Получение микроструктуры чугуна с компактной формой графита с использованием силикокальция и силикобария на основе исследования природы центров его кристаллизации в расплаве чугуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

1. Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время в промышленности находит всё большее применение высокопрочный чугун с шаровидным и вермикулярным графитом. Этот конструкционный материал обладает комплексом ценных физико-механических свойств, поэтому его используют для изготовления литых изделий ответственного назначения во многих отраслях промышленности.

Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом в настоящее время получают модифицированием расплава чугуна модификаторами с магнием и редкоземельными элементами, применение которых сопровождается пироэффектом и дымовыделением, ухудшающими санитарные и экологические условия окружающей среды.

Условия образования шаровидного и вермикулярного графита в чугуне, несмотря на многочисленные исследования, не имеют однозначного толкования. Форма включений графита в чугуне обусловлена условиями их роста в расплаве чугуна, однако о механизме этого процесса до сих пор ведутся дискуссии, так как существуют разные представления о природе центров кристаллизации графита в расплаве чугуна и их взаимодействия с расплавом.

Существует несколько гипотез о природе центров кристаллизации графита в чугуне и условий образования в нем различных форм графита. В последнее время обсуждаются теории гетерогенного зародышеобразования и формообразования графита на различных типах неметаллических включений в расплаве чугуна.

Поэтому актуальной проблемой для теории и практики получения отливок из чугуна является изучение природы центров кристаллизации графита в его расплаве и разработка на этой основе экологически чистых способов получения чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом без использования модификаторов с магнием и редкоземельными элементами.

Цель работы - получение микроструктуры чугуна с компактной формой графита с использованием силикокальция и силикобария на основе исследования природы центров его кристаллизации в расплаве чугуна.

Задачи исследования:

1. Экспериментальное изучение природы центров кристаллизации графита в чугуне.

2. Изучение влияния типа графитной фазы в промышленной шихте на микроструктуру отливок из чугуна.

3. Исследование направленности влияния элементов на микроструктуру чугуна на основе электронного строения их атомов.

4. Разработка экологически чистого процесса получения чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом без использования модификаторов с магнием и редкоземельными элементами на основе изучения природы центров кристаллизации графита в чугуне и исследования направленности влияния элементов на микроструктуру чугуна.

5. Проведение исследований по выявлению влияния термообработки на количество перлита, феррита и бейнита в отливках из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом, полученных с использованием силикокальция и силикобария.

Методы исследования. Основные результаты работы получены на основе экспериментальных исследований с помощью микрорентгеноспектрального анализа микроструктуры чугунов с различной формой графита, модифицирования расплава чугуна, термообработки и теоретического анализа связи стандартных значений изобарно-изотермических потенциалов образования оксидов, сульфидов, нитридов, карбидов входящих в чугун элементов с величиной суммарного значения потенциалов ионизации валентных электронов их атомов.

Достоверность выводов и практические рекомендации подтверждаются применением проверенных методик структурного анализа и обработки данных, экспериментальными и опытно-промышленными исследованиями.

Научная новизна:

- на основе экспериментальных исследований с помощью микрорентгеноспектрального анализа микроструктуры чугуна с различной формой графита, модифицирования расплава чугуна графитом и ферросилицием, усвоения науглероживателя в расплаве синтетического чугуна и влияния типа шихтовых материалов на графитную фазу в отливках установлено, что центрами кристаллизации графита в расплаве промышленного чугуна при невысоком его перегреве являются попадающие из шихты и недорастворившиеся в расплаве включения графита, а не имеющиеся в нем оксисульфидные и оксидные неметаллические включения;

- установлена связь величины стандартных значений изобарно-изотермических потенциалов образования оксидов, сульфидов, нитридов, карбидов с величиной суммарного значения потенциалов ионизации валентных электронов атомов (?IВ), по которому можно оценивать порядок протекания физико-химических реакций в расплаве чугуна и тем самым определять направленность влияния элементов на микроструктуру чугуна и на взаимосвязь их с центрами кристаллизации графита, определяющую формообразование включений графита в чугуне;

- на основе анализа значений ?IВ элементов установлено, что Ва и Са имеют низкие значения ?IВ и поэтому обладают повышенным сродством к поверхностно-активным примесям расплава чугуна, в силу чего могут быть использованы в модификаторах для получения чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Данные экспериментальных исследований природы центров кристаллизации графита в расплаве чугуна и влияния различных структурообразующих факторов на форму включений графита в нем.

