Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна
Представлены результаты исследования микроструктуры комплексных FeSiMg лигатур для получения высокопрочного чугуна. Проведено исследование модифицирующей способности изученных лигатур в условиях внутриформенного модифицирования расплава. Установлено, что внутриформенное модифицирование представленны...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2014
|
| Назва видання: | Процессы литья |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159865 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна / Ю.Д. Бачинский // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 23-32. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-159865 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1598652019-10-17T01:25:28Z Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна Бачинский, Ю.Д. Кристаллизация и структурообразование сплавов Представлены результаты исследования микроструктуры комплексных FeSiMg лигатур для получения высокопрочного чугуна. Проведено исследование модифицирующей способности изученных лигатур в условиях внутриформенного модифицирования расплава. Установлено, что внутриформенное модифицирование представленными комплексными лигатурами обеспечивает получение в литом состоянии высокопрочного чугуна с повышенными прочностью и относительным удлинением, в сравнении с требуемыми по стандарту. Наведено результати дослідження мікроструктури комплексних FeSiMg лігатур для отримання високоміцного чавуну. Проведено дослідження модифікуючої здатності досліджених лігатур в умовах внутрішньоформового модифікування розплаву. Встановлено, що внутрішньоформове модифікування представленими комплексними лігатурами забезпечує отримання в литому стані високоміцного чавуну з підвищеними міцністю і відносним подовженням, в порівнянні з необхідними по стандарту. Results of research of microstructure of complex FeSiMg master alloys for ductile cast iron production are presented. Research of modifying ability of investigated master alloys in the conditions of in-mould melt modifying is carried out. It is established that the in-mould modifying with complex master alloys provides reception in cast state of ductile cast iron with high strength and elongation in comparison with the required by standard. 2014 Article Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна / Ю.Д. Бачинский // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 23-32. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159865 669.162.275:669-154 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 Бачинский, Ю.Д. Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна Процессы литья |
| description |
Представлены результаты исследования микроструктуры комплексных FeSiMg лигатур для получения высокопрочного чугуна. Проведено исследование модифицирующей способности изученных лигатур в условиях внутриформенного модифицирования расплава. Установлено, что внутриформенное модифицирование представленными комплексными лигатурами обеспечивает получение в литом состоянии высокопрочного чугуна с повышенными прочностью и относительным удлинением, в сравнении с требуемыми по стандарту. |
| format |
Article |
| author |
Бачинский, Ю.Д. |
| author_facet |
Бачинский, Ю.Д. |
| author_sort |
Бачинский, Ю.Д. |
| title |
Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_short |
Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_full |
Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_fullStr |
Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_full_unstemmed |
Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| title_sort |
влияние внутриформенного модифицирования комплексными fesimg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159865 |
| citation_txt |
Влияние внутриформенного модифицирования комплексными FeSiMg лігатурами на структурообразование и механические свойства высокопрочного чугуна / Ю.Д. Бачинский // Процессы литья. — 2014. — № 5. — С. 23-32. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT bačinskijûd vliânievnutriformennogomodificirovaniâkompleksnymifesimglígaturaminastrukturoobrazovanieimehaničeskiesvojstvavysokopročnogočuguna |
| first_indexed |
2025-07-14T12:25:29Z |
| last_indexed |
2025-07-14T12:25:29Z |
| _version_ |
1837625172357545984 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 23
Кристаллизация и структурообразование сплавов
тизации металлической основы и повышение прочностных показателей высоко-
прочного чугуна легирование никелем менее эффективно, чем медью. Определены
оптимальные технологические условия применения легирования никелем для по-
вышения механических свойств тонкостенных отливок из высокопрочного чугуна,
получаемого внутриформенным модифицированием.
1. Возможности высокопрочного чугуна с шаровидным графитом неисчерпаемы / Н. Н. Алек-
сандров, Н. И. Бех, М. В. Радченко и др. Часть 1 // Литейн. пр-во. – 2013. – № 11. – С. 7-11.
2. Бобро Ю. Г. Легированные чугуны. – М.: Металлургия, 1976. – 286 с.
3. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. – М.: Машиностроение,
1966. – 562 с.
4. Ващенко К. И., Шумихин В. С. Плавка и внепечная обработка чугуна для отливок. – Киев:
Вища школа, 1992. – 246 с.
5. Чугун: Справочник / Под ред. А. Д. Шермана и А. А. Жукова. – М.: Металлургия, 1991. – 576 с.
