Способы внутриформенного модифицирования чугуна
Разработаны и исследованы способы внутриформенной обработки исходного жидкого чугуна в промежуточных реакционных камерах, расположенных в литниковой системе между стояком и питателем, представляющие собой пенополистироловую оболочку, внутрь которой помещается расчетное количество порошкообразной (зе...
Gespeichert in:
| Datum: | 2013 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Schriftenreihe: | Процессы литья |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131118 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Способы внутриформенного модифицирования чугуна / М.А. Фесенко, А.Н. Фесенко, В.А. Косячков, В.Г. Могилатенко // Процессы литья. — 2013. — № 1. — С. 44-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-131118 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1311182018-03-14T03:02:59Z Способы внутриформенного модифицирования чугуна Фесенко, М.А. Фесенко, А.Н. Косячков, В.А. Могилатенко, В.Г. Кристаллизация и структурообразование сплавов Разработаны и исследованы способы внутриформенной обработки исходного жидкого чугуна в промежуточных реакционных камерах, расположенных в литниковой системе между стояком и питателем, представляющие собой пенополистироловую оболочку, внутрь которой помещается расчетное количество порошкообразной (зернистой) добавки или специальный патрон (контейнер), изготовленный из вспененного полистирола с замешанной порошкообразной (зернистой) добавкой. Предложенные способы внутриформенной обработки обеспечивают максимальное усвоение добавок, равномерное их распределение в объеме отливки, сокращают расход добавок, упрощают и удешевляют технологический процесс получения чугунных отливок с заданной структурой и свойствами. Розроблено та досліджено способи внутрішньоформеної обробки вихідного рідкого чавуну в проміжних реакційних камерах, які розташовані у ливниковій системі між стояком та живильником, які являють собою пінополістиролову оболонку, у середину якої міститься розрахункова кількість порошкоподібної (зернистої) добавки або спеціальний патрон (контейнер), виготовлений зі спіненого полістиролу з замішаною порошкоподібною (зернистою) добавкою. Запропоновані способи внутрішньоформеної обробки забезпечують максимальне засвоєння добавок, рівномірний їх розподіл в об’ємі виливка, скорочують витрату добавок, спрощують і здешевлюють технологічний процес виготовлення чавунних виливків з заданою структурою та властивостями. There are developed and investigated the techniques of the in-mold processing of source liquid iron in the intermediate reaction chambers, located in the gating system between the riser and feeder, which are polystyrene foam shells, housing the estimated number of powder (granular) supplements or special cartridge (container) made of expanded polystyrene mixed up with powder (granular) additive. The proposed methods of in-mold processing ensures maximum absorption of supplements, their uniform distribution throughout the amount of casting, thus reducing consumption of additives, simplifying and reducing the price of technological process of obtaining cast iron with a given structure and properties. 2013 Article Способы внутриформенного модифицирования чугуна / М.А. Фесенко, А.Н. Фесенко, В.А. Косячков, В.Г. Могилатенко // Процессы литья. — 2013. — № 1. — С. 44-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131118 621.74 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| spellingShingle |
Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов Фесенко, М.А. Фесенко, А.Н. Косячков, В.А. Могилатенко, В.Г. Способы внутриформенного модифицирования чугуна Процессы литья |
| description |
Разработаны и исследованы способы внутриформенной обработки исходного жидкого чугуна в промежуточных реакционных камерах, расположенных в литниковой системе между стояком и питателем, представляющие собой пенополистироловую оболочку, внутрь которой помещается расчетное количество порошкообразной (зернистой) добавки или специальный патрон (контейнер), изготовленный из вспененного полистирола с замешанной порошкообразной (зернистой) добавкой. Предложенные способы внутриформенной обработки обеспечивают максимальное усвоение добавок, равномерное их распределение в объеме отливки, сокращают расход добавок, упрощают и удешевляют технологический процесс получения чугунных отливок с заданной структурой и свойствами. |
| format |
Article |
| author |
Фесенко, М.А. Фесенко, А.Н. Косячков, В.А. Могилатенко, В.Г. |
| author_facet |
Фесенко, М.А. Фесенко, А.Н. Косячков, В.А. Могилатенко, В.Г. |
| author_sort |
Фесенко, М.А. |
| title |