2. Связь стандартных значений изобарно-изотермических потенциалов образования оксидов, сульфидов, нитридов, карбидов входящих в чугун элементов с величиной суммарного значения потенциалов ионизации валентных электронов атомов ?IВ образующих их элементов.

3. Данные экспериментальных и опытно-промышленных исследований по получению отливок из чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита без использования модификаторов с магнием и редкоземельными элементами и с различной металлической матрицей путем термообработки.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

- на научной основе разработан экологически чистый способ получения высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом без использования модификаторов с магнием и редкоземельными элементами с помощью модифицирования расплава выпускающими промышленностью силикокальцием и силикобарием;

- разработаны методы получения в отливках из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом заданного количества перлита, феррита, бейнита путем термообработки.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на региональных и международных научно-технических конференциях: на 57-й научной конференции профессорско-преподавательского состава (Брянск, 2005г.), VIII съезд литейщиков (Ростов-на-Дону, 2007г.), на 58-й научной конференции профессорско-преподавательского состава (Брянск, 2008г.).

Внедрение результатов. Способ получения отливок с шаровидной и вермикулярной формой графита без использования модификаторов с магнием и редкоземельными элементами прошел промышленное опробование на ЗАО «УК «БМЗ», на что имеется акт внедрения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, 3 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 101 наименования. Она содержит 104 страницы, 41 рисунок, 11 таблиц и приложение.

2. Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, изложены её цель, задачи, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен литературный обзор о влиянии различных структурообразующих факторов на формирование микроструктуры и свойств отливок из чугуна. Изучению свойств и микроструктуры чугуна посвящено много работ отечественных ученых - А.М. Самарина, Н.Г. Гиршовича, К.П. Бунина, А.А. Жукова, Б.С. Мильмана, Н.Н. Александрова, Г.И. Сильмана, И.К. Кульбовского, И.В. Гаврилина и зарубежных ученых - А. Ледебура, Л.В. Маурера, Е. Пивоварского, Г. Лапланша, де Си и других. В них освещено влияние химического состава, скорости охлаждения, технологии выплавки, типа шихтовых материалов, модифицирования, термообработки на формирование параметров микроструктуры и свойств чугуна. Изучено влияние перечисленных факторов на графитизацию и отбел чугуна и форму включений графита в нем, определяющих его микроструктуру и свойства в отливках. Построено много структурных диаграмм чугуна, таких как диаграммы Л.В. Маурера, Г. Лапланша, Н.Г. Гиршовича, А.А. Жукова и другие. Но прогнозируемые по ним параметры микроструктуры чугуна в отливках являются качественными, поэтому не соответствуют количественным значениям в реальных отливках.

Отечественными учёными Б.А. Мельником, К.П. Буниным и другими проводились рентгенографические исследования расплава чугуна (рис. 1). Ряд ученых, А.М. Самарин и другие, рассматривали структурные изменения в чугуне, связанные с его структурно-чувствительными свойствами, которые указывают, что в расплаве промышленного чугуна находятся микровключения графита, которые могут выступать в качестве центра графита.

В зарубежной литературе утверждается, что в качестве возможных центров гетерогенного образования зародышей графита в расплаве чугуна могут выступать два вида находящихся в нём неметаллических включений: сульфиды и оксисиликаты в виде простых или сложных соединений, образование которых термодинамически возможно в ходе выплавки или обработки модификаторами расплавов чугунов, однако нет экспериментальных данных по изоморфности кристаллической решетки неметаллического включения с решеткой графита.

Из литературы известно, что между поверхностным натяжением расплава чугуна и структурой графита в чугуне существует зависимость, которая показывает, что с увеличением поверхностного натяжения расплава чугуна количество графита и размер его включений уменьшаются (рис. 2). Это связано с тем, что согласно закону Вульфа-Кюри свободно растущий в расплаве кристалл стремится приобрести форму, соответствующую минимальной удельной поверхностной энергии, которой соответствует его компактная форма.

Рис. 1. Результаты рентгеноструктурного анализа расплава чугуна

Рис. 2. Влияние поверхностного натяжения расплава чугуна на структуру графита в чугуне: Sг - количество графита на площади шлифа, %, Lг - длина включений графита, мкм, ПГ - пластинчатый графит, ВГ - вермикулярный графит, ШГ - шаровидный графит

Форма графита в чугуне существенно зависит от скорости охлаждения его расплава. Сфероидизация графита при затвердевании чугуна осуществляется в переходной жидко-твердой области при изменении скорости переохлаждения.