6. Zhang Xinning, Qu Yingdong, Yang Hongwang, Li Rongde. Low temperature impact toughness
and fracture mechanism of cast QT400-18L ductile iron with different Ni additions // China
Foundry. – 2013. – № 5, Vol. 10. – P. 310-314.
7. Особенности влияния кремния на структуру и механические свойства отливок из модифи-
цированного в литейной форме высокопрочного чугуна / В. Б Бубликов, А. А. Ясинский,
Д. Н. Берчук и др. // Процессы литья. – 2011. – № 6. – С. 23-39.
8. Влияние меди на структуру и механические свойства высокопрочного чугуна, получаемого
модифицированием в литейной форме / В. Б. Бубликов, А. А. Ясинский, Д. Н. Берчук и др.
// Там же. – 2012. – № 2. – С. 30-39.
9. Влияние никеля на структуру и механические свойства отливок из высокопрочного чугуна
/ В. Б. Бубликов, А. А. Ясинский, Л. Н. Сыропоршнев, Д. Н. Берчук и др. // Там же. – 2011.
– № 2. – С. 24-34.
Поступила 11.06.2014
уДК 669.162.275:669-154
Ю. Д. бачинский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
влияние внутриФорМенноГо МоДиФицирования
КоМплеКснЫМи FeSiMg лиГатураМи
на струКтурообразование и МеХаниЧесКие
своЙства вЫсоКопроЧноГо ЧуГуна
Представлены результаты исследования микроструктуры комплексных FeSiMg лигатур для
получения высокопрочного чугуна. Проведено исследование модифицирующей способности
изученных лигатур в условиях внутриформенного модифицирования расплава. Установлено,
что внутриформенное модифицирование представленными комплексными лигатурами обе-
спечивает получение в литом состоянии высокопрочного чугуна с повышенными прочностью
и относительным удлинением, в сравнении с требуемыми по стандарту.
24 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Ключевые слова: комплексная FeSiMg лигатура, фазовый состав, внутриформенное моди-
фицирование, высокопрочный чугун, структура.
Наведено результати дослідження мікроструктури комплексних FeSiMg лігатур для отримання
високоміцного чавуну. Проведено дослідження модифікуючої здатності досліджених лігатур в
умовах внутрішньоформового модифікування розплаву. Встановлено, що внутрішньоформове
модифікування представленими комплексними лігатурами забезпечує отримання в литому
стані високоміцного чавуну з підвищеними міцністю і відносним подовженням, в порівнянні
з необхідними по стандарту.
Ключові слова: комплексна FeSiMg лігатура, фазовий склад, внутрішньоформове
модифікування, високоміцний чавун, структура.
Results of research of microstructure of complex FeSiMg master alloys for ductile cast iron
production are presented. Research of modifying ability of investigated master alloys in the
conditions of in-mould melt modifying is carried out. It is established that the in-mould modifying
with complex master alloys provides reception in cast state of ductile cast iron with high strength
and elongation in comparison with the required by standard.
Keywords: complex FeSiMg master alloy, phase composition, in-mould modifying, ductile cast
iron, structure.
Надежность машин и оборудования в значительной мере определяется структу-
рой, механическими и эксплуатационными характеристиками литых изделий.
Основными факторами регулирования структуры металлической матрицы, кото-
рая определяет физико-механические и эксплуатационные свойства высокопроч-
ного чугуна с шаровидным графитом, являются качество исходного расплава, па-
раметры модифицирования (способ, количество и очередность ввода присадок),
химический состав, легирование, скорость охлаждения отливок, термическая об-
работка. Повышение свойств высокопрочного чугуна и создание прогрессивных
технологий, обеспечивающих улучшение качества отливок при снижении стоимо-
сти их производства, являются актуальными направлениями научных разработок,
результаты которых будут востребованы промышленными предприятиями [1, 2].
Формированию шаровидного графита способствуют многие элементы (маг-
ний, церий, иттрий, натрий и другие), но наиболее часто используют обработку
расплава чугуна относительно дешевыми (с экономической точки зрения) и до-
ступными FeSi-Mg лигатурами. Лигатуры, содержащие помимо магния другие мо-
дифицирующие элементы, получили название комплексных [3, 4]. Такие лигатуры
оказывают заметное влияние на структурообразование металлической основы,
изменение состояния границ зерен и другие факторы, которые при шаровидной
форме графита определяют уровень механических и служебных свойств высоко-
прочного чугуна. Но данные о таком влиянии модификаторов очень ограничены и
часто противоречивы, хотя имеют важное значение как для теории, так и практики
производства высокопрочного чугуна.
