Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Влияние основных элементов на механические характеристики высокопрочных чугунов с шаровидным графитом 11
1.2 Влияние основных и легирующих элементов на структуру и свойства чугуна с шаровидным графитом 13
1.3 Анализ воздействия на кристаллизацию расплава за счет различных видов модифицирования 19
1.4 Анализ существующих разновидностей по составам реагентов и методам воздействия при обработке расплава из высокопрочного чугуна .21
1.5 Выводы 30
Глава 2 Исследование взаимодействия и использования модифицирующих присадок 32
2.1 Десульфурирующее и модифицирующее влияния редкоземельных и щелочноземельных металлов 32
2.2 Исследование химически активных элементов, улучшающие глобуляри-зирующее воздействие магния 36
2.3 Исследование состава и способа ввода модифицирующих присадок 45
2.4 Выводы 50
Глава 3 Экспериментальное исследование процесса получения ВЧШГ 52
3.1 Методика использования оборудования для проведения исследования 52
3.2 Исследование процесса одновременного взаимодополняющего ввода сфеоидизирующих и десульфурирующих компонентов 61
3.3 Выводы 71
Глава 4 Исследование влияния продолжительности модифицирующего эффекта на механические характеристики высокопрочного чугуна 72
4.1 Особенности формирования структуры и механических характеристик при двойном модифицировании 72
4.2 Исследование продолжительности модифицирующего эффекта при одновременной обработке десульфурирующими и модифицирующими присадками 77
4.3 Исследование повышения продолжительности модифицирующего эффекта при десульфурирующе-модифицирующей технологии 81
4.4 Математическая взаимосвязь увеличения продолжительности модифицирующего эффекта .91
4.4 Выводы 99
Глава 5 Внедрение твердо-жидкофазной обработки сплава с использованием отходов доменного производства при получении деталей ответственного назначения .101
5.1 Разработка рекомендаций по практическому внедрению рафинирующе-модифицирующей технологии при получении холодильных плит для доменных печей 101
5.2 Внедрение рафинирующе-модифицирующей технологии при получении материала с повышенной демпфирующей способностью 111
5.3 Рекомендации для получения высокопрочного чугуна, работающего при термоциклических нагрузках 117
5.4 Выводы 122
Заключение 123
Список использованных источников 125
Приложения 136
- Влияние основных и легирующих элементов на структуру и свойства чугуна с шаровидным графитом
- Исследование процесса одновременного взаимодополняющего ввода сфеоидизирующих и десульфурирующих компонентов
- Исследование повышения продолжительности модифицирующего эффекта при десульфурирующе-модифицирующей технологии
- Внедрение рафинирующе-модифицирующей технологии при получении материала с повышенной демпфирующей способностью
Влияние основных и легирующих элементов на структуру и свойства чугуна с шаровидным графитом
Химический состав ЧШГ согласно ГОСТ 7293-85 (таблица 1.1) является одним из основных показателей качества, который в значительной мере определяет его структуру и механические свойства.
Углерод. Содержание углерода оказывает влияние на механические свойства ЧШГ. У высокопрочного чугуна содержание углерода колеблется в интервале 3,2...3,8 %, что обеспечивает хорошие технологические свойства [2].
Снижение содержания углерода от 3,8 до 2,7 % приводит к повышению временного сопротивления при растяжении и предела текучести при разрыве, а также к небольшому повышению критической температуры перехода в хрупкое состояние.
Кремний. Содержание кремния оказывает значительное влияние на процесс структурообразования и показатели механических свойств. На рис. 1.3 и 1.4 показана зависимость механических свойств ЧШГ в литом состоянии с ферритной и перлитной структурами от содержания кремния.
На свойства чугуна сильное влияние оказывают совместное содержание углерода и кремния. В технической литературе выбор оптимального соотношения углерода и кремния с учетом геометрических параметров отливок, как правило, не рассматривают, а в отдельных работах только приводят общие рекомендации.
