РАЗДЕЛ 2.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объект исследования и методика проведения плавок
Цель и задачи, поставленные в работе, обусловили необходимость проведения
теоретических и экспериментальных исследований с применением ряда методов с
использованием современной аппаратуры, которые включали: экспериментальные
методы ввода графитизирующих и сфероидизирующих модификаторов, оценку
микроструктур образцов из графитизированной стали, спектральный и химический
методы анализа, микрорентгеноспектральный анализ, механические испытания,
определение литейных свойств, использование математического планирования и
оптимизации экспериментальных данных.
Объектом исследования служили графитизированные стали, получаемые в результате
модифицирования заэвтектоидной стали. Химический состав исследуемых сталей (в
мас. долях, %): 1,10-2,20 C; 0,80-3,00 Si; 0,10-0,30 Mn; 0,03-0,10 Cr;
0,10-1,00 Ni; 0,008-0,04 S; 0,035-0,05 P, 0,025-0,04 Mg.
В качестве шихтовых материалов использовали отходы стали Ст.3 (ГОСТ 1050-88),
отходы трансформаторной стали марок 1411-1412 (ГОСТ 214227.0-75), стружку
графитовых электродов. Варьирование по содержанию кремния в исходной
графитизированной стали осуществляли изменением количества вводимых отходов
трансформаторной стали. Науглероживание графитизированной стали до требуемой
концентрации углерода с учетом угара производили стружкой графитовых электродов
в количестве 1,30 – 2,30%. Плавки проводили в лабораторной индукционной
электропечи ИСТ-0012. Заливку стали проводили в формы, литниково-модифицирующая
система которых состояла из стояка, горизонтально-проточной реакционной камеры,
центробежного шлакоуловителя с фильтрующей сеткой из кремноземной стеклоткани
марки КС-11ЛА (рис. 2.1).
Для исследования в сырых песчано-глинистых формах отливали стандартные
клиновидные пробы толщиной у основания 5; 10; 15 мм (рис 2.2). Образцы для
металлографических исследований и спектрального анализа вырезали из этих
клиновидных проб, место вырезки показано на рис.2.2. Для измерения температуры
расплава применяли платино-платинородиевую и вольфрам-вольфрамрениевую
термопары. Температура выпуска металла из печи составляла от 1520 до 1600 °С.
В лабораторных условиях графитизируемую сталь модифицировали графитизирующими и
сфероидизироующими модификаторами, приведенными в табл. 2.1. При
модифицировании силикокальцием СК25 и комплексным модификатором ЖКМК-4Р
применяли плавиковый шпат Ф-92 (ГОСТ 7618-70), который дополнительно вводился в
реакционную камеру. Графитизирующее модифицирование применяли в количестве
1,0-1,5%, сфероидизирующее ? в количестве 0,3 ? 1,5%, модифицирование лигатурой
Fe63Ni30Mg7 в количестве 0,5 ? 1,0% от массы расплава.
Рис.2.2 Клиновидные пробы для исследований
Таблица 2.1
Модификаторы для проведения экспериментальных плавок
Материал
Марка
ГОСТ, ТУ, ДСТУ
Ферросилиций
ФС75
ГОСТ 1415-70
Силикобарий
СБ20
ТУ 14-5-160-84
Силикокальций
СК25
ГОСТ 4762-71
ЖКМК-4Р
ЖКМК-4Р
ТУ 14-539-74
KМг-9
KМг-9
ДСТУ 3362-96
Лигатура
Лигатура Fe63Ni30Mg7
ТУ фирмы КВМ
2.2 Методика расчета реакционной камеры для внутриформенного модифицирования.
Основным расчетным показателем, характеризующим зависимость параметров
реакционной камеры, включая площадь её поперечного сечения, от массы
проходящего через неё жидкого металла и времени заливки, является фактор
растворения F, который определяется по формуле:
, (2.1)
где - масса жидкого металла, протекающая через реакционную камеру, кг;
- время заливки формы, с;
- площадь поперечного сечения реакционной камеры, см2.
Площадь поперечного сечения реакционной камеры определяется по формуле:
, (2.2)
Для реакционной камеры цилиндрической формы, диаметр камеры:
, (2.3)
Высота реакционной камеры определяется объёмом помещенной в неё лигатуры. Для
эффективного растворения лигатуры необходимо определенное соотношение объёма
лигатуры к объёму реакционной камеры (коэффициент заполнения Кз, который
находится в пределах 0,5 ? 0,8). Если коэффициент заполнения превышает заданные
пределы, то уменьшается скорость растворения в начальный период заливки, что
может послужить причиной недомодифицирования или даже остановки потока расплава
в литниковой системе.
Количество лигатуры (кг), помещаемой в реакционную камеру, определяется по
формуле:
, (2.4)
где - требуемое остаточное содержание магния в стали, %;
- среднее содержание магния в лигатуре, %
- минимальный коэффициент усвоения магния, для заэвтектоидной стали = 0,5 ?
0,6.
Объём реакционной камеры л (см3), заполненный лигатурой, определяется из
соотношения:
, (2.5)
где - насыпная плотность лигатуры, г/см3.
Уровень лигатуры, помещенный в реакционной камере, определяется по формуле:
, (2.6)
Высота реакционной камеры определяется с учетом коэффициента заполнения:
, (2.7)
Время заливки литейной формы определяется по формуле:
, (2.8)
где - толщина стенки отливки, мм;
- масса металла в форме, кг.
Таким образом, для определения параметров реакционной камеры используются
формулы 2.3; 2.7; 2.8. Фактор растворения () определяется величиной насыщения
расплава магнием и другими модифицирующими элементами. Оптимальные показатели
фактора растворения составляют 0,04 ? 0,07. Если показатель фактора растворения
не превышает 0,04, то происходит полное растворение лигатуры до окончания цикла
заливки расплава в форму. При этом последние порции расплава