Получение компактного графита наблюдалось лишь в чистых расплавах чугуна, в промышленных расплавах получение шаровидного или вермикулярного графита этим способом не достигается.

Из приведенного анализа литературы следует, что пока нет единого мнения о природе центров кристаллизации графита в расплаве чугуна и факторах, определяющих условия формирования включений графита различной формы.

Во второй главе приведена методика экспериментальных исследований.

С целью установления природы центров кристаллизации графита в чугуне проводили экспериментальные исследования содержания элементов в чугуне с различной формой графита методом локального микрорентгеноспектрального анализа на микроанализаторе «Камека». Результаты исследований получали в виде кривых интенсивности рассеивания (КИР) рентгеновского излучения вдоль линий сканирования рентгеновского луча на шлифе, пересекающего участки металлической матрицы длиной до 500 мкм, содержащей включения графита. Исследовали микроструктуру, содержание Si, Mn, S и неметаллических включений.

Для анализа микроструктуры в исследованиях использовали оптический микроскоп «Неофот - 2» с увеличением от 100 до 2000 раз. Структуру чугуна оценивали согласно ГОСТ 3443 - 87. Механические испытания проводили на стандартных образцах в соответствии с ГОСТ 1497-84. Химический состав определяли эмиссионным спектрометром «Спектролаб М8» и химическим анализом.

В третьей главе представлены данные экспериментальных исследований природы центров кристаллизации графита в чугуне.

Исследовано с помощью микрорентгеноспектрального анализа на установке «Камека» распределение и содержание Si, Mn, S и неметаллических включений в структурных составляющих следующих типов чугуна: в бескремнистом чугуне с пластинчатым графитом (ЧПГ), выплавленном из карбонильного Fe и чистого графита (рис. 3); в кремнистом ЧПГ, выплавленном из карбонильного Fe, чистого графита и кристаллического Si (рис. 4), а также в других типах синтетического чугуна с пластинчатой, вермикулярной и шаровидной формой графита.

Исследования с помощью микрорентгеноспектрального анализа микроструктуры бескремнистого чугуна показали, что на КИР рентгеновских лучей, характеризующих содержание и распределение в нем Si, Mn, S и неметаллических включений, нет экстремумов, а расположение их соответствует расположению КИР фона этих элементов (рис. 3). Это свидетельствует о том, что неметаллических включений с содержанием этих элементов в этом чугуне нет, что подтверждается и химическим анализом. В то же время на КИР Siб кремнистого чугуна (рис. 4) имеется экстремум, расположенный в металлической матрице у включения графита и характеризующий высокое содержание Si, что свидетельствует о наличии неметаллического включения SiO2, а расположение её по отношению к КИР фона Siб указывает на содержание Si в этом чугуне на уровне, обнаруживаемом химическим анализом, при этом чугун закристаллизовался с включениями графита. Это говорит о том, что данный метод позволяет устанавливать наличие оксидных неметаллических включений типа SiO2 и другого типа в микроструктуре чугуна, а также определять их содержание и распределение как в металлической матрице, так и во включениях графита.

Микрорентгеноспектральный анализ более 1000 различных включений графита показал, что оксидных неметаллических включений типа SiO2 и других неметаллических включений во включениях графита не обнаружено, поэтому они не могли выступать центрами кристаллизации графита в расплаве исследованных чугунов.

Если бы неметаллические включения типа SiO2 или другого типа являлись центрами кристаллизации графита, то бескремнистый чугун (рис. 3) должен был бы закристаллизоваться белым, так как в нём кроме углерода, поступающего из науглероживателя-графита, других элементов нет, а он имеет структуру графитизированного чугуна с включениями пластинчатого графита. В то же время в кремнистом чугуне (рис. 4) содержатся неметаллические включения типа SiO2, но он имеет идентичную структуру графита с бескремнистым чугуном. Это свидетельствует о том, что в обоих случаях в качестве центрами кристаллизации графита выступали микровключения самого графита, недорастворившегося в расплаве чугуна.

Полученные результаты наряду с литературными данными рентгено-структурного анализа расплава чугуна (рис. 1) позволяют утверждать, что центрами кристаллизации графита в расплаве промышленного чугуна выступают попадающие из шихты и находящиеся в нем включения графита, а неметаллические включения других типов.