Из рисунка видим, что с повышением содержания кремния от 2 до 3 %меха-нические свойства чугуна практически не изменялись. Однако при дальнейшем повышении его содержания более 3% наступает заметное снижение относительного удлинения и повышение предела прочности при растяжении, но, так как кремний легирует феррит, это способствует повышению твердости [3, 4].
Исследования [5] показали, что для определения соотношения, при котором ЧШГ обладал бы преимущественно ферритной структурой и достаточной вязкостью в случае тонкостенных отливок (до 8 мм), содержание кремния можно изменять от 2.3 до 3,5 % без существенного влияния на механические характеристики материала.
В отливках толщиной более 75 мм чугун становится очень чувствительным к содержанию кремния; его содержание должно быть в пределах с 2,1...2,5%.
Марганец. Марганец относится к основным элементам чугуна, иногда считают его легирующим, если его содержание составляет более 1 %. Однако в определенных случаях марганец можно отнести к вредным элементам: при повышении содержания марганца свыше 1% в структуре чугуна увеличивается количество перлита, в связи с чем увеличивается в и уменьшается .Марганец, в противоположность кремнию, снижает термодинамическую активность углерода [6, 7] и препятствует графитизации.
При получения устойчивой перлитной структуры рекомендуется наличие 0,8...1,35 % Мn. Легирующее влияние его в ЧШГ проявляется сильнее, чем в чугуне с пластинчатой формой графита, так как сера связывается в значительной степени магнием.
Для ферритного ЧШГ с высокими пластическими свойствами содержание марганца необходимо ограничивать в интервале 0,1...0,4%.
Влияние марганца аналогично влиянию кремния. Резкое падение ударной вязкости и значительное снижение относительного удлинения наступает при содержании марганца более 0,6 %.
Анализируя легирующие элементы, отдельно необходимо отметить такие из них, как сера и фосфор, которые в большинстве случаев являются примесями, затрудняющими образование шаровидной формы графита.
Фосфор. Фосфор считается вредным элементом и обладает ограниченной растворимостью. При содержании свыше 0,3% повышается хрупкость чугуна [8].Иногда для повышения триботехнических свойств рекомендуется повышенное легирование фосфором [9]. Для получения чугуна с высокими пластическими свойствами содержание фосфора не должно превышать 0,08 %, в противном случае структура становится более твердой и хрупкой, вследствие чего пластические свойства чугуна значительно снижаются. Максимальное относительное удлинение (18...25 %) в высокопрочном ЧШГ обеспечивается при Р 0,05 %. Влияние фосфора на понижение пластичности и вязкости высокопрочного чугуна (ВЧ) заметно проявляется при содержании его выше 0,08% .
Сера.Сера также считается вредным элементом, так как образует сульфидные включения смешанного типа: (MnS, FeS) [9].Содержание серы в исходном чугуне должно быть ниже 0,02 %.При более высоком ее содержании затрудняется процесс образования шаровидного графита вследствие появления точечных и дисперсионных дефектов (так называемых"черных пятен") [10, 11, 12],что вызывает образование в отливках скоплений неметаллических включений, главным образом сульфидов и оксидов магния (церия),и резкое повышение расхода модификатора (магния, церия и др.). Для уменьшения количества содержания серы проводят де-сульфурацию путем обработки расплава десульфурирующими добавками.
Медь. Как правило, медь оказывает благоприятное влияние на выравнивание структуры и на механические свойства. При содержании меди менее 1,0 % в чугуне происходит оптимизирование по форме, размерам и измельчение графитовых включений, а так же изменение физико-механическихсвойств чугуна с шаровидной формой графита (ЧШГ).Влияние меди на механические свойства ЧШГ приведено в таблице 1.2.
Содержание меди в чугуне от 0 до 2,5 % увеличивает линейную усадку и затрудняет жидкотекучесть чугуна от 0,8 до 1,18 % и от 500 до 350 мм соответственно.
