Технологические особенности получения чугуна с шаровидным графитом с использованием быстроохлажденной медь-магниевой лигатуры

Для внепечной обработки чугуна применяются различные модификаторы. Одни из них предназначены для инокулирующего модифицирования, что позволяет повысить механические свойства, исключить появление отбела в отливках, другие – для сфероидизирующей обработки, в частности для получения чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом. Некоторые обладают одновременно сфероидизирующими и инокулирующими свойствами. Основная часть инокулирующих и сфероидизирующих модификаторов изготавливается из железокремниевой, никелевой и медной основ.

Помимо химического состава, большое значение для модифицирования имеют размеры частиц модификатора, а также их форма. Оптимальный размер фракции существенно зависит от технологии внепечной обработки. Так, чем больше ковш и дольше проводится разливка, тем требуется более продолжительный эффект модифицирования. Одним из методов его достижения является увеличение размера частиц модификатора до 50 мм. При внутриформенной обработке чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом магнийсодержащие модификаторы имеют жесткие ограничения по верхнему пределу (4–5 мм), кроме того, не допускается содержание мелких фракций (менее 0,6–1,0 мм). Научный и практический интерес представляет применение «тяжелых» магнийсодержащих лигатур для сфероидизирующего модифицирования чугуна с целью получения более высоких физико-механических свойств. Многочисленные исследования показывают, что для достижения максимального эффекта формирования в структуре шаровидного графита, дисперсной перлитной металлической основы ЧШГ актуальным является вопрос не только подбора химического состава магнийсодержащей лигатуры, но и фракционного состава, а также эффективного способа ее ввода в жидкий расплав.

Цель настоящей работы – исследование технологических особенностей получения чугуна с шаровидным графитом методом ковшевого модифицирования медь-магниевой лигатурой.

Для исследований применяли растровый микроскоп LEO–1420, оптический микроскоп типа Polam L-213, электронный микроскоп VEGA II LMU с микроанализатором INCA ENERGY 350, высокоскоростную индукционную плавильную установку, комплекс оборудования для анализа технологических и механических свойств высокопрочного чугуна.

Ранее выполненные экспериментальные исследования показали реальную возможность получения в лабораторных условиях «тяжелой» медь-магниевой лигатуры как методом сплавления металлического магния с медью с последующим быстрым охлаждением, так и с использованием прокатки и пластической деформации порошкообразных компонентов лигатуры. Анализ результатов испытаний образцов такой лигатуры показал, что в зависимости от величины ее добавки в жидкий чугун в структуре образуется графитная фаза как в вермикулярной, так и шаровидной форме. При этом металлическая основа чугуна дополнительно легируется медью, что благоприятно сказывается на прочностных характеристиках ЧШГ. Вместе с тем, актуальной проблемой является возможность появления в структуре высокопрочного чугуна цементитной фазы в результате его повышенного переохлаждения за счет процесса сфероидизации графитной фазы. Данное явление усугубляется тем, что медь-магниевая лигатура в отличие от «легкой» лигатуры типа ФСМг не содержит кремния активного графитизатора. Такую особенность необходимо учитывать при получении высокопрочных чугунов высоких марок.

1. Калиниченко, А. С. Использование сфероидизирующей «чипс»‑лигатуры на основе меди, содержащей наноразмерные частицы оксида иттрия, для высокопрочного чугуна / А. С. Калиниченко [и др.] // Литье и металлургия. 2016. № 1 (82). С. 130–135.

2. Слуцкий, А. Г. Особенности сфероидизирующего модифицирования высокопрочного чугуна лигатурами на основе меди / А. Г. Слуцкий [и др.] // Литье и металлургия. 2016. № 2 (83). С. 110–115.

3. Кулинич, И. Л. Использование «чипс»‑лигатуры на основе меди для высокопрочного чугуна / И. Л. Кулинич [и др.] // Литейные процессы: Межрегион. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2016. Вып. 15. С. 11–14.

4. Леках, С. Н. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении / С. Н. Леках, Н. И. Бестужев. Мн.: Навука i тэхнiка, 1992. 269 с.

5. Применение сфероидизирующей лигатуры на основе меди при получении высокопрочного чугуна / А. Г. Слуцкий [и др.] // Металлургия: Респ. межвед. сб. науч. тр. Минск: БНТУ, 2019. Вып. 40. С. 62–67.