Рис. 3. Распределение Si, Mn и S в ЧПГ, выплавленном из карбонильного железа и чистого графита (а), и микроструктура этого чугуна (б), на которой отображена линия сканирования (А-Б) х 500 Рис. 4. Распределение Si, Mn и S в ЧПГ, выплавленном из карбонильного железа, чистого графита и Si (а), и микроструктура этого чугуна (б), на которой отображена линия сканирования (А-Б) х 500

В четвёртой главе приведены данные экспериментальных исследований, направленные на изучение протекания в расплаве чугуна физико-химических процессов и их влияния на структуру чугуна.

Исследовали влияние модифицирования расплава синтетического чугуна на величину отбела клина (рис. 5). В расплав после его выдержки в печи при 1500° С в течение 30 минут с целью дезактивации центров кристаллизации вводили по 0,5% чёрного графита или ферросилиция ФС75. Потери модифицирующего эффекта, оцениваемые величиной отбела клина по истечении некоторого времени после введения модификатора, приведены на рис. 5. кристаллизация чугун графитный отливка

Усвоение твёрдого науглероживателя расплавом чугуна происходит весьма медленно (рис. 6), поэтому и растворение графита как модификатора в расплав чугуна происходит медленно. В связи с этим в расплаве чугуна продолжительное время находятся недорастворившиеся микровключения графита, которые и служат дополнительными центрами кристаллизации графита при его кристаллизации, из-за чего эффект модифицирования графитом является весьма продолжительным.

Рис. 5. Зависимость величины отбела клина l от типа модификатора и продолжительности выдержки t расплава после модифицирования: 1 - чёрный графит; 2 - ферросилиций ФС75 Рис. 6. Зависимость времени усвоения углерода [C] расплавом синтетического чугуна из твёрдого науглероживателя вводимого на зеркало металла от температуры t и содержания Si (исходное содержание С - 1,2 - 1,55 %: 1 - 0,8% Si, 1400° С; 2 - 0,2% Si, 1430° С; 3 - 0,8% Si, 1450° С; 4 - 0,8% Si, 1600° С)

При модифицировании расплава чугуна ФС75 в отдельных его микрообъёмах, где находились его частицы, в течение непродолжительного времени создаётся повышенное содержание Si, что приводит к повышению термодинамической активности углерода в этих микрообъёмах расплава и появлению там повышенного количества свободных атомов углерода, способствующих образованию новых центров кристаллизации графита, и на них не успевают адсорбироваться из расплава включения атомов S, O, что приводит к быстрому их растворению в расплаве чугуна и быстрой потере модифицирующего эффекта ФС75.

Исследование влияния промышленных шихтовых материалов с разным типом графитной фазы (чугунные, стальные металлотходы, науглероживатель) и разной термовременной обработкой (ТВО) расплава промышленного синтетического чугуна показало, что ТВО расплава чугуна при его нагреве до 1525°С в течение 80 минут приводит к существенному снижению в нём SГ, вследствие чего свойства и структура разных типов чугунов, как видно из рис. 7, несколько приближаются, но не становятся одинаковыми. Такое влияние типа шихтовых материалов и ТВО расплава чугуна на его микроструктуру и свойства может быть объяснено разной природой попадающих из шихты в расплав чугуна включений графита, служащих затем центрами его кристаллизации.

Рис. 7. Влияние ТВО расплава синтетического чугуна (SЭ = 0,8 - 0,9) и типа шихтовых материалов на его микроструктуру и свойства (сплошные линии - чугуны на основе стальных металлоотходов, пунктирные - на основе чугунных): SГ - количество графита на площади шлифа, П - количества перлита

Попадающие в расплав чугуна включения графита при выплавке на основе чугунных металлоотходов образовались при предыдущей их плавке, что и предопределило их природу и скорость растворения в расплаве чугуна. При выплавке синтетического чугуна на основе промышленных стальных металлоотходов, которые не содержали включений графита, а в качестве науглероживателя использовался бой графитированных электродов, куски которого растворялись в расплаве, что и приводило к образованию центров кристаллизации графита в чугуне на основе стальных металлоотходов. Это указывает на то, что центрами кристаллизации графита в расплаве исследованных чугунов являлись попадающие из шихты и недорастворившиеся в нём включения графита. Если бы центрами кристаллизации графита являлись неметаллические включения разного типа, то общее количество графита (значения SГ) у чугуна на основе промышленных стальных металлоотходов было бы выше, чем на основе чугунных, так как в стали содержание неметаллических включений гораздо выше, чем в чугуне.