Никель. Никель также является легирующим элементом, как правило, благоприятно влияющим на микроструктуру и механические свойства высокопрочно чугуна. За счет неограниченного растворения в железе служит графитизирующим элементом [14-16]. Никель повышает ударную вязкость и прочность. При повышении этого компонента до 18% и более, он делает чугун немагнитным, коро-зионно-стойким и жаропрочным.
Хром. С увеличением содержания хрома растут прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углерода. В определенных случаях, повышаются жаропрочность, коррозионная стойкость и износостойкость сплава.
Аналитический обзор позволил установить влияние всех элементов, входящих в состав чугуна. Следует отметить, что повышенное содержание серы препятствует образование шаровидного графита и повышает склонность сплава к образованию дефектов под названием «черные пятна». Этот дефект включает в себя преимущественно скопление сульфидов магния и графита. В качестве устранения «черных пятен» используют жидкие флюсы(карбонат натрия, «рефлой» и тд.), повышение температуры заливки уменьшает склонность к их образованию [2].
Исследование процесса одновременного взаимодополняющего ввода сфеоидизирующих и десульфурирующих компонентов
Для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита, согласно теоретическим данным и проведенным исследованиям, необходимо в модифицирующий комплекс должны ввести Si, Mg, Al, РЗМ и небольшую часть ЩЗМ в виде Ca или его окислов. Ввиду того, что процесс получения модификаторов и лигатур на основе этих компонентов достаточно нетрудоемкий, по сравнению хотя бы с иттрием, стоимость этих сфероидизирующих материалов несколько ниже.
Существование пироэффекта оказывает отрицательное влияние [94]: неполное растворение Mg, так как часть улетучивается, не прореагировав с металлом; неблагоприятно влияет на экологию производственного процесса. Для увеличения времени нахождения магнийсодержащих элементов в расплаве исходного чугуна появляется необходимость связывания модифицирующих добавок и удержания их на дне ковша. Согласно способу, описанному в работе [92],присыпание модификатора при вторичном модифицировании производили стальной вырубкой, это было направлено на уменьшение скорости всплытия. При больших объемах и крупнотоннажном литье расход ее значительно возрастает, отражаясь на экономике выпускаемой продукции. Отрицательным фактором при введении стружки является масло и эмульсия, которая остается после обработки и получения этого материала, насыщая чугун вредными примесями. Присыпание стальной стружкой не оказывает положительного влияния на пироэффект, а как следствие, на увеличение усвоения Mg.
Исследовав возможные добавки, одновременно уменьшающие пироэффект и увеличивающие степень усвоения модифицирующего комплекса путем снижения скорости всплытия модифицирующих элементов, практически не отражаясь на себестоимости выпускаемой продукции, было найдено два компонента, которые удовлетворяют два этих фактора. Этими компонентами являются: шлак магнитоак-тивный по ТУ-14-128-Ш-7-06 и чугун дробленый со шлакообразующими добавками по ТУ 14-128-Д-5-06 с фракцией до 10 мм. Состав их приведен в таблице 3.4.
Данные компоненты являются отходами доменного производства, и, соответственно, остаются всегда при получении доменного чугуна. Шлак магнитоактив-ный практически никогда не идет на повторную переработку, так как его металлическая часть составляет 35…50%. При его расплавлении получается металлизированная фаза, наполовину состоящая из шлака, которая, находясь в расплаве, может связать определенный компонент.
Согласно произведенному ранее исследованию по химически активным элементам был выбран модификатор и десульфуратор, состав которых приведен в таблице 3.5.
Ввиду того, что в составах лигатур бывает небольшое расхождение по химическому составу, отбор производился из двух разных партий.
Полученный модифицирующий комплекс, как правило, работает при соблюдении определенных условий: химический состав исходного чугуна; содержание серы, препятствующее образованию шаровидного графита.
Состав исходного чугуна и использованные шихтовые материалы, приведенные в таблице 3.6, 3.7.
Установив процентное содержание всех элементов, определяли содержание серы, так как она препятствует образованию шаровидного графита. Практическим путем были получены данные по количеству ввода взаимодополняющих компонентов в зависимости от затрудняющего сфероидизацию элемента таблица 3.8.
