Введение к работе
Актуальность раСогы. В настоящее время во всех промышленно развитых странах отмечается тенденция существенного увеличения выпуска отливок из высокопрочного чугуна, одного из наиболее перспективных современных литейных материалов . Обладая высокими технологическими и служебными свойствами, высокопрочный чугун с успехом заменяет сталь и другие литейные сплавы для изготовления отливок ответственного назначения. Высокая герметичность в соче-тании с ударо-и коррозионностойкостыо обеспечили ЧШГ эффективное, использование как наиболее экономичного материала для производства напорных труб и фитингов,' причем свыше половины мирового производства высокопрочного чугуна расходуется на эти цели .
В послед..ие годы производство отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом существенно возрастает и в Арабской Республике Египет (АРЕ). Также как в большинстве промышленно развитых стран ЧИГ среди литых сплавов занимает второе место по тоннажу после серого чугуна. Его производство с 1993 по 2000 гг. вырастет с 55 до 75 тысяч тонн ( на 36 X ) и его удельный вес в общем объеме производства отливок составит 38 X.
Рост объемов производства отливок из ВЧ требует значительного увеличения количества исходных шихтовых материалов, которые в основном импортируются. Наиболее распространенным способом получения высокопрочного чугуна в Египте является магниевый процесс, чрезвычайно чувствительный к наличию примесных элементов и требующий высокой чистоты расплава. Применение импортируемых высококачественных и высокочистых шихтовых материалов вызывает увеличение стоимости отливок из ВЧ. Снижение себестоимости расп-
лава шкет быть достигнуто использованием более дешевых вихтовы? материалов/имеющихся в Египте. Они отличаются от применяемого і настоящее время доменного чугуна Sorel в первую очередь высоки, содержанием'марганца и фосфора. Рафинирование чугунов от фосфора и марганца без потерь основных компонентов является нерешенной проблемой и не имеет широкого распространения в промышленности. Это заставляет вести поиск новых составов сфероидиаируивдх лигатур, позволяющих надежно управлять графитообраэованиеы в чугуне с повышенным содержанием примесей. Несмотря на многочисленные исследования, роль мп и Р в формировании структуры чугуна и их влияние на эффективность обработки расплава Се или Mg окончательно не выяснены. Повышенные концентрации Р и мп могут существенно ухудшать свойства отливок ив ВЧ ва счет образования легкоплавкой фосфидной эвтектики или выделения ледебурита, однако предельно допустимые, концентрации этих элементов в зависимости ' от назначения, толщины стенки отливок, способов сфероидивирующей обработки расплава Не установлены.
Поэтому, чрезвычайно актуальным не только для Египта является разработка альтернативной технологии производства отливок из высокопрочногЬ чугуна с,использованием более дешевых местных исходных шихтовых материалов.
Дель работы. Разработка альтернативной технологии производства отливок из высокопрочного чугуна, позволяющей нсподьво-вать местные шихтовые материалы, с целью снижения стоимости отливок на основе детальйого исследования роли марганца, фосфора; церия и магния в процессах графитиеации чугуна и офероидизации графита.
Научная новизна работы. Предложен механизм формирования шаровидного графита при сфероидизирущей обработке церием и магнием чугуна с повышенным содержанием примесей мл и Р. Марганец, снижая коэффициенты активности и диффузии углерода в расплаве, усиливает влияние церия и магния на кристаллизацию чугуна. В сплавах, содержащих Мп, шаровидный графит в структуре формируется при меньших концентрациях церия. Показано, что сульфиды марганца не являются подложками для зарождения графита.
Фосфор, обладая низкой растворимостью в твердой фазе, в процессе кристаллизации накапливается в приграничной области,, увеличивает коэффициенты активности и диффузии углерода в расплаве, способствует графитизации чугуна и образует легкоплавкую фосфидную эвтектику. При введении церия в процессе кристаллизации образуются фосфиды церия глобулярной формы, располагающиеся в виде изолированных включений по гпаницам эвтектических колоний, что позволяет использовать для получения ВЧ шихтовые материалы с повышенным содержанием фосфора. .
Показано, что фосфиды церия не являются подложками для гетерогенного зарождения графита в чугунах.
Предложены зависимости по определению количества церия и магния, необходимого для получения шаровидного графита, с учетом скорости охлаждения чугуна.
Подтверждено, что образующиеся в расплаве при сфероидизи-рующей обработке сульфиды церия являются подложками для зарождения графита в промышленных чугунах.
Практическая значимость. Разработан технологический процесс двухстадийного модифицирования расплава чугуна с повышенным содержанием нежелательных примесей, обеспечивающий формирование
- б -
структури высокопрочного чугуна б отливках, о
Процесе позволяет частично заменить дорогостоящие чистые импортируемые шихтовые материалы на более дешевые местные,что приводит к значительного. снижению стоимости отливок при сохранении, а в некоторых случаях, повышении эксплуатационных характеристик. ."":.''
Предложенные зависимости позволяют рассчитывать оптимальные, количества Се и Mg в зависимости от чистоты расплава и толщины стенки отливки..
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и об-сувдены на 60 Всемирном конгрессе литейщиков (Гаага, 1993), научных семинарах ассоциации литейщиков Египта, технических совещаниях арматурного вавода (г. Александрия,АРЕ).
- Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 2 статьи и 1 тезисы доклада. .
Объем работы.' Диссертация состоит ив введения, 8 глав,
выводов, списка литературы из источников. /' Работа изложена на . стр. машинописного текста и ил
люстрирована рисунками и таблицами.