Цель работы и методика исследований
Целью работы является исследование фазового состава комплексных ферроси-
лиций-магниевых лигатур и их влияния на формирование структуры тонкостенных
отливок из высокопрочного чугуна.
Рассмортрен фазовый состав четырех FeSiMg лигатур для внутриформенного
модифицирования, химический состав которых представлен в табл. 1 (ФСМг7 –
стандартная универсальная лигатура, ВМ – специальные лигатуры для внутрифор-
менного модифицирования).
Наличие в составе лигатуры магния в количестве 7,1-11,0 %мас. ускоряет ее
растворение и нейтрализует действие поверхностно-активных элементов – серы и
кислорода, что способствует улучшению условий для выделения при кристаллизации
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 25
Кристаллизация и структурообразование сплавов
графита шаровидной формы. При содержании магния менее 7,1 %мас. в структуре
отливки возможно формирование графита нешаровидной формы (вермикулярного
или пластинчатого), а введение магния более 11,0 %мас. не влияет на улучшение
структуры чугуна с шаровидным графитом и его прочностных характеристик и при-
водит к эпизодическому прорыву паров магния через стояк, что сопровождается
пироэффектом и разбрызгиванием жидкого чугуна.
Содержание кремния в составе лигатуры менее 55,0 %мас. тормозит растворение
и снижает графитизирующий эффект при модифицировании, а более 70,0 %мас. по-
вышает хрупкость лигатуры, вследствие чего при дроблении увеличивается выход
пылевидной фракции с размером частиц менее 0,3 мм, которая плохо растворяется
в чугуне и может приводить к образованию неметаллических включений в структуре
отливок.
Барий характеризуется сильным графитизирующим влиянием на структуро-
образование чугуна и способствует получению тонкостенных отливок без отбела
в литом состоянии. Он обеспечивает увеличение числа центров кристаллизации
шаровидного графита. Введение в состав лигатуры бария в определенной мере,
тормозит выделение паров магния при модифицировании вследствие образования
интерметаллических соединений с магнием, которые диссоциируют при темпера-
турах на 300-400 0С выше, чем температура кипения магния [5]. При содержании
бария > 2,5 %мас. не наблюдается дальнейшего повышения графитизации структуры
тонкостенных отливок.
Марганец вводится в состав лигатуры для увеличения количества перлита и повыше-
ния прочности отливок из чугуна с шаровидным графитом. Он также снижает температуру
плавления лигатуры и тем самым способствует повышению скорости ее растворения.
Ванадий в количестве 3,0-5,0 %мас. вводится для повышения прочностных харак-
теристик чугуна с шаровидным графитом за счет упрочнения твердого раствора и из-
мельчения микроструктуры металлической основы образующимися мелкодисперсными
карбидами и карбонитридами [3].
Медь в количестве 26,0-35,0 %мас. в составе лигатуры используют для увеличения
скорости ее растворения и повышения прочностных характеристик чугуна с шаровидным
графитом за счет увеличения количества перлита в структуре металлической основы.
Она снижает температуру плавления лигатуры за счет формирования в ее структуре
легкоплавкой эвтектики с магнием и кремнием и тем самым способствует повышению
скорости растворения [5]. При содержании меди < 26,0 %мас. существенно умень-
шается ее влияние на структурообразование и повышение прочностных показателей
чугуна с шаровидным графитом. При содержании меди более 35,0 %мас. в лигатуре
содержание кремния уменьшается до критического и его влияние на графитизацию
структуры резко снижается.
таблица 1. Химический состав исследуемых FeSiMg лигатур
Номер
образца
Лигатура
Массовая доля элементов, %
Mg Ca РЗМ Ba V Mn Cu Si Fe
1 ФСМг7 6,6 0,5 0,95 – – – – 45,6 остальное
2 ФСМг7(ВМ) 7,8 1,5 0,75 – – – – 60,0 остальное
3 ФСМг9Вд5(ВМ) 9,1 1,5 0,68 2,0 4,0 4,0 1,0 51,0 остальное
4 ФСМг9Д30(ВМ) 9,7 1,5 0,65 1,5 – – 30,0 41,0 остальное
26 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Микроструктуру и фазовый состав лигатур исследовали на рентгеновском электрон-
ном микроанализаторе РЭММА-102. На основе результатов микрорентгеноспектраль-
ного анализа идентифицировали фазы, наблюдаемые в микроструктуре лигатур.
