается дисперсность структурных составляющих пластинчатого перлита.
Механические свойства исследуемых материалов определяли при испытании на растяжение образцов цилиндрической формы. В качестве параметров прочностных свойств использовали значения предела текучести и предела прочности сплавов. Установлено, что модифицирование чугуна с использованием лигатуры Al-Zr-Mg-B влияния на прочностные
Рис. 3. Включения фосфидной эвтектики (светлые участки) в микроструктуре серого немодифицированного чугуна
Применение лигатур.
161
МПа>
160— 140120100— 806040200
128
117
Ов
Сплав 1
127
116
Оп
Сплав 2
141
152
Ов
Сплав 3
Рис. 4. Результаты испытания образцов литого чугуна СЧ15 на статическое растяжение
свойства материала практически не оказывает. В то же время лигатура Cu-TiCN привела к росту предела текучести на 20,5 %, а предела прочности на 19 % (рис. 4). Данный факт объясняется уменьшением межпластинчатого расстояния в перлите с ~1 мкм до ~0,8 мкм.
о
о
о
0,2
В
0,2
ВЫВОДЫ
На основании анализа проведенных исследований можно сделать следующие выводы. Применение кусковой лигатуры Cu-TiCN вызывает измельчение графитных включений, уменьшение размеров перлитных колоний и повышение дисперсности структурных составляющих пластинчатого перлита. Имеющие место структурные преобразования способствуют росту предела текучести чугуна СЧ15 на 20,5 % и предела прочности на 19 %. При использовании лигатуры Al-Zr-Mg-B свойства литого чугуна сохраняются на исходном уровне.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] L. Alvarez, C.J. Luis, I. Puertas / Analysis of the influence of chemical composition on the metallurgical properties of engine cylinder blocks in grey cast iron // Journal of Materials Processing Technology 153-154 (2004), p. 10391044.
[2] W. Wang et al. / Properties of gray cast iron with oriented graphite flakes // Journal of Materials Processing Technology 182 (2007), p. 593-597.
[3] Крушенко Г.Г., Черепанов А.Н., Кузнецов В.А. Влияние нанопорошков тугоплавких материалов на свойства литых изделий из черных и цветных металлов и сплавов // Наука - производству. - 2003. - № 4. - С. 29-36.
[4] Сабуров В.П. и др. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов / Отв. ред. Фомин В.М., Черепанов А.Н. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1995. - 344 с. - (Низкотемпературная плазма; Т. 12).
[5] Черепанов А.Н., Полубояров В.А., Каратаева З.А. Повышение механических свойств чугуна и стали с помощью модифицирования нанопорошками тугоплавких соединений // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т.9 : Сб.тр. Третьей междунар. науч.-практ. конф. «Исслед., разработ. и применен. высоких технолог. в промыш.» (СПб, Россия, 14-17.03.2007) / Под ред. Кудинова А.П., Матвиенко Г.Г. -СПб., 2007. - С. 192-193.
[6] ГОСТ 3443-87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры. - М. : Стандартинформ, 2005. - 42 с.
Головин Евгений Дмитриевич, ассистент кафедры материаловедения в машиностроении Новосибирского государственного технического университета. Основное направление научных исследований - повышение комплекса механических свойств металлических материалов путем введения наноразмерных модификаторов. Имеет 19 публикаций.
E-mail: [email protected]
Кузнецов Виктор Анатольевич, главный металлург ОАО «СИБЭЛЕКТРОТЕРМ». Основное направление научных исследований - разработка модификаторов для литейных сплавов.
E-mail: [email protected]
Попелюх Альберт Игоревич, кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения в машиностроении Новосибирского государственного технического университета. Основное направление научных исследований - особенности разрушения сталей и сплавов в условиях многократного динамического нагруже-ния, методы повышения надежности деталей ударных механизмов, трибологические испытания. Имеет 17 публикаций.
E-mail: [email protected]
Голиков Александр Юрьевич, магистрант, Новосибирского государственного технического университета. Основное направление научных исследований - повышение комплекса механических свойств металлических материалов путем введения наноразмерных модификаторов. 6 публикаций.
E-mail: [email protected]
E.D. Golovin, V.A. Kuznetsov, A.I. Popelukh, A.J. Golikov
Master-alloys utilization in the process of grey cast iron production
The paper discusses the results of the modification of cast gray iron, using the ligature-type Cu-TiCN and Al-Zr-Mg-B. It is shown that the use of both types of ligatures leads to a change in the form graphite inclusions. The addition of modifiers such as Cu-TiCN causes structural components of the grinding plate perlite, which leads to an increase in the strength properties of modified cast iron.
Key words: modification, grey cast iron