Способы внутриформенного модифицирования чугуна |
| title_short |
Способы внутриформенного модифицирования чугуна |
| title_full |
Способы внутриформенного модифицирования чугуна |
| title_fullStr |
Способы внутриформенного модифицирования чугуна |
| title_full_unstemmed |
Способы внутриформенного модифицирования чугуна |
| title_sort |
способы внутриформенного модифицирования чугуна |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131118 |
| citation_txt |
Способы внутриформенного модифицирования чугуна / М.А. Фесенко, А.Н. Фесенко, В.А. Косячков, В.Г. Могилатенко // Процессы литья. — 2013. — № 1. — С. 44-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT fesenkoma sposobyvnutriformennogomodificirovaniâčuguna AT fesenkoan sposobyvnutriformennogomodificirovaniâčuguna AT kosâčkovva sposobyvnutriformennogomodificirovaniâčuguna AT mogilatenkovg sposobyvnutriformennogomodificirovaniâčuguna |
| first_indexed |
2025-07-09T14:48:24Z |
| last_indexed |
2025-07-09T14:48:24Z |
| _version_ |
1837181180798042112 |
| fulltext |
44 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 1 (97)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
импульсную обработку, в отличие от отдельно взятого модифицирования фосфо-
ром позволяет измельчить хрупкие структурные составляющие в заэвтектическом
сплаве А390 и преодолеть 1 %-ный барьер относительного удлинения. Приходится
констатировать, что образование кристаллов первичного кремния размером менее
20 мкм, которое могло бы обеспечить сплаву А390 пластичность на уровне доэвтек-
тических силуминов, даже после такой комплексной обработки расплава возможно
лишь при высоких, недостижимых в реальных условиях литья, скоростей охлажде-
ния. Таким образом, поиск альтернативных фосфору модифицирующих добавок
и новых подходов к модифицированию структуры высококремнистых силуминов
остается актуальным.
1. Transformation of microstructure after modification of A390 alloy Zhang Ying, Yi Dan-qing /
Li Wang-xin, Ren Zhi-sen, Zhao Qun, Zhang Jun-hong //Trasaction of Nonferrous Metals Society
of China. − 2007. − № 17. − P. 413-417.
2. Боом Е. А. Природа модифицирования сплавов типа силумин. − М.: Металлургия, 1972.
− 72 с.
3. Поршневые силумины / Н. А. Белов, В. Д. Белов, С. В. Савченко и др. − М.: Издательский
дом «Руда и металлы», 2011. – 248 с.
4. Гаврилюк В. П., Бондаревський В. М., Гаврилюк К. В. Формування структури алюмінійкрем-
нієвих лігатур для отримання заевтектичних силумінів //Металознавство та обробка мета-
лів. – 2012. − № 1. − С. 22-26.
Поступила 03.08.2012
УДК 621.74
М. А. Фесенко, А. Н. Фесенко*, В. А. Косячков,
В. Г. Могилатенко
Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев,
*Донбасская государственная машиностроительная академия, Краматорск
СПОСОБЫ ВНУТРИФОРМЕННОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ
ЧУГУНА
Разработаны и исследованы способы внутриформенной обработки исходного жидкого чу-
гуна в промежуточных реакционных камерах, расположенных в литниковой системе между
стояком и питателем, представляющие собой пенополистироловую оболочку, внутрь которой
помещается расчетное количество порошкообразной (зернистой) добавки или специальный
патрон (контейнер), изготовленный из вспененного полистирола с замешанной порош-
кообразной (зернистой) добавкой. Предложенные способы внутриформенной обработки
обеспечивают максимальное усвоение добавок, равномерное их распределение в объеме
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013 № 1 (97) 45
Кристаллизация и структурообразование сплавов
отливки, сокращают расход добавок, упрощают и удешевляют технологический процесс
получения чугунных отливок с заданной структурой и свойствами.
Ключевые слова: способ, внутриформенная обработка, реакционная камера, пенополи-
стироловая оболочка, патрон, чугун, отливка.
Розроблено та досліджено способи внутрішньоформеної обробки вихідного рідкого чаву-
ну в проміжних реакційних камерах, які розташовані у ливниковій системі між стояком та
живильником, які являють собою пінополістиролову оболонку, у середину якої міститься
розрахункова кількість порошкоподібної (зернистої) добавки або спеціальний патрон (кон-
тейнер), виготовлений зі спіненого полістиролу з замішаною порошкоподібною (зернистою)
добавкою. Запропоновані способи внутрішньоформеної обробки забезпечують максимальне
засвоєння добавок, рівномірний їх розподіл в об’ємі виливка, скорочують витрату добавок,
спрощують і здешевлюють технологічний процес виготовлення чавунних виливків з заданою
структурою та властивостями.
Ключові слова: спосіб, внутрішньоформена обробка, реакційна камера, пінополістиролова
оболонка, патрон, чавун, виливок.