Изучали влияние внутриформенного модифицирования исследуемыми моди-
фицирующими сплавами на структурообразование и твердость ступенчатых проб
из высокопрочного чугуна. После модифицирования в литейной форме указанными
лигатурами в количестве 1,0 % от массы заливаемого расплава чугун имел следую-
щий химический состав (%мас.): 3,19-3,34 С; 2,54-3,16 Si; 0,25-0,36 Mn; 0,01-0,13 V;
0,10-0,12 Cr; 0,01-0,60 Cu; 0,043-0,071 Mg; 0,017-0,019 S; 0,043-0,049 P. Модифи-
цированный расплав поступал в форму для отливки технологической ступенчатой
пробы с толщиной сечений на модели 1,5; 2,5; 5,0; 10,0 мм. Графические зависи-
мости строили по результатам металлографического анализа в центре ступеней.
Полученные результаты. В микроструктуре
лигатуры ФСМг7 наблюдается четыре основ-
ные фазы (рис. 1, табл. 2). Основную часть
площади микроструктуры занимает лебоит
FeSi
2
(t
пл
~1220 0С). В лебоите в виде светлых
пятен присутствует фаза FeSi, кристаллиза-
ция которой, в соответствии с диаграммой
состояния системы Fe-Si [6], происходит
при более высокой температуре (1410 0С) по
сравнению с лебоитом. Магний сосредоточен
в фазе черного цвета, представляющей собой
силицид магния Mg
2
Si (t
пл
~1078 °С). Четвертая
фаза является сложным силицидом, в состав
которого наряду с кремнием входят РЗМ и
кальций.
Высококремниевая лигатура ФСМг7(ВМ)
с массовой долей кремния ~60 % состоит из
трех фаз – FeSi
2
, Si и Mg
2
Si (рис. 2, табл. 3). Основная фаза – лебоит FeSi
2
. В лигатуре
достаточно большое количество фазы кремния, которая, находясь в плавящемся слое,
в результате диффузии в нее железа из чугуна быстро переходит в более легкоплавкое
соединение FeSi
2
. Магний находится в виде фазы Mg
2
Si, располагающейся, в основном,
в кристаллах кремния.
Рис. 1. Микроструктура лигатуры ФСМг7
таблица 2. Химический состав фаз лигатуры ФсМг7
Номер
спектра
Массовая / атомная доля элементов, %
Фаза
Si Fe Al Mg Ca РЗМ Mn
1 – FeSi2
2 FeSi
3 – – Mg2Si
4 – – – Si-РЗМ-Ca
46,66
62,10
49,77
33,31
2,87
3,98
0,31
0,48
0,07
0,05
0,31
0,08
0,13
0,14
0,18
0,32
2,12
3,36
68,21
52,17
28,76
43,73
42,24
46,17
0,96
0,46
56,26
53,23
0,18
0,14
0,41
0,12
3,21
6,47
33,89
65,76
0,12
0,06
0,42
0,08
3,33
4,53
59,57
23,23
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 27
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Микроструктура лигатуры ФСМг9Вд5(ВМ)
(рис. 3, табл. 4) представлена шестью фа-
зами: лебоитом FeSi
2
с небольшим коли-
чеством марганца; кремнием; силицидом
магния Mg
2
Si; силицидом бария с небольшим
количеством алюминия и меди; силицидом
ванадия VSi
2
[7, 8]; силицидом железа с не-
большим количеством марганца, меди и
~2 % Mg.
Микроструктура лигатуры ФСМг9Д30(ВМ)
(рис. 4, табл. 5) представлена пятью фазами.
Магний в лигатуре находится в двух фазах:
Mg
2
Si и Cu-Si-Mg. Наибольшее количество
площади занимают фазы FeSi
2
и Cu-Si-Mg.
Тройная фаза Cu-Si-Mg в основном состоит
из меди (~75 %), кремний и магний присут-
ствуют в ней примерно в одинаковых массо-
вых долях (12,29 и 11,14 % соответственно).
