ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки.

Ковкий чугун (КЧ) - прекрасный конструкционный материал с широким спектром механических, технологических и эксплуатационных свойств. Однако в последние годы происходит существенное сокращение выпуска отливок из КЧ и его замена на высокопрочный чугун. По данным Э.Ч. Гини (МГТУ им. Баумана) доля КЧ в мировом объеме выпуска чугунных отливок сократилась в 3 раза и более по сравнению с серединой прошлого века, хотя объем его производства в мире еще составляет » 1 млн. т, что соответствует 1,5% общего объема производства отливок или 2% объема выпуска чугунных отливок.

Причины утраты позиций КЧ среди литых конструкционных материалов заключаются в высоких энергозатратах на графитизирующий отжиг отливок. В зависимости от химического состава КЧ, технологии получения и типа печей для термической обработки, длительность графитизирующего отжига составляет: для первой стадии от 3 до 15 ч, для второй стадии от 6 до 20 ч., т.е. весь цикл отжига чугуна составляет от 9 до 35 ч.

Для сокращения длительности отжига КЧ разработана технология его обработки модификатором «glitter», который представляет собой комплексное химическое соединение поверхностно-активных элементов (ПАЭ) и их твердых растворов с другими элементами. В основе модификатора «glitter» находятся ПАЭ va и viа подгрупп таблицы Менделеева, а также алюминий, сурьма, олово, медь и другие элементы, которые вводятся в модификатор в зависимости от поставленных технологических задач. Модификатор «glitter» вводится в расплав чугуна в количестве 0,005-0,01% от массы металла. Данного количества достаточно для кристаллизации чугуна по метаста-бильной системе. В результате проявления отбеливающего действия модификатора оказалось возможным значительно повысить содержание углерода и кремния в КЧ, что позволило резко сократить длительность графитизирующего отжига. При среднем содержании углерода 2,9-3,3% (в стандартном КЧ 2,4-2,8%С) разработаны два типа чугунов: тип i (среднекремнистые с 1,8-3,0% si) и тип ii (высококремнистые с 3,0-4,0% si), в то время, как в стандартном КЧ содержится 1,0-1,6% si.

В табл.1 приведены режимы отжига КЧ.

Таблица 1

Рациональные режимы термической обработки чугунов

Примечания:

* Охлаждение на воздухе.

** В числителе первая стадия графитизации, в знаменателе вторая стадия графитизации, заменяемая скоростью охлаждения 120°С/ч (для чугуна i типа) и 240°С/ч (для чугуна ii типа).

Рис. 1. Микроструктуры чугунов: а и б – х 100, в – х 200, г - х 500

Высокое содержание кремния в КЧ позволило создать энергосберегающую технологию графитизирующего отжига. Более того, оказалось возможным снизить температуру отжига на 100°С и полностью отказаться от второй стадии графитизирующего отжига, заменив ее либо регулируемым охлаждением для получения ферритной структуры (рис. 1,поз. а) либо охлаждением на воздухе