There are developed and investigated the techniques of the in-mold processing of source liquid
iron in the intermediate reaction chambers, located in the gating system between the riser and
feeder, which are polystyrene foam shells, housing the estimated number of powder (granular)
supplements or special cartridge (container) made of expanded polystyrene mixed up with powder
(granular) additive. The proposed methods of in-mold processing ensures maximum absorption of
supplements, their uniform distribution throughout the amount of casting, thus reducing consump-
tion of additives, simplifying and reducing the price of technological process of obtaining cast iron
with a given structure and properties.
Keywords: technique, in-mold processing, reaction chamber, expanded polystyrene shell, car-
tridge, cast iron, casting.
Модифицирующая обработка расплава является важнейшей в современных
технологических процессах изготовления высококачественных отливок из чу-
гунов различных типов.
Среди разработанных и используемых на практике способов модифицирования
чугунов одним из наиболее эффективных, экономически выгодных и экологически
чистых для получения качественных чугунных отливок с заданными структурой и
комплексом свойств является процесс внутриформенного модифицирования [1, 2].
При этом способе процесс модифицирования осуществляется непосредственно
в момент заливки полости литейной формы исходным жидким чугуном, для чего
в литниковой системе на пути движения расплава к отливке предусмотрена про-
межуточная реакционная камера, в которую перед сборкой формы закладывают
расчетное количество зернистого (дробленого) модификатора. Во время заливки
литейной формы модификатор в реакционной камере последовательно раство-
ряется в потоке жидкого чугуна и, перемещаясь в объем отливки, окончательно
усваивается расплавом [1, 2].
Указанный способ модифицирования со времен изобретения всесторонне изу-
чался многими исследователями и совершенствовался. При этом отдельные ав-
торы предлагали другие альтернативные способы внутриформенной обработки:
обработка жидкого чугуна добавками, помещаемыми в центробежную промывоч-
ную бобышку литниковой системы [3]; в реакционную камеру, расположенную под
стояком в верхней или нижней полуформе [4]; в специальный переливаемый реак-
тор (Флотрет-процесс) [5]; в центробежную проточную реакционную камеру [6]; в
проточный реактор [7] и др.
Основными недостатками перечисленных способов являются сравнительно
46 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 1 (97)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
низкая степень усвоения модифицирующей добавки металлом (~50-80 %) и не-
стабильность процессов во времени, а также усложнение конструкции литниково-
модифицирующей системы и необходимость выполнения дополнительных техно-
логических операций.
C целью повышения эффективности модифицирующей внутриформенной
обработки расплава, увеличения коэффициента усвоения добавки и, как след-отки расплава, увеличения коэффициента усвоения добавки и, как след-
ствие, повышения качества и свойств отливок в данной работе предложили
усовершенствованные технологические варианты обработки исходного жидкого
чугуна в литейной форме в промежуточной реакционной камере, расположенной на
пути движения расплава между отливкой и стояком (рис. 1). При этом промежуточные
реакционные камеры выполняли в виде пенополистироловой оболочки, внутрь
которой помещали расчетное количество порошкообразной (зернистой) добавки
(рис. 1, а), или же в виде специального патрона (контейнера), изготовленного из
вспененного полистирола с замешанной (зернистой) добавкой (рис. 1, б).
Проведенные многочисленные экспериментальные исследования по опробо-
ванию предложенных технологических вариантов внутриформенной обработки
исходных жидких чугунов как доэвтектического, так и эвтектического составов,
графитизирующими, карбидостабилизирующими и сфероидизирующими добав-
ками различной зернистости (0-5,0 мм) при разном их количестве (0-2,0 %) под-
твердили их более высокую эффективность по сравнению с обработкой исходных
жидких чугунов в аналогичных реакционных камерах, выполненных в виде полости
в песчано-глинистой форме без пенополистироловых вставок.