Если исходить из того, что центрами кристаллизации графита в расплаве промышленного чугуна являются его микровключения, то из этих позиций хорошо объясняется и влияние элементов на графитизацию и отбел чугуна и образование различных форм включений графита в нем.

С этих позиций находит убедительное объяснение и то, как находящиеся в расплаве чугуна поверхностно-активные элементы в результате их взаимодействия с микровключениями графита и другими элементами расплава могут способствовать его графитизации, отбелу и формообразованию графита.

Такое влияние связано с электронным строением атомов элементов. Многие элементы (S, O, Se, Te, Bi, Sn, Sb, As) являются поверхностно-активными и могут адсорбироваться на поверхности находящихся в расплаве чугуна микровключений графита. Этим они будут тормозить их рост, что приведет к отбелу чугуна. Элементы Ba, Ca, Mg, РЗЭ вследствие низких значений УIВ и высоких значений изобарно-изотермических потенциалов будут активно вступать во взаимодействие с находящимися в расплаве поверхностно-активными элементами, образуя с ними выделяющиеся в самостоятельные фазы устойчивые химические соединения в виде неметаллических включений (рис. 8).

При введении в расплав чугуна графитизирующих его d-элементов (Co, Ni, Cu и др.) с более высокими значениями УIB, чем у Fe (рис. 8), они, замещая атомы Fe, будут ослаблять силу связи в микрогруппировках Fе - С, в результате чего будет увеличиваться сила связи С - С, способствующая образованию новых центров кристаллизации графита и графитизации чугуна, а карбидообразующие d-элементы будут действовать наоборот.

Рис. 8. Зависимость стандартных значений изобарно-изотермического потенциала () образования различных соединений от величины суммарного значения потенциалов ионизации валентных электронов элементов (?IВ)

Поэтому введение в расплав чугуна силикокальция и силикобария способствует его рафинированию и очистке с центров кристаллизации графита примесей и повышению поверхностного натяжения расплава (рис. 2), что приводит к образованию в его микроструктуре вермикулярного и шаровидного графита.

В пятой главе приведены данные экспериментальных и опытно-промышленных исследований по получению высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом без использования модификаторов с магнием и редкоземельными элементами и их термообработке.

Способ модифицирования чугуна включал введение в расплав чугуна смеси, содержащей силикобарий ФСБа30 и силикокальций СК30 в количествах 1,0 - 2,5% от его массы.

В промышленной индукционной электропечи с ёмкостью тигля 1 т. выплавляли чугун, имеющий химический состав (%): С - 2,9…3,8; Si - 1,8…3,3; Mn - 0,5…1,5; S - около 0,1; Р - не более 0,08. Расплав обрабатывали в печи силикокальцием СК30, а затем модифицировали его в ковше силикобарием ФСБа30 (табл. 1, 2).

В 1-й серии опытно-промышленных плавок исследовали влияние разного расхода силикобария на структуру и механические свойства чугуна при постоянных параметрах обработки расплава в печи силикокальцием: разного расхода силикобария (эксперименты I, табл. 1) и разной температуры слива жидкого металла при одинаковом расходе силикобария (эксперименты II, табл. 1).

Из табл. 1 видно, что наиболее эффективным является модифицирование в ковше расплава чугуна силикобарием в количестве 0,7-1,2 % от его массы при температуре слива металла из печи 1490-1510° С. Это обеспечивает при расходе 1% силикокальция для обработки расплава в печи получение в структуре чугуна более 80 % вермикулярного и до 20% шаровидного графита, вследствие чего достигаются высокие механические свойства чугуна: прочность 384-517 МПа, твёрдость НВ 193-237 кг/мм2, что соответствует маркам ЧВГ 35-ЧВГ 45 ГОСТ 28394-89.

Во 2-й серии опытно-промышленных плавок исследовали влияние на степень очистки расплава чугуна от серы, его структуру и механические свойства разного расхода силикокальция (эксперименты I, табл. 2), разной температуры обработки расплава в печи силикокальцием (эксперименты II, табл. 2), разного времени обработки расплава в печи силикокальцием (эксперименты III, табл. 2).

