РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Эксперименты проводили с использованием чугунов, выплавленных в электродуговой
печи ДС-0,6, в индукционных печах ИСТ-016, а также в лабораторной
высокочастотной печи с тиглем емкостью 10 кг. В качестве шихтовых материалов
применяли литейные (марки Л5 и Л6 по ГОСТ 4832-80) и передельные (марки ПЛ1 и
ПЛ2 по ГОСТ 805-80) доменные чушковые чугуны, стальной лом (ГОСТ 2787-86),
ферросилиций марок ФС45 и ФС75 (ГОСТ 1415-79). Для получения различно
легированных чугунов использовали ферромарганец марок ФМн70 и ФМн77 (ГОСТ
4755-80), феррохром марки ФХ050 (ГОСТ 4757-79), ферромолибден марок ФМо52 и
ФМо60 (ГОСТ 4752-79), а также медь катодную и никель гранулированный.
В качестве модификаторов для сфероидизации графитовых включений в чугуне
применяли магнийсодержащие лигатуры и модификаторы в виде брикетов.
Использовали стандартные лигатуры промышленного производства на основе кремния
и железа типов ЖКМК, ФСМг (ТУ 14-5-134-86), КМг (ДСТУ 3362-96), а также
лигатуры комплексного состава с различным содержанием легирующих (Ni, Cu, Mn) и
активных (Са, Ва, РЗМ) элементов. Последние выплавляли в лабораторных условиях.
Необходимость применения сфероидизирующих лигатур с легирующими элементами
обосновывается их большей плотностью и лучшим, чем в случае лигатур композиции
магний-кремний-железо, усвоением в чугуне. По этой причине ввод указанных
тяжелых легирующих элементов в состав лигатур является более рациональным, чем
в расплав чугуна в печи, где, кроме того, не удается достичь равномерного
распределения этих элементов в ванне расплава, из-за чего отливки имеют
неодинаковый химический состав металла. Составы выплавленных и использованных
опытных лигатур приведены в п.п. 3.2, 3.3, 3.4.
Модификаторы-брикеты (ДСТУ 3361-96) различных составов и массы (см. п. 3.5)
изготовлены в Институте проблем материаловедения НАНУ методами порошковой
металлургии – прессованием материалов мелких фракций (ферросилиций, лигатура с
магнием на основе кремния и железа, флюсы) и порошков (магния, меди,
алюминия).
Сфероидизирующую обработку исходного чугуна (с температурой перегрева в
пределах 1400-1480 °С в зависимости от массы обрабатываемого расплава и состава
модификатора) проводили в открытых ковшах емкостью от 10 до 50 кг. Модификаторы
вводили на дно предварительно прогретых (до 500-900 °С) ковшей. При этом
лигатуры измельчали до фракций 1-5 мм, а при модифицировании чугуна брикетами
последние при массе каждого из них 25 г и более пригружали на дне ковша
чугунной решеткой, стружкой или стальной высечкой.
С целью выбора наилучшего режима графитизирующего модифицирования,
обеспечивающего устранение или резкое снижение уровня отбела отливок из
легированного, в том числе элементами с карбидообразующим действием, применяли
присадки на основе ферросилиция с кальцием, барием, алюминием (химический
состав присадок приведен в п. 4.2.2.1 ). Эффективность таких модификаторов
оценивали при вводе их (после сфероидизирующей обработки исходного чугуна) в
ковш, в струю заливаемого в центробежную форму расплава, на поверхность
теплоизолирующего покрытия вращающейся формы и в состав теплоизолирующего
покрытия металлической изложницы. При графитизирующей обработке в ковше
присадки измельчали до размеров менее 3 мм, а при вводе модификаторов в
литейную форму характер их влияния на структуру ЧШГ изучали при различных
вариантах фракционных составов в пределах от 0,1 до 4,0 мм (см. п. 4.2.2.2 ).
Для оценки роли теплоизолирующего покрытия вращающейся металлической изложницы
по влиянию на литую структуру чугуна в поверхностных слоях отливок применяли
покрытия на основе: кварцевого песка; песка и ферросилиция; песка и графита;
песка с пульвербакелитом с содержанием последнего 3 % в смеси. Этой дозы
пульвербакелита достаточно для спекания смеси при засыпке ее на горячую
(200-250 °С) изложницу. В качестве указанного крепителя использовали
некондиционное фенольное связующее (с содержанием 5 ± 0,5 % уротропина) по
ТУУ6-0576-2000. Толщину теплоизолирующего покрытия изменяли в пределах от 1 до
3 мм, а для обеспечения равномерного распределения покрытия по поверхности
изложницы необходимую его дозу вводили несколькими (2-3) порциями.
Поскольку имеющиеся в литературе рекомендации по химическому составу ЧШГ для
поршневых колец дизельных двигателей неоднозначны, исследовали структуру и
физико-механические характеристики этого материала при комплексном его
легировании различными концентрациями элементов (марганца, хрома, молибдена,
меди, никеля), которые вводили в исходный расплав вместе со сфероидизирующими
модификаторами. Изученные варианты составов ЧШГ приведены в разделе 5.
Структуру чугуна исследовали как непосредственно в центробежнолитых заготовках
– маслотах, так и в отдельно отлитых (в сырые песочные формы) пробах. При
изучении влияния режимов графитизирующего модифицирования в литейной форме
исследовали параметры литой структуры ЧШГ по сечению маслотных отливок на
различном удалении от наружной поверхности, контактирующей с теплоизолирующим
покрытием и нанесенным на него модификатором на основе ферросилиция, при этом
основное внимание уделяли структуре поверхностных слоев отливок. В связи с
большим количеством экспериментов структуру чугуна большинства из них изучали в
пробах круглого сечения различного диаметра, мм: 5, 10, 20, 25, 30, 40. В этих
пробах по кривым охлаждения определяли скорость охлаждения металла, которая
составляет, град/с: 11,5; 4,5; 2,5; 1,5; 1,0; 0,6 соответственно. Запись кривых
охлаждения (в температурном интервале от начала эвтектического
- Київ+380960830922