Введение к работе
Актуальность работы. В работах отечественных (Н.Н. Александрова. Н.И.КлочневаГ Ю.Г. Бобро, Н.Г.Гиршовича, А.А. Жукова, Б.Л. Кузнецова) и зарубежных А. де Си, М. Цекро, М. Вольфганга, Ш.Дефранка и др.) исследователей низкоалюминиевые чугуны (НАЧ) рассматривались как перспективный конструкционный материал, обладающий рядом преимуществ по сравнению с чугунами системы Fe-C-Si: меньшим удельным весом, повышенной кавитационной стойкостью, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, износостойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью и сопротивлением термическим ударам. Уровень большинства положительных свойств, в первую очередь механических, возрастает по мере перехода от пластинчатой формы графитных включений к шаровидной. Несмотря на разработанные рядом авторов рекомендации по применению НАЧ для получения конкретной номенклатуры литых деталей, эти чугуны до сих пор не нашли практического применения при изготовлении фасонных отливок общего и специального назначения. Одними из основных причин такого положения являются: 1) отсутствие количественных зависимостей, позволяющих выбирать химический состав НАЧ, технологию модифицирования и рафинирования в зависимости от скорости охлаждения отливки в форме; 2) неоднозначность рекомендаций по выбору технологии плавки, составов модификаторов, методов модифицирования; 3) отсутствие обоснований выбора методов фильтрации расплава и недостаточность данных по исследованию процессов, протекающих при фильтрационном рафинировании расплава НАЧ; 4) недостаточность данных о процессах формирования неметаллических включений и итерметаллидов в НАЧ: 5) недостаточная обоснованность рекомендаций по ограничению максимального содержания алюминия, не учитывающих влияние скорости охлаждения отливки в форме на структуру и :войства НАЧ. Данная работа выполнена с учетом необходимости устранения вышеизложенных причин, сдерживающих промышленное применение НАЧ, что и предопределяет актуальность ее темы: выполнение задач основано на договоренностях с АО КАМАЗ" по выявлению возможности применения НАЧ и в развитие федеральной программы по разработке и применению аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом в автомобилестроении. Цель работы. Исследование процессов формирования структуры и свойств НАЧ в зависимости от химического состава, метал-
лургических и технологических факторов и разработка технологии получения НАЧ для изготовления фасонных отливок. Для ее достижения сформулированы и решены следующие основные задачи: 1.Исследование влияния AI на структуру и свойства НАЧ в зависимости от скорости охлаждения отливки в форме при базовом варианте модифицирования. 2. Исследование влияния типа и состава сфероидизирующих и графитизи-рующих модификаторов, а также метода модифицирования на структуру и свойства НАЧ базового состава при различных скоростях охлаждения отливки в форме.
-
Исследование процессов, обеспечивающих рафинирование расплавов НАЧ и разработка методов расчета фильтров. 4.Расширение возможностей металлографического анализа при оценке структуры неметаллических включений и интерметаллидов в НАЧ. 5. Разработка структурных диаграмм, позволяющих выбирать технологические параметры процесса получения НАЧ с заданной структурой. Научная новизна. 1. Выявлены закономерности влияния алюминия, параметров модифицирования и скорости охлаждения на структуру и механические свойства низкоалюминиевых чугунов с компактным графитом (НАЧКГ). 2. Разработаны в виде системы регрессионных уравнений математические модели влияния металлургических и технологических факторов на структуру и механические свойства данных чугунов; эти модели определяют условия стабилизации процессов получения НАЧКГ для фасонных отливок с различными толщинами стенок. 3. Исследованы процессы фильтрационной и сорбционной очистки расплавов НАЧ от неметаллических включений, обоснованы целесообразность и условия применения графитовых фильтров с расчетными параметрами.
-
Идентифицированы и классифицированы разновидности неметаллических включений и интерметаллидов в НАЧКГ. 5. Выявлены особенности влияния состава покровных флюсов на состояние исследованных расплавов и отливок. 6. Дополнены методики металлографического определения количеств AI, его соединений и включений в НАЧКГ. Практическая ценность. Разработаны диаграммы, позволяющие выбирать основные технологические параметры процессов получения НАЧКГ для производства фасонных отливок, а также технология их получения при различных толщинах стенок. Разработана методика расчета графитовых фильтров. Совместно с кафедрой общей химии ВВМИА им. Дзержинского получены сравнительные данные о коррозионной стойкости НАЧКГ в морской воде, позволяющие обосновать необходимость даль-
нейших работ по использованию НАЧКГ в системах транспортировки забортной воды надводных судов. Выработаны рекомендации по ведению сорбционной очистки расплавов НАЧ на графитных фильтрах. Выявлены условия формирования ИМВ и НМВ. определено их совместное влияние на механические свойства НАЧКГ. Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Третьем съезде литейщиков России (19-22 мая1997г..Владимир), а также на Междунар. научно-техн. конфер. "Высокие технологии в современном материаловедении" (27-28 мая 1997г.. г.Санкт-Петербург). Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и 2 тезиса докладов на конференциях. Объем и структура диссертации Работа изложена на 196 страницах, состоит из введения, б глав, общих выводов, списка лит. источников, включающего 79 наименований, и приложений; содержит 9 рисунков и 18 таблиц на 36 страницах.