Таблица 1 Влияние температуры, расхода ФСБа 30 и постоянного расхода СК30 на структуру чугуна

Таблица 2 Влияние температуры, расхода СК30 и постоянного расхода ФСБа 30 на структуру чугуна

Из табл. 2 видно, что наиболее эффективная обработка расплава чугуна в печи силикокальцием достигается при его расходе 0,8-1,3% от массы расплава при выдержке расплава в индукционной электропечи при 1490-1510° С в течение 8-12 минут. Это обеспечивает снижение содержания серы в расплаве до 2,5 раз, благодаря чему при введении в ковш 1% силикобария получается в структуре чугуна более 80% вермикулярного и до 20% шаровидного графита при высокой прочности (363-509 МПа).

Проведенные нами опытно-промышленные исследования показали, что возможно в промышленных условиях получать чугун марок ЧВГ 35-ЧВГ 45, используя модифицирующие смеси на основе выпускаемых промышленностью силикокальция СК30 и силикобария ФСБа30 (рис. 9).

Структура и механические свойства отливок, получаемых в литом состоянии, не всегда соответствуют требованиям, предъявляемым к ним.

Если отливки в литом состоянии не соответствуют предъявляемым к ним требованиям по структуре и механическим свойствам, то для повышения пластичности в отливках из ЧШГ и ЧВГ применяется ферритизирующий отжиг, который обеспечивает в структуре ферритную матрицу, а использование нормализации и изотермической закалки позволяет получать в структуре более 90% перлита и бейнит, что существенно приводит к высоким значениям предела прочности и твердости (табл. 3).

Рис. 9: а) нетравленый шлиф (эксперимент I, табл. 2), х100; б) нетравленый шлиф (эксперимент II,табл. 1), х100; в) травленый шлиф (эксперимент I, табл. 2), х100; г) травленый шлиф (эксперимент II, табл. 2), х500

Таблица 3 Влияние термообработки на структура и механические свойства чугуна

* - содержание S после модифицирования

Рис. 10. Структура чугуна (травленый шлиф, табл. 3): а) до термообработки (Перлит + Феррит), х100; б) отжиг (Феррит), х100; в) нормализация (Перлит (90%) + Феррит (10%)), х500; г) изотермическая закалка (Бейнит), х500

Заключение

В результате проведенных исследований были достигнуты следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Проведенные микрорентгеноспектральные исследования микроструктуры чугуна, анализ литературных данных рентгеноструктурных исследований расплава чугуна, экспериментальные данные, полученные из разных шихт, с использованием разных модификаторов, показали, что центрами кристаллизации графита в расплаве промышленного чугуна являются попадающие из шихты и находящиеся в нём его микровключения, а не оксисульфидные и оксидные неметаллические включения.

2. На основе теоретических исследований установлена связь стандартных значений изобарно-изотермических потенциалов (-ДG0298) образования элементами оксидов, сульфидов, нитридов, карбидов с величиной суммарного значения потенциалов ионизации валентных электронов их атомов (?IВ), которая определяет направленность химических реакций. По значению ?Iв элементов можно судить о прочности и типе образуемых ими соединений в чугуне, что может служить количественной характеристикой влияния элементов на физические свойства расплава чугуна и его микроструктуру.

3. Анализ связи -ДG0298 элементов со значением ?IВ показал, что наиболее сильно его повышают Ва и Са с очень низкими значениями ?IВ, поэтому они могут служить эффективными элементами в модификаторах, очищающих расплав от примесей.

4. Разработан экологически чистый способ ковшевого модифицирования чугуна введением в его расплав смеси, содержащей силикобарий ФСБа30 и силикокальций СК30, в количестве до 2,5 %. Результаты исследований позволили получить микроструктуру чугуна с содержанием до 20 % шаровидного и до 80 % вермикулярного графита с пределом прочности уВ = 372-485 МПа и твердости НВ = 191-238 кг/мм2 без использования модификаторов с магнием и редкоземельными элементами, что соответствует маркам чугуна ЧВГ35 - ЧВГ45 ГОСТ 28394-89.

5. Разработаны способы получения в отливках из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом заданного количества перлита, феррита, бейнита путем термообработки.