После получения расплава производилась проверка химического состава и металлической структуры исходного чугуна (рисунок 3.13).
Установлено, что при содержании серы свыше 0,50% образование шаровидного графита уменьшается, происходит формирование вермикулярного графита.
Слив металла осуществляли в ковш объемом 7 т. Так как средняя масса выпускаемой продукции составляла 3 т, для точности определения количества наливаемого металла при футеровке была заложена перегородка, расположенная на середине ковша.
Определив оптимальное процентное количество компонентов для осуществления процесса модифицирования, производили укладку в заранее прогретый ковш до температуры 750-800 С(при более низком прогреве наблюдается неполное растворение компонентов, спеченных на его дне) ровными слоями по принципу рисунка 3.14:
1. Первым ровным слоем кладется модификатор.
2. Второй слой - шлак магнитоактивный. Он является покрывным слоем модификатора, препятствующим его быстрому растворению, и как следствие, продлению “модифицирующего эффекта” - переходу от шаровидной формы графита к вермикулярной. Он равномерно распределяется по всем ранее уложенным компонентам.
3. Третий слой - лигатура (ФС30РЗМ30), которая также укладывается ровным слоем поверх ранее уложенных компонентов.
4. Четвертый слой - чугун дробленый со шлакообразующими добавками. Согласно ТУ 14-128-Д-5-06 его допустимая фракция 20…200 мм, но при использовании фракции 10…20 мм наблюдалось падение температуры до 1350С и процесс модифицирования протекал не полностью, ввиду чего образование шаровидного графита достигало максимум 75%. Поэтому чугун дробленый со шлакообразую-щими добавками предварительно отбирается до фракции 1…10 мм. Этот слой является покрывным и его основная функция - уменьшение скорости всплытия магния за счет обволакивания всех компонентов шлаковыми включениями.
Компоненты укладывались согласно рисунку 3.14.Перед укладкой каждый компонент требовал определенной подготовки, исключением является только лигатура. Первым компонентом укладывается модификатор. Транспортировка его осуществлялась в биг бегах. На внешний вид он представляет собой мелкодисперсные чипсы (рисунок 3.15). Зачастую размеры модификатора Сферомаг 501-S бывают больших размеров (более 10 мм), поэтому процесс модифицирования будет затруднен ввиду большого размера. Перед укладкой модификатор дробится до размера 10 мм, а затем помещается на дно прогретого ковша для увеличения степени усвоения модификатора, то есть уменьшения пироэффекта за счет нахождения его на дне ковша и контактирования с жидким чугуном по мере растворения.
Второй компонент - шлак магнитоактивный, который является отходом доменного производства и образуется в результате дробления чугуна, застывшего в чугунных летках и подверженного магнитной сепарации (рисунок 3.16).Именно этот материал удовлетворяет указанные требования [93], которые при соответствующем подборе фракционного и химического составов замедляет растворение модификатора. Перед каждым использованием шлак магнитоактивный требуется просушивать газовыми горелками или в сушильной камере.
Следующим компонентом является лигатура ФС30РЗМ30 (рисунок 3.17). Ее фракционный состав полностью удовлетворяет технические условия данного способа модифицирования.
