Введение к работе
Актуальность темы. Применение современных конструкционных литейных материалов во многом определяет решение задач повышения технического уровня, эксплуатационной надежности и снижения материалоемкости продукции машиностроения, где на долю отливок приходится от 40 до 75% веса машин и механизмов.
В последние годы все больший интерес со стороны технологов и конструкторов вызывает чугун с вермикулярным графитом< как материал, обладающий хорошими технологическими свойствами при достаточно высоком уровне эксплуатационных и механических характеристик, сравнимых с чугуном с шаровидным графитом (ЧШГ). Чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) может быть эффективно использован для производства деталей, эксплуатация которых предполагает высокие нагрузки циклического характера ( "блок-картер", "корпус трансмиссии", "головка блока цилиндров" и т.д.). Перспективно применение ЧБГ в качестве материала технологической оснастки ( кокили, изложницы и т.д. ).
Однако объем производства отливок из ЧВГ в республиках СНГ, а также и в других странах, находится на невысоком уровне. Это связано с низкой стабильностью технологии его получения, что объясняется недостаточной изученностью процессов выплавки, внепечной обработки и структурообразования ЧВГ. Ограниченные сведения о комплексном воздействии сфероидизирующих и десферс— идизирувщих элементов на формирование графитной фазы при кристаллизации чугуна определяют жесткие технологические требования к действующим процессам производства ЧВГ.
Целью работы являлась стабилизация технологического процесса получения чугуна с вермикулярным графитом на основе совершенствования методов внепечной обработки.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:
-
Проведение сравнительных исследований влияния магния и индивидуальных РЗМ в широком диапазоне на морфологию графита при кристаллизации синтетических Fe-C- 5i сплавов и промышленных чугунов.
-
Исследование устойчивости получения ЧВГ за счет допол-
нителыюго ввода стабилизирующих вермикулярный графит элементов при эатлердевании сплава.
-
Разработка составов комплексних модификаторов с оптимальным соотношением элементов ш основе экспериментальных исследований, а такке термодинамических расчетов параллельных реакций, протекающих в жидком чугуне.
-
Оптимизация химического состава чугуна с вермикулярным графитом для картерного литья с целью повышения эксплуатационных характеристик изделий.
-
Разработка технологических режимов плавки, модифицирования и заливки ЧВГ.
Научная новизна работы:
-
Установлено закономерное изменение формы графитных включений от крупнопластинчатой к мелкопластинчатой с межденц-ритной ориентацией, затем вермикулярной И палее шаровидной при затвердевании чугуна, обработанного возрастающими присадками M
-
Изучена эффективность влияния активных элементов (магний, церий, иттрий, лантан ) на формирование вермикулярного графита в синтетических Fe-C- Si сплавах.
-
Получены дополнительные данные о стабилизирующем действии на ВГ десфероидиэирующих элементов (Ті , Zr) при кристаллизации синтетических Pe-C-Si сплавов.
-
Проведены термодинамические расчеты реакций взаимодействия совместно вводимых в расплав чугуна РЗМ, ЩЗМ с кислородом и серой методом минимизации энергии Гиббса.
-
Установлены оптимальные соотношения компонентов в составах комплексных модификаторов "Вермикуляр" для получения ЧВГ и ЧШГ с учетом особенностей взаимодействия активных элементов в жидком чугуне.
Практическая ценность работы. Разработаны составы низко-магниевых комплексных модификаторов "Вермикуляр" для производства отливок из ЧВГ и ЧШГ. Разработан стабильный технологический процесс получения отливок из чугуна с вермикулярным графитом, позволяющий использовать исходный расплав злектродуговой,
индукционной и ваграночной плавки.
Предлагаемая технология опробована в условиях ряда заводов: "Тацжикгидроагрегат" г.Лушанбе, КГБ УЕЗД г.Минск, "Эмалыюсу,па" г.Слуцк, ПО "БелавтоМАЗ" г.Жоцино, ПО ГАЗ г.Нижний Новгород, внедрена в производство на ПО "ЧЗПТ" г.Чебоксары при получении отливок "блок-картер" из ЧВГ 40, станкостроительном ПО им.СМ. Кирова г.Минск для изготовления технологической оснастки из ЧВГ 35, а также на КМПО г.Калуга при освоении отливок "вал коле нчатнй" из ВЧ50.
За счет применения низкомагниевых модификаторов "Вермику-ляр", характеризующихся высоким усвоением магния вместо высоко-магниевых ( ФСМгб, ФСКг7, ФСКгЭ), а также уменьшения металлоемкости отливок при переводе с высокопрочного на чугун с пермику-лярным графитом, получен общий годовой экономический эффект 192 тыс.руб. в ценах 199I года.
Разработана технология получения отливок из ЧВГ методом внутрифирменного модифицирования, опробованная в условиях литейного цеха № I ПО "ЧЗПТ" г.Чебоксары.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: научных семинарах кафецры "Литейное производство черных и цветных металлов"; научно-технических конференциях Белорусской государственной политехнической академии 1938-1992 гг.; научно-технической межрегиональной конференции "Охрана труда и прогрессивные технологические процессы в литейном производстве, порошковой металлургии и машиностроении" ( г.Чебоксары,1990 ); научно-технической межреспубликанской конференции "Новые технологические процессы в литейном производстве" (г.Хабаровск,1991); научно-технической конференции литейщиков "Литейное производство и окружающая среда" (г.Минск,1992).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 статей, 5 тезисов докладов, получено 2 авторских свидетельства.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 133 источников и приложения.
Работа изложена на 232 страницах машинописного текста и иллюстрирована 63 рисунками и 36 таблицами.