Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 669.046.52

Об особенностях усвоения расплавом чугуна и дозировке компонентов графитизирующих и сфероидизирующих модификаторов

Е.Г. Евдокимов, Д.А. Болдырев, Ю.В. Чапкова

Аннотация

смесевый модификатор железо высокодисперсный

В представленной статье рассматривается применение комплексных смесевых модификаторов (МК) которые находятся в высокодисперсном состоянии, что обуславливает резкое повышение модифицирующей способности и «живучести» смеси. В качестве дополнительных составляющих в смесевых модификаторах присутствуют в микродозах кальций, медь, алюминий, РЗМ, железо.

Ключевые слова: модификатор, фракция, центр кристаллизации, критический размер фракции модификатора, графитизирующие и сфероидизирующие модификаторы

Annotation

ABOUT FEATURES OF MASTERING BY FUSION OF CAST-IRON AND TO THE DOSAGE OF COMPONENTS GRAPHITIZING And nodularisation OF MODIFIERS

E.G. Evdokimov, D.A. Boldyrev, Ju. V. Chapkova

In the present article deals with the application of integrated mixed modifiers (MC) which are in a highly dispersed state, which leads to a sharp increase in the ability of the modifier and the "vitality" of the mixture. As additional components in the mixed modifier is present in microdozes calcium, copper, aluminum, rare earth metals and iron.

Keywords: the modifier, fraction, crystallization center, the critical size of fraction of the modifier, graphitizing and nodularisation of modifiers.

В настоящее время смесевые модификаторы графитизирующего действия получили второе рождение. На этапе создания и начала использования смесевых модификаторов их производство было основано большей частью на использовании вторичных продуктов (иногда отходов) ферросплавных предприятий. На современном этапе, характеризующемся новым подходом к теории и практике использования смесевых модификаторов, для их изготовления применяются новейшие материалы. В термин «новейшие материалы» вкладывается смысл применения новых способов получения известных веществ. Так смесевые модификаторы нового поколения это пакетированные смеси, основа которых порошки активированного высокотемпературной обработкой углерода (графита) и полученного физико-химическим путём кристаллического кремния. В качестве дополнительных составляющих в смесевых модификаторах присутствуют в микродозах кальций, медь, алюминий, РЗМ, железо. Главная особенность комплексных смесевых модификаторов (МК) заключается в том, что их часть находится в высокодисперсном состоянии, что обуславливает резкое повышение модифицирующей способности и «живучести» смеси. Особенность работы смесевого модификатора заключается в создании идеальных условий для зарождения графитной фазы при соизмеримости частиц модификатора с кластерами графита при введении в чугун большого количества дисперсных частиц графита и кремния [1]. Таким образом, для применения смесевого модификатора в производственных условиях, является необходимым определение соотношения углерода, кремния и других добавок в общем составе, учитывая все параметры технологического процесса: состав шихты, типы плавильных агрегатов и последовательность их работы, температура чугуна в печи и др. Например, зная о более сильном по сравнению с углеродом влиянии кремния на процесс графитообразования, укрупнённо можно предположить, что для ваграночного чугуна содержание графита в смеси должно преобладать над кремнием, а для электропечного чугуна наоборот.

При проведении промышленных испытаний смесевого мелкодисперсного модификатора было установлено, что усвоение углерода и кремния в расплаве чугуна составило 35 % и 50 % соответственно [2]. Следовательно, в мелкодисперсном состоянии углерод усваивается в 1,4 раза хуже, чем кремний.

Следует учитывать, что усвояемость компонентов модификатора (углерода и кремния) в чугуне является функцией нескольких переменных, в частности: температуры, химического состава (главным образом, от содержания углерода, кремния и насыщенности расплава чугуна кислородом), способа и времени введения модификатора в расплав чугуна, факторов наследственности расплава (тип плавильного агрегата, время ведения плавки и состав шихтовых материалов).

Одной из версий низкого усвоения компонентов модификатора может быть наличие большого количества фракции, имеющей размер меньше критического, с точки зрения смачивания и растворения в расплаве чугуна, которая выносится на поверхность зеркала металла и сгорает на воздухе. Однако при увеличении размера фракции модификатора теряется эффект кластерного зарождения включений графита (рис.).

При фракции возникновение дополнительных центров кристаллизации графитных включений происходит непосредственно из частиц компонентов модификатора: частицы графита гетерогенно формируют зародыши включений, а кремнийсодержащие частицы стимулируют образование зародышей графита гомогенно внутри пересыщенных кремнием зон. Однако при этом усвоение модификатора достаточно низкое из-за частичного спекания компонентов модификатора и частичного их выноса на поверхность расплава чугуна.

При размере фракции происходит смена механизма усвоения компонентов модификатора: усиливается растворение и усвоение кремнийсодержащих компонентов модификатора и понижается эффективность растворения и усвоения графитных частиц. Под воздействием вышеуказанных факторов (температуры, химического состава и наследственности расплава чугуна) критический размер фракции модификатора будет изменяться как в большую, так и в меньшую сторону.

Согласно теории систем [3], точка с координатами () является точкой быстрого изменения (точкой перегиба), получающаяся при соединении зависимостей и . В данной точке: .

Предполагаемая модель зависимости «усвояемость размер фракции»: , усвояемость и размер фракции компонентов модификатора; , критические усвояемость и размер фракции компонентов модификатора; , максимальная усвояемость модификатора при определённом размере его компонентов

Список литературы

1. Гаврилин, И. В. Строение жидкой и твёрдой фаз в литейных сплавах в твёрдожидком состоянии // Металлургия машиностроения. 2003. № 6. С. 911.

2. Болдырев Д. А., Чайкин А. В. Новые смесевые модификаторы для инокулирующей обработки чугунов // Литейщик России. 2007. №3. С. 3236.

3. Жилин Д. М. Теория систем: Опыт построения курса. М.: ЛКИ, 2007. 184 с.

Евдокимов Евгений Георгиевич канд. техн. наук, доц., Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Болдырев Денис Алексеевич, канд. техн. наук, ведущий инженер-исследователь, DA.Boldyrev@vaz.ru, Россия, Тольятти, ОАО "АВТОВАЗ", Исследовательский Центр, исследовательская лаборатория литейных сплавов,

Чапкова Юлия Викторовна, старший лаборант, chapkova@yandex.ru Россия, Тула, Тульский государственный университет

Evdokimov Evgeni Georgievich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University,

Boldyrev Denis Alekseevich, Cand.Tech.Sci., lead research engineer, DA.Boldyrev@vaz.ru, Russia, Tolyatti, Open Society "AUTOVAZ", the Research Center, research laboratory Foundry alloys,

Chapkova Julia Viktorovna, senior laboratorian chapkova@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University