Исследование повышения продолжительности модифицирующего эффекта при десульфурирующе-модифицирующей технологии
В зависимости от исходного содержания серы и количества вводимого содержания магния в расплав включения графита в чугуне изменяют свою форму в определенной последовательности. Пластинчатый графит содержится в исходном не-модифицированном сером чугуне. Незначительные изменения начинают происходить при остаточном содержании магния (менее 0,01%). При этом пластинки становятся толще, появляются зоны с розеточным графитом, вчугуна увеличивается на 10...20 МПа. Ввод небольших добавок магнийсодержащих модификаторов с последующим доведением остаточного содержания магния до 0,01% существенно снижает его склонность к отбелу. Происходит это как при низком (0,012...0,018%), так и при высоком (0,05...0,12%) содержании серы в чугуне. Графитные включения при этом увеличиваются в размерах и приобретают форму утолщённых прямолинейных пластин [100].При дальнейшем увеличении количества вводимого в расплав модификатора возрастает степень переохлаждения чугуна и склонность его к отбелу. Данный фактор способствует уменьшению степени графитизации и количество эффективных зародышей графита, что приводит к образованию розеточного графита - ветвистых включений, растущих из одного центра. Пластинчатый розе-точный и междендритный графит образуется в чугуне с остаточным содержанием магния 0,010...0,014%. Такой материал обладает нестабильными и низкими механическими свойствами. Однако в чугуне с остаточным содержанием магния до 0,014% образуется коралловидный псевдопластинчатый графит. При содержании остаточного магния в чугуне более 0,014% сфероидизирующий эффект усиливается и образуется вермикулярный графит, растущий из отдельного центра шаровидного зародыша. Вермикулярный графит представляет собой смесь двух форм графита - пластинчатой и шаровидной. С увеличением в расплаве остаточного содержания магния вермикулярный графит полностью переходит в шаровидный, а следовательно, повышаются механические характеристики чугуна [100].
Разработана технология процессов ввода лигатур для сокращения ее расхода. Модифицирование чугуна в автоклавах и герметизированных ковшах требует больших трудозатрат при изготовлении специализированного оборудования и нетехнологично при эксплуатации. Модифицирование чугуна лигатурами сравнительно просто осуществимо и не требует специальных ковшей. Однако при этом до 40% магния сгорает, сопровождаясь большим пироэффектом [93,101].Одной из причин неполного растворения Mgи значительное дымовыделение в процессе модифицирования чугуна, быстрое всплытие компонентов в среде расплава, так как их плотность значительно меньше плотности чугуна. При этом,Mg, содержащийся в модификаторе, не успевает прореагировать с исходным расплавом. Усвоением , как показала практика, в большинстве случаев, это 25...60 % зависит от способа его ввода. Остальной сгорает на поверхности чугуна с ослепительным пироэффектом и большим количеством дыма, состоящего из мелкодисперсных оксидов магния.
Удержание модификатора на дне ковша обеспечивается силами поверхностного натяжения чугуна. При укладке вещества между его частицами всегда остаются пустоты - поры, размер которых зависит от величины и конфигурации частиц. Если жидкость проникает в поры между частицами, на них действует подъемная сила. В противоположном случае, когда за счет сил поверхностного натяжения жидкость не проникает в поры, подъемная сила не возникает и частица не всплывает. При условии несмачивания пористого материала жидким чугуном металл будет проникать в поры между частицами, если их радиус удовлетворяет условию [93]: где - поверхностное натяжение, - внешнее давление, - краевой угол смачивания Таким образом, радиус поры, при равенстве этой формулы, будет критическим. При меньшем радиусе металл не будет проникать в поры между частицами. Для полного усвоения Mg в чугуне при модифицировании в открытых ковшах необходимо, чтобы пузырьки парообразного Mg, образующиеся из его частиц при контакте с жидким чугуном, успевали полностью аннигилировать за время своего нахождения в чугуне. Размер образующегося пузырька газообразного Mg зависит от размера частицы модификатора: чем меньше частица, тем меньше пузырёк Mg, образующийся из него, тем больше вероятность, что за время своего образования и всплытия он полностью прореагирует с компонентами чугуна. При этом необходимо также, чтобы модификатор до окончания процесса реагировал в исходном чугуне максимально столько, сколько требует технологический процесс для определенного рода продукции.
Установлено, что при сливе металла в ковш происходит хаотичное перемешивание всех компонентов с небольшим придерживанием верхним слоем всех ни-жеуложенных компонентов. Следует отметить, что удержание модификатора на дне ковша позволяет улучшить его усвоение. Расплавление всех компонентов составляет 70…90%, оставшиеся компоненты удаляются вместе со шлаком. Слив металла дополнительно перемешивает все компоненты, улучшая процесс расплавления всего модифицирующего комплекса. В этом случае решается основная задача - увеличение степени усвоения, а следовательно, продление модифицирующего эффекта за счет связывания модификатора шлакоактивными добавками.