В структуре наблюдаются крупные темные
кристаллы фазы кремния (спектр 2). Предпо-
ложительно это остатки кремния исходного
ферросилиция, на базе которого была вы-
плавлена лигатура.
Кальций (массовая доля 6,61 %) входит
в состав тройной медистой фазы Cu-Si-Са,
которая, по сравнению с другими медистыми
фазами, содержит меньше меди и почти в
2 раза больше кремния. Пять фаз относятся к
легкоплавким, шестая – кремний с темпера-
турой плавления 1410 0С в результате встреч-
ного диффузионного переноса в плавящийся
слой железа из чугуна в процессе плавления
быстро переходит в легкоплавкий лебоит с
температурой плавления 1220 0С.
Модифицирование лигатурой ФСМг7(ВМ)
обеспечивает получение всех ступеней про-
бы без образования структурно-свободного
цементита (рис. 5). При модифицировании
Рис. 2. Микроструктура лигатуры ФСМг7
(ВМ)
таблица 3. Химический состав фаз
лигатуры ФсМг7(вМ)
Номер
спектра
Массовая / атомная
доля элемента, % Фаза
Si Fe Mg
1 FeSi2
2 – Si
3 Mg2Si
47,67
64,35
51,74
35,13
0,12
0,19
99,60
99,80
0,29
0,14
37,87
34,60
0,29
0,13
61,83
65,26
Рис. 3. Микроструктура лигатуры
ФСМг9Вд5 (ВМ)
Рис. 4. Микроструктура лигатуры
ФСМг9Д30 (ВМ)
28 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
лигатурой ФСМг7 цементит (~15 %) формируется по всему поперечному сечению
ступени толщиной 2,5 мм и на краю ступени толщиной 3,0 мм. В результате моди-
фицирования лигатурой ФСМг9Д 30 (ВМ) в структуре ступени толщиной 2,0 мм
таблица 4. Химический состав фаз лигатуры ФсМг9вд5(вМ)
Номер
спектра
Массовая / атомная доля элемента, %
Фаза
Si Fe Al Mg Cu V Mn Ва
1 – – – Mg2Si
2 – – Si
3 – – VSi2
4 – – – FeSi2
5 Ba-Si-Al-Cu
6 – Si-Fe-Cu-Mn
46,30
43,08
97,66
98,12
1,06
1,23
5,94
10,37
0,11
0,06
0,04
0,02
0,52
0,21
52,37
56,31
0,68
0,32
50,15
36,84
33,06
21,56
1,02
0,86
46,98
31,85
1,20
0,80
0,35
0,16
0,67
0,34
44,74
58,02
37,52
62,92
47,09
63,48
43,78
58,33
2,01
3,02
0,73
1,41
0,70
1,10
3,72
5,02
3,98
2,28
5,50
4,08
0,35
0,21
0,02
0,01
0,20
0,17
4,57
3,15
0,16
0,11
1,76
1,62
0,51
0,04
0,02
4,72
3,13
0,57
0,87
44,27
15,18
Рис. 5. Влияние магниевых лигатур на микроструктуру высокопрочного
чугуна в зависимости от толщины ступеней технологической пробы
1
4
3
2
2,0 3,0 6,5 12,0
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 29
Кристаллизация и структурообразование сплавов
образовалось 40 % цементита, а в структуре ступени толщиной 3,0 мм – 20 %. При
модифицировании лигатурой ФСМг9Вд5 (ВМ) в структуре ступени сечением 2,0 мм
сформировался цементит в количестве 25 %. Учитывая образование отбела в тон-
ких сечениях, другие параметры структуры отбеленных сечений в дальнейшем не
рассматривались.
Показатель степени сфероидизации графита (ССГ) при модифицировании
исследуемыми лигатурами находился на уровне 90-95 %. В структуре ступеней
высокопрочного чугуна, наряду с включениями графита правильной шаровидной
формы ШГф5, наблюдались включения неправильной шаровидной формы ШГф4.
Одним из общепринятых критериев оценки графитизирующего действия лигатур
при модифицировании в форме является плотность распределения включений ша-
ровидного графита в структуре чугуна. Модифицирование лигатурой ФСМг7(ВМ),
по сравнению с остальными лигатурами, обеспечивает наиболее высокий уровень
графитизации структуры тонкостенных отливок из высокопрочного чугуна. Так, при
модифицировании лигатурой ФСМг7(ВМ) в структуре ступени сечением 2,0 мм
количество включений шаровидного графита составило 1683 шт/мм2, а в структуре
ступеней толщиной 3,0-12,0 мм – 1183-785 шт/мм2 соответственно (рис. 6).