Так, например, в результате сфероидизирующей обработки расплава серого чу-
гуна модификатором ФСМг7 в количестве 1,5 % от массы обрабатываемого чугуна
в реакционной камере, выполненной в виде газифицируемой пенополистироло-
вой оболочки или газифицируемого пенополистиролового патрона (контейнера),
модификатор полностью увлекался потоком жидкого металла и распределялся
сравнительно равномерно по объему отливки. Остаточное содержание магния в
чугуне составляет 0,030-0,034 %, оно выше, чем в чугуне, полученном с обработкой
в реакционной камере по традиционной технологии внутриформенного модифици-
рования без пенополистироловой вставки (0,025-0,028 %), на дне которой остается
часть зернистого модификатора, не усвоенного чугуном (рис. 2 б, в). Причем, ко-
личество не усвоенного чугуном зернистого сфероидизирующего модификатора,
оставшегося на дне реакционной камеры, выполненной в виде полости в песчано-
Рис. 1. Схема предложенных технологических вариантов внутри-
форменной обработки чугуна: 1 – стояк; 2 – соединительный канал;
3 – литниковый ход; 4 – реакционная камера (пенополистироловый
контейнер) с модификатором; 5 – пенополистироловая заглушка; 6 –
шлакоуловитель; 7 – питатель; 8 – отливка; 9 – пенополистироловый
патрон с модификатором
а б
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013 № 1 (97) 47
Кристаллизация и структурообразование сплавов
глинистой форме, возрастает с уменьшением размера частиц модификатора менее
1 мм и увеличением доли пылевидной фракции.
Процесс же обработки расплава в реакционной камере, выполненной в виде
пенополистироловой оболочки или патрона, отличается стабильностью даже при
использовании модификатора пылевидной фракции (с размером частиц менее
1,0 мм), рис. 2, а.
После сфероидизирующей обработки чугуна в литейной форме с примене-и чугуна в литейной форме с примене- чугуна в литейной форме с примене-с примене-
нием пенополистироловых реакционных камер в структуре чугуна наблюдается
образование графита правильной шаровидной формы с диаметром включений
до 30 мкм, равномерно распределенных в плоскости шлифа с баллом ШГр1 и пло-
щадью, занятой графитом на плоскости шлифа, до 10 %. Микроструктура чугуна
перлито-ферритная (рис. 3, в). Чугун обладает достаточно высокими механическими
свойствами: σв = 436-455 МПа, δ = 2-5 % и твердостью 240-280 НВ.
В структуре чугуна, обработанного в обычной реакционной камере, выполненной
в виде полости в песчано-глинистой форме, наблюдается образование вермикуляр-, наблюдается образование вермикуляр- наблюдается образование вермикуляр-е вермикуляр- вермикуляр-
ного графита с отдельными включениями шаровидной формы, равномерно распре-
деленными в плоскости шлифа с баллом ШГр1 и площадью, занятой графитом на
плоскости шлифа от 3 до 5 %. Микроструктура такого чугуна перлито-ферритная
(рис. 3, б), а механические свойства ниже и находятся на следующем уровне:
σ
в
= 350-360 МПа;
δ
= 1,5-2,0 % и твердость 180-200 НВ.
Повышение эффективности внутриформенной обработки исходного расплава чу-эффективности внутриформенной обработки исходного расплава чу-ффективности внутриформенной обработки исходного расплава чу- внутриформенной обработки исходного расплава чу-
гуна по предложенным технологическим вариантам наблюдалось и при использова-наблюдалось и при использова- и при использова-
нии в качестве добавок более тугоплавких карбидостабилизирующих ферросплавов.
В результате карбидостабилизирующей обработки исходного жидкого серого
чугуна феррохромом марки ФХ200 при использовании пенополистироловых ре-
акционных камер также обеспечивалось полное усвоение добавки расплавом из
вба
Рис. 2. Общий вид реакционных камер после модифицирования, выполненных с ис-
пользованием пенополистироловой вставки (а) и в виде полости в песчано-глинистой
форме (б, в)
48 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 1 (97)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
реакционной камеры. При этом структура чугуна после такой обработки состояла
из перлита и цементита с твердостью 380-400 НВ (рис. 4, в).
В случае внутриформенной обработки исходного серого чугуна карбидостаби-
лизирующей добавкой ФХ200 в обычной реакционной камере, выполненной в виде
полости в песчано-глинистой форме, добавка фактически не усваивалась расплавом
и после заливки, охлаждения и выбивки формы оставалась практически в перво-
начальном неспекшемся состоянии в реакционной камере. Микроструктура такого
чугуна не отличалась от микроструктуры исходного серого чугуна и состояла из пла-
стинчатого графита, равномерно распределенного в плоскости шлифа в перлитной
металлической матрице (рис. 4, б). Твердость чугуна составляла 180-190 НВ.
