Введение к работе
Актуальность работы. Широкое применение в промышленности нашли комплексно-легированные белые чугуны (КЛБЧ) для литых деталей, работающих в сложных условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания, высоких температур, агрессивных газовых сред, что требует сочетания механических и специальных свойств. Целесообразность их применения связана с особенностями строения литой макро- и микроструктуры, обеспечивающей требуемые показатели комплекса свойств.
Управлять литой структурой и свойствами чугунов можно путем изменения химического состава, скорости охлаждения, модифицирования, рафинирования, термовременной и термической обработками.
Рафинирование позволяет получать сплавы надлежащего качества, что достигается снижением до известных пределов содержания вредных примесей и газов. Модифицирование способствует измельчению структурных составляющих и соответственно повышению качества получаемого литья. Сочетание рафинирования и модифицирования позволяет активно воздействовать на степень чистоты сплава, размер зерна, состав и морфологию избыточных фаз и влиять на весь спектр свойств.
Перспективным направлением воздействия на кристаллизационные процессы, а через них на структуру и свойства отливок из КЛБЧ, является термовременная обработка (ТВО) сплава в жидком состоянии перед заливкой. Достаточно широко и весьма эффективно применяется ТВО расплавов при производстве отливок на основе алюминия и титана и практически не используется для расплавов белых чугунов по причине слабой изученности процесса. Таким образом, повышение свойств отливок из КЛБЧ является актуальным вопросом.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение свойств отливок из чугунов специального назначения путем улучшения их первичной литой структуры рафинированием, модифицированием и термовременной обработкой расплавов. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
Исследование влияния рафинирования и модифицирования на особенности формирования структуры и свойств отливок из КЛБЧ в различных условиях охлаждения;
Изучение механизма воздействия рафинирующе-модифицирующих материалов на структуру и свойства КЛБЧ, определение их рационального количества и температурно-временных параметров процесса для улучшения структуры и свойств отливок.
Исследование и разработка режимов температурно-временной обработки расплавов КЛБЧ.
Опытно-промышленные испытания и внедрение в производство отливок разработанного рафинирующе-модифицирующего комплекса.
Научная новизна работы
1. Изучено влияние кальций-стронциевого карбоната ((Ca,Sr)C03), силико-кальция (СК20), ферробора (ФБ20) и модификатора на основе титана и бора (БФТ-1)
на структуру и свойства комплексно-легированных белых чугунов, определены их необходимые количества, обеспечивающие измельчение литой структуры (эвтек-тик, карбидной фазы, дендритов аустенита и феррита), что существенно улучшает свойства литого металла. На основании данных исследований составлен новый ра-финирующе-модифицирующий комплекс (Ca,Sr)C03 + БФТ-1.
На основе полученных адекватных математических зависимостей, описывающих взаимосвязь между количеством вводимых материалов, механическими и специальными свойствами исследуемых чугунов, рассчитаны весовые коэффициенты влияния данных добавок, которые позволяют выбирать количество той или иной добавки с целью получения требуемых свойств.
Показаны изменения в строении и количестве эвтектик, карбидной фазы и металлической матрицы, происходящие в зависимости от условий охлаждения отливок в различных литейных формах после обработки расплавов чугунов рафини-рующе-модифицирующими добавками и ТВО, что позволяет прогнозировать структуру и свойства отливок.
4. Изучено влияние ТВО на структуру и свойства отливок из чугуна
ИЧХ28Н2. Определен рациональный режим обработки расплава, обеспечивающий
получение наибольших показателей механических и специальных свойств.
5. Установлено, что рафинирование и модифицирование чугунов (Ca,Sr)C03
и БФТ-1 снижает скорость усадки отливок в начальный период, что уменьшает
внутренние напряжения, возникающие в процессе затвердевания и охлаждения от
ливок и, как следствие, позволяет уменьшить в них количество холодных и горячих
трещин.
На защиту выносятся:
Результаты экспериментальных исследований по влиянию рафинирующе-модифицирующих добавок и скорости охлаждения на структуру, механические, специальные и литейные свойства КЛБЧ и отливок из них.
Результаты экспериментальных исследований по совместному влиянию (Ca,Sr)C03, БФТ-1 и ТВО на структуру, механические, специальные и литейные свойства КЛБЧ и отливок из них.
3. Новый состав рафинирующе-модифицирующего комплекса.
Практическая ценность работы
1. Разработан новый рафинирующе-модифицирующий комплекс
(Ca,Sr)C03, БФТ-1 для отливок специального назначения, обеспечивающий их вы
сокую эксплуатационную стойкость.
2. Установленные закономерности влияния рафинирующе
модифицирующих материалов и типа литейной формы позволяют прогнозировать
конечную структуру и свойства отливок из КЛБЧ.
3. Разработаны технологические рекомендации по обработке КЛБЧ рафини
рующе-модифицирующими материалами - кальций-стронциевым карбонатом, бо
ром, силикокальцием, БФТ-1, ТВО.
Реализация результатов работы. В отделении мелкого литья ОАО «Бай-макский литейно-механический завод» была отлита опытная партия рабочих колес марки 8ГРК8 в количестве 10 шт.
Промышленные испытания в условиях ОАО «Учалинский ГОК» опытной партии рабочих колес насосов 8ГРК8 показали увеличение их стойкости в 1,2-1,4 раза по сравнению с аналогичными деталями из не модифицированного чугуна ИЧХ28Н2.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на 7 международных и Российских научно-технических конференциях: г. Липецк (2007 г.), Магнитогорск (2008, 2009, 2010, 2011 гг.), Уфа (2009 г.), Санкт-Петербург (2010 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 статей и тезисов докладов, 3 из которых в изданиях перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 101 наименований. Она изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 50 таблиц.