Для установления характера связывания модификатора важными показателями являются термодинамические характеристики его и шлака магнитоактивного, приведенные в таблице 4.3.
Данный факт свидетельствует от том, что после укладки модификатора на дно прогретого ковша, после присыпания магнитоактивным шлаком, переход из твердого состояния в жидкое при увеличении температуры начинается с появлением на поверхности бесконечно малого жидкого слоя, когда ее ядро еще остается твердым. Подобное плавление обусловлено поверхностным натяжением, отражающим взаимодействие “жидкое – твердое” и изменяющим энергию системы [102]. Данный факт учитывался при реализация способа.
В результате прогрева ковша было замечено, что распределение температур происходит неравномерно [103], то есть в верхней части температура выше, чем в нижней рисунок 4.5.
С учетом установленных факторов реализация способа осуществлялась по ранее проделанной технологической схеме с определенными корректировками. Чугун плавили в индукционной печи ИЧТ-6. Состав исходного чугуна: С-3,65 %; Si-2,12 %; Мn-0,49 %; S-0,09 %. Содержание серы составляет 0,085 %, соответственно согласно таблице 3.8 требуемые количества вводимой лигатуры и модификатора составляет 0,5 и 1 % соответственно.
Процесс модифицирования проводился в прогретом ковше до температуры в нижней части 950 Семкостью 700 кг. Наполнение исходным чугуном осуществлялось с максимально возможной скоростью. Для определения модифицирующего эффекта при повышенном температурном пределе – 1520С слив металла осуществляли в центр ковша. В дальнейшем производилось удаление шлака и осуществлялся забор пробы для подтверждения получения шаровидной формы графита. Данная операция заняла 6 мин. 12 с после этого производилась разливка образцов с интервалом 55…65 с.
Механические характеристики полученных образцов приведены в таблице 4.4, а микроструктура показана на рисунках 4.5 и 4.6.
Механические характеристики полученного чугуна соответствуют маркам ВЧ 40…60; средняя твердость по Бринеллю – 261,8 НВ. Согласно рисунках 4.6 и 4.7 установлено, как протекает поминутное изменение графита от пластинчатого до шаровидного с последующим переходом в вермикулярный. Доказано, что глобулярный графит находится в пределах 3…31 мин, затем происходит обратный переход неустойчивого, неравновесного состояния в исходное.
Внедрение рафинирующе-модифицирующей технологии при получении материала с повышенной демпфирующей способностью
Специалистами ОАО АК “Туламашзавод” было получено задание по разработке пробного сухопутного стенда для артиллерийских установок АК-230 и АК-230М.
По своей сути "Тумба" (рисунок 5.8) - это то, к чему крепится артиллерийское орудие, а так как ранее установка производились только на корабли для поражения цели, в данном задании основной целью было перевод ее на сухопутный носитель.
Лафет в должен устанавливаться на передвижной сухопутный носитель, предназначенный для повышения эксплуатационной стойкости артиллерийской установки и ее поражающего действия.
В процессе стрельбы из артиллерийской установки ствол испытывает повышенные ударные нагрузки, определяемые давлением пороховых газов, что оказывает вредное влияние на прочность всей установки, неблагоприятно отзываясь на работе приборов, обслуживающих автоматы, и на точности стрельбы. Поэтому одним из основных требований, предъявляемых к конструкции артустановок при решении вопроса, связанного с повышением темпа стрельбы, является устранение вибрации стволов при стрельбе.
Известно, что наиболее высокой демпфирующей способностью по сравнению со сталью обладает чугун с пластинчатым графитом. Однако из-за низких его прочностных характеристик детали из серого чугуна имеют ограниченное применение, даже в тех случаях, когда по условиям работы требуется материал с достаточно высокой демпфирующей способностью. Поэтому при поиске материала нужно учитывать все его механические характеристики. Суть работы заключалась в исследовании материала, способного хорошо гасить вибрации. При выборе материала руководствуются характеристиками демпфирующей способности, которая характеризует скорость затухания колебаний.