Повышение эффективности внутриформенной обработки расплава с использова-
нием пенополистироловых реакционных камер, по-нашему мнению, обеспечивается
за счет того, что при заливке металла в форму под действием тепла жидкого металла
пенополистироловая реакционная камера газифицируется, освобождая пустоту для
Рис. 4. Микроструктура исходного серого чугуна (а) и чугуна после внутриформенной кар-
бидостабилизирующей обработки добавкой ФХ200 в реакционной камере, выполненной
в виде полости в песчано-глинистой форме (б) и в виде пенополистироловой оболочки
(патрона) (в): I – не травленные образцы; II – образцы после химического травления, ×100
вба
Рис. 3. Микроструктура исходного серого чугуна (а) и чугуна после внутриформенной
сфероидизирующей обработки добавкой ФСМг7 в реакционной камере, выполненной
в виде полости в песчано-глинистой форме (б) и в виде пенополистироловой оболочки
(патрона) (в): I– не травленные образцы; I I – образцы после химического травления, ×100
а
I
II
б в
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013 № 1 (97) 49
Кристаллизация и структурообразование сплавов
потока жидкого металла, в том числе и между зернами добавки, благодаря чему
увеличивается площадь контакта частиц модификатора с расплавом. Кроме того,
выделяющиеся газообразные продукты газификации реакционной камеры способ-
ствуют перемешиванию жидкого металла с модификатором (добавкой), увеличи-
вая коэффициент их усвоения. Повышению усвоения добавок способствует также
уменьшение вероятности окисления отдельных наиболее активных составляющих
за счет создания восстановительной атмосферы в объеме реакционной камеры в
результате выделения продуктов газификации пенополистирола.
Таким образом, на основании проведенных исследований в работе предложены и
исследованы эффективные технологические варианты внутриформенной обработки
расплава, которые по сравнению с другими альтернативными методами имеют ряд
существенных преимуществ:
− обеспечивают полное усвоение и равномерное распределение модифициру-обеспечивают полное усвоение и равномерное распределение модифициру-
ющих добавок в объеме отливки;
− уменьшают угар основных модифицирующих или легирующих добавок в ре-уменьшают угар основных модифицирующих или легирующих добавок в ре-
зультате создания восстановительной атмосферы;
− снижают расход модифицирующих и легирующих добавок;
− используют возможность модифицирующих и легирующих добавок разной
дисперсности, включая пылевидные фракции;
− упрощают и удешевляют модельный комплект, а также технологические опе-
рации изготовления и сборки литейной формы;
− автоматизируют процесс модифицирования чугуна.
Предложенные технологические варианты внутриформенной обработки расплава
с использованием пенополистироловых камер, выполненных в виде пенополистиро-
ловой оболочки или пенополистиролового патрона (контейнера) с модификатором,
защищены патентами Украины [8-10].
1. McCaulay J. L. Production of Nodulagraphite Iron Casting by the Inmold-process // Foundry
Trade Journal. − 1971. − № 4. − P. 327-332, 335.
2. Косячков В. А., Ващенко К. И. Особенности технологии получения высокопрочного чугуна
модифицированием в форме // Литейн. пр-во. – 1975. – № 12. – С. 11-12.
3. Белогуров Н. И. Вторичное модифицирование высокопрочного чугуна в форме // Там же.
– 1974. − № 2. – С. 5-7.
4. Сивко В. И. Вазиев И. К. Производство отливок из высокопрочного чугуна. Опыт ОАО «Кам-
ский литейный завод» // Там же. − 1998. – № 12. – С. 9-12.
5. Ковалевич Е. В. Способы модифицирования чугуна для получения шаровидной формы
графита // Там же. – 2006. – № 4. – С. 9−14.
6. Перспективные направления развития технологий высокопрочных и специальных чугунов
/ В. Б. Бубликов, Б. Г. Зеленый, А. А. Шейко и др. // Процессы литья. – 2007. – № 1-2. –
С. 32-39.
7. Пат. 22578 U, 200612610, В22С9/00. Ливникова система для модифікування чавуну
/ В. Б. Бубликов, Д. М. Берчук, Д. С. Козак та ін. – Опубл. 25.04.2007, Бюл. № 5.
8. Пат. 13632 U, 2005 09104, В22D27/00. Спосіб обробки чавуну в ливарній формі / А. М. Фе-
сенко, М. А. Фесенко. – Опубл. 17.04.2006, Бюл. № 4.
9. Пат. 13646 U, 2005 09284, В22D27/00. Спосіб обробки рідкого металу в ливарній формі
/ А. М. Фесенко, М. А. Фесенко – Опубл. 17.04.2006, Бюл. № 4.
10. Пат. 46486 U, 2009 06686, В22D27/00. Спосіб обробки рідкого металу / А. М. Фесенко,
М. А. Фесенко. – Опубл. 25.12.2009, Бюл. № 24.
Поступила 21.11.2012
|