6. Результаты опытно-промышленных исследований на предприятии ЗАО «УК «БМЗ» показали, что такая технология позволяет в производственных условиях получать экологически чистым способом чугун с шаровидным и вермикулярным графитом в любых отраслях промышленности, при этом обеспечивается снижение себестоимости 1 т. жидкого металла на 22 %, что подтверждается актом внедрения.

Публикации в изданиях рекомендованных ВАК РФ

1. Кульбовский, И.К. Влияние химического состава на свойства и структуру высокопрочного чугуна [Текст] / И.К. Кульбовский, А.Н. Поддубный, Р.А. Богданов, С.В. Булдин // Заготовительные производства в машиностроении. - 2007. - №5. - С. 11-13.

2. Кульбовский, И.К. Влияние межфазной поверхностной энергии «расплав-кристалл» в чугуне на его структуру в отливках [Текст] / И.К. Кульбовский, Р.А. Богданов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2007.- №8. - С.13-16.

3. Покровский, Ю.К. Управление структурой высококачественных чугунов с пластинчатым графитом в крупногабаритных отливках [Текст] / Ю.К. Покровский, С.В. Пызин, В.И. Ерохина, А.В. Лебедев, Р.А. Богданов // Заготовительные производства в машиностроении. - 2007. - №12. - С. 3-7.

Статьи и материалы конференций:

4. Кульбовский, И.К. Исследование жидкотекучести стали [Текст] / И.К. Кульбовский, В.Г. Солдатов. М.С. Мануев, Р.А. Богданов // Вестник БГТУ. - Брянск: БГТУ, - 2004. - №2. - С. 13-17.

5. Туркин, С.А. Исследование влияния химического состава на склонность отливок к отбелу [Текст] / С.А. Туркин, И.К. Кульбовский, Р.А. Богданов // Вестник БГТУ. - Брянск: БГТУ, - 2004. - №4. - С. 15-23.

6. Кульбовский, И.К. Факторы, влияющие на форму включений графита в чугуне [Текст] / И.К. Кульбовский, Р.А. Богданов // Вестник БГИТА. - Брянск: БГИТА, - 2005. - №1. - С. 39-45.

7. Кульбовский, И.К. Основные способы получения шаровидного графита [Текст] / И.К. Кульбовский, Р.А. Богданов // Тезисы докладов 57-й научной конференции профессорско-преподавательского состава: в 2 ч. / Под ред. С.П. Сазонова, И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ, 2005. - Ч.1. - С. 116-118.

8. Кульбовский, И.К. Роль микропримесей в формировании структуры графита в чугуне [Текст] / И.К. Кульбовский, Р.А. Богданов // Литейщик России. - 2006. - №12. - С. 31-34.

9. Кульбовский, И.К. Получение чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом без применения магнийсодержащих модификаторов [Текст] / И.К. Кульбовский, А.Н. Поддубный, Р.А. Богданов // Литейное производство. - 2007. - №2. - С. 7-9.

10. Кульбовский, И.К. Исследования влияния кальция и бария на образование в чугуне шаровидного графита [Текст] / И.К. Кульбовский, А.Н. Поддубный, Р.А. Богданов, СВ. Булдин // Металлургия машиностроения. - 2007. - №2. - С. 20-22.

11. Кульбовский, И.К. Способ получения чугуна с шаровидным графитом и бейнитной металлической матрицей без применения магнийсодержащих модификаторов [Текст] / И.К. Кульбовский, К.В. Макаренко, О.В. Петраков, Р.А. Богданов // Труды 8 съезда литейщиков России. Том 1. Ростов - на - Дону, 2007. - С. 20-25.

12. Кульбовский, И.К. Влияние наследственности шихты на формирование центров кристаллизации графита в расплаве промышленного чугуна [Текст] / И.К. Кульбовский, А.Н. Поддубный, Р.А. Богданов // Вестник БГТУ. - Брянск: БГТУ, - 2008. - №2. - С. 5-12.

13. Кульбовский, И.К. Образование центров кристаллизации графита в расплаве промышленного чугуна [Текст] / И.К. Кульбовский, А.Н. Поддубный, Р.А. Богданов // Литейное производство. - 2008. - №6. - С. 11-15.

14. Кульбовский, И.К. Влияние термовременной обработки и шихтовых материалов на природу центров кристаллизации графита в расплаве чугуна [Текст] / И.К. Кульбовский, А.Н. Поддубный, Р.А. Богданов // Литейщик России. - 2008. - №6. - С. 33-36.

Размещено на Allbest.ru