Более низкое содержание кремния в лигатуре ФСМг7 приводит к формиро-
ванию немного меньшего количества графитных включений – от 960 шт/мм2 в
сечении толщиной 3,0 мм до 724 шт/мм2 для сечения 12,0 мм. При модифици-
ровании лигатурами ФСМг9Вд5(ВМ) и ФСМг9Д30(ВМ) количество графитных
включений в сечениях толщиной 3,0-12,0 и 6,5-12,0 мм составило 724-480 и
355-300 шт/мм2 соответственно.
При модифицировании лигатурой ФСМг7(ВМ) в сечении 2,0 мм сформировалась
перлито-ферритная металлическая основа с 48 % феррита, а в структуре ступеней
3,0-12,0 мм – феррито-перлитная с 90-95 % феррита. В структуре ступеней, кри-
сталлизация которых проходила без образования цементита, количество феррита
в металлической основе при модифицировании лигатурой ФСМг9Вд5(ВМ) соста-
вило 90-95 %, а при модифицировании лигатурой ФСМг9Д30(ВМ), при увеличении
толщины сечения, количество феррита увеличилось с 15 до 25 %. Пониженное
количество включений шаровидного графита и феррита, при модифицировании
лигатурой ФСМг9Д30(ВМ) обусловлено как перлитизирующим действием меди,
так и невысоким содержанием кремния (41 %) в лигатуре, что снизило ее графити-
зирующую способность.
Влияние магниевых лигатур на твердость ступеней технологической пробы пред-
ставлено на рис. 7. Твердость отливок из высокопрочного чугуна функционально
связана с их структурой.
таблица 5. Химический состав фаз лигатуры ФсМг9Д30 (вМ)
Номер
спектра
Массовая / атомная доля элемента, %
Фаза
Si Fe Al Mg Cu Ва Mn Ca
1 – – – Mg2Si
2 – – – Si
3 – FeSi2
4 – – Cu-Si-Mg
5 – Cu-Si-Ca
45,55
42,86
43,24
60,01
98,09
98,37
1,05
1,22
22,36
38,62
54,13
37,78
0,36
0,18
0,06
0,03
12,29
20,79
0,94
1,70
0,77
0,66
0,94
0,80
0,57
0,92
51,42
55,90
11,14
21,76
0,43
0,19
0,20
0,06
1,08
0,66
6,28
2,22
0,09
0,02
59,63
45,07
75,42
56,40
0,06
0,03
0,62
0,44
0,03
0,02
0,11
0,10
0,04
0,03
0,01
0,01
0,19
0,22
6,61
8,00
30 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
С повышением уровня графитизирующего действия лигатур при модифици-
ровании в литейной форме твердость снижается. Наиболее высокая твердость
высокопрочного чугуна (~3020 МПа) наблюдается в ступени толщиной 6,5 мм при
модифицировании лигатурой ФСМг9Д30(ВМ), действие которой, по сравнению с
остальными лигатурами, характеризуется более низким уровнем графитизации
структуры. В ступенях толщиной 12,0 мм при модифицировании исследуемыми
лигатурами твердость изменялась незначительно, в пределах 2037-2147 МПа.
Данные о химическом составе, структуре и механических свойствах отливок
(толщина стенки 12 мм) из высокопрочного чугуна, полученного методом моди-
фицирования расплава в литейных формах, приведены в табл. 6. Механические
свойства определялись на стандартных образцах диаметром 5,0 мм, заготовки
которых вырезали из отливок.
Внутриформенное модифицирование лигатурой ФСМг7 (ВМ) обеспечивает по-
лучение механических свойств, значительно превышающих требования стандарта
к марке высокопрочного чугуна ВЧ500-7. Применение лигатуры ФСМг9Вд5 (ВМ)
позволяет повысить показатели прочности σ
В
и σ
0,2
на 15 и 9 % соответственно.