Источниками затухания колебаний в чугуне в амплитуднозависимой области, кроме графитных включений и потери на межфазных границах «графит-матрица», являются также микропластические деформации по границам зерен металлической матрицы.
Оценивая в целом литейные, физико-механические и эксплуатационные характеристики перлитного чугуна с шаровидным графитом выбор был остановлен на чугуне марки ВЧ60. Как известно, повышение механических характеристик высокопрочного чугуна можно получить путем различных методов термической обработки [104], но применение дополнительных операций влекут за собой повышение себестоимости выпускаемой продукции.
Ввиду особенности формирования литой структуры высокопрочного чугуна исследование металлической основы считается основным критерием при прогнозировании механических характеристик. Для исследования структуры и механических свойств металла была взята плита холодильная из ВЧ50 (масса 3,5 т толщина стенки 150 мм)
На первом этапе эксперимента исследование структуры производили на примере детали холодильной плиты для доменной печи, полученной при одновременной обработке лигатурой и модификатором. В результате плохой сварки элементов змеевика произошло попадание металла в контур трубы, повлекший нарушение герметичности (рисунок 5.9).
Это позволило более детально изучить структуру и свойства чугуна на различных местах удаленности от стенки отливки (таблица 5.3).Характеристиками, предъявляемыми отливке, тумба были: В не ниже 300 МПа, не ниже 2,0 % -. По микроструктуре специалистами была поставлена задача обеспечить согласно ГОСТ 3443-87 следующие показатели:
диаметр включений графита: ШГд25 - ШГд90;
форма включений графита: ШГф4 - ШГф5;
распределение графита: ШГр1 - ШГр2;
количество включений графита: ШГ2-ШГ10;
по типу матрицы: П70(Ф30) - П20(Ф80);
На подготовленных образцах, травленных 4 %-м раствором азотной кис-лоты(4 см2HNO3 и 96 см2 этилового спирта),видна микроструктура (рисунок 5.10): ШГд45 - ШГф4 - ШГр1 - ШГ6 - П45(Ф55).
Использование рафинирующе-модифицирующего способа позволяет варьировать металлическую структуру благодаря подготовке исходного чугуна. Для получения в большей части перлитной структуры берется заниженный предел графи-тообразующих элементов: C - 2,7 % и Si - 1,7 %. Контроль химического состава на всех этапах получения расплава позволяет получить перлитную структуру П70(Ф30).
Изготовленная отливка, подвергалась абразивной чистке и механической обработке прибыльных частей. Для подтверждения микроструктуры были сделаны вырезки из приливных проб, которые находились в верхней части отливки (рисунок 5.11,5.12).
Механические испытания преимущественно перлитной структуры показалиВ= 670 МПа.
Микроструктура чугуна соответствует: ШГд45(диаметр включений);
ШГф4(шаровидная неправильная); ШГр2(распределение неравномерное);
ШГ6(количество включения графита); П70 (Ф30).
Повышенные механические характеристики показали в последующем хорошую обрабатываемость (рисунок 5.12).
Проведенное исследование материалов способных гасить вибрации одновременно со сдаточными характеристиками, предъявляемые к отливке "Тумба"при внедрении рафинирующе-модифицирующей технологии, показал превосходство высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита. Используемый материал удовлетворяет предъявляемым к детали требования, сочетая в себе повышенные механические свойства, хорошую стойкость и устранение вибрации стволов при стрельбе [107].
Внедрение рафинирующе-модифицирующей технологии позволило установить, что данный технологический процесс предоставляет возможность варьировать металлическую структуру в чугуне с шаровидной формой графита, что увеличивает номенклатуру получаемых деталей.
В случае использования данного способа при объеме производства, составляющем 200т в месяц при заказе объемом 14 т,“пробный сухопутный стенд для артиллерийских установок АК-230 и АК-230М ”, за счет применения шлаковых композитов позволил снизить себестоимость на 3294 руб.