Внутриформенное модифицирование лигатурой ФСМг9Д30 (ВМ) с медью позво-
ляет значительно повысить степень перехода магния в чугун отливок (на 30-40 %),
активно способствует перлитизации металлической основы и увеличивает σ
В
на
34, σ
0,2
–на 15 %, обеспечивая получение марки высокопрочного чугуна ВЧ700-2 с
Рис. 6. Влияние толщины ступени на микроструктуру высокопрочного чугуна
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107) 31
Кристаллизация и структурообразование сплавов
повышенным более чем в 2 раза, по сравнению с требованием стандарта, относи-
тельным удлинением. Таким образом, применение комплексных FeSiMg лигатур с
улучшенной технологичностью при внутриформенном модифицировании позволяет
существенно повысить механические свойства отливок из высокопрочного чугуна.
выводы
Применение для малоинерционных процессов внутриформенного модифициро-
вания комплексных FeSiMg лигатур, содержащих повышенное количество кремния
(ФСМг7 (ВМ)), барий, ванадий, марганец (ФСМг9Вд5 (ВМ)), медь (ФСМг9Д30 (ВМ)),
обеспечивает высокую степень сфероидизации графита (90-95 %), но по-разному
влияет на образование цементитной фазы в структуре тонких сечений, степень
графитизации и соотношение феррит/перлит в металлической основе. Модифици-
рование лигатурой ФСМг7 (ВМ) способствует наиболее высокому уровню графити-
зации и ферритизации структуры высокопрочного чугуна в тонкостенных отливках.
Внутриформенное модифицирование лигатурами ФСМг7 (ВМ) и ФСМг9Вд5
(ВМ) обеспечивает получение в литом состоянии высокопрочного чугуна с преиму-
щественно ферритной структурой, показателями прочности (σ
В
) > 500 и 600 МПа,
соответственно и относительным удлинением (σ) > 12 %, что значительно
превышает показатели соответствующих по прочности стандартных марок
Рис. 7. Влияние толщины ступени на твердость высокопрочного чугуна
таблица 6. Химический состав, структура и механические свойства вы-
сокопрочного чугуна, модифицированного в литейной форме исследу-
емыми FeSiMg лигатурами
Лига-
тура
Массовая доля элементов, % Структура ме-
таллической
основы
Механические
свойства
C Si Mn Mg Cu V
σВ,
МПа
σ0,2,
МПа
δ,
%
1 3,81 2,48 0,43 0,041 – – П30 (Ф70) 564 418 8,6
2 3,86 2,73 0,39 0,039 – – П20 (Ф80) 541 396 12,7
3 3,71 2,66 0,41 0,042 – 0,11 П40 (Ф60) 620 432 13,3
4 3,78 2,43 0,32 0,071 0,38 – П70 (Ф30) 725 458 7,0
32 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 5 (107)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
ВЧ500-7 и ВЧ600-3 (ДСТУ 3925-99). При внутриформенном модифицировании
лигатурой ФСМг9Д30 (ВМ) с высокой массовой долей меди (30-35 %) повы-
шается усвоение магния чугуном на 30-40 %, формируется преимущественно
перлитная металлическая основа, увеличиваются показатели прочности (σ
В
и
σ
0,2
), соответственно на 34 и 15 %, обеспечивая получение марки высокопроч-
ного чугуна ВЧ700-2 с повышенной более чем в 2 раза пластичностью (δ ≥ 5 %)
в литом состоянии (без применения термической обработки).
1. 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.
2. Бубликов В. Б. Высокопрочные и специальные чугуны // Литейн. пр-во. – 2012. – № 9. – С. 6-7.
3. Литовка В. И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках. – Киев: Наук. думка,
1987. – 208 с.
4. Dawson J. V. Inoculating materials and procedures in the production of iron castings // Foundry
Trade Journal. – 1985. – V. 158, № 3304. – Р. 315-318, 320-322.
5. Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. В 3-х томах . – М.:
Машиностроение, 1996-1997.
6. Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. Диаграммы состояния двойных и многокомпо-
нентных систем на основе железа. – М.: Металлургия, 1986. – 440 с.
7. Кочержинский Ю. А., Кулик О. Г., Шишкин Е. А. Диаграмма состояния системы ванадий-
кремний. Структура фаз, фазовые превращения и диаграммы состояния металлических
систем. – М.: Наука, 1974. – С. 136-139.
8. Alloy Phase Diagrams // ASM Handbook, «ASM International». – 1992. – V. 3. – 1741 р.
Поступила 11.06.2014
К сведению читателей
и подписчиков!
Телефон редакции
журнала «Процессы литья»:
(044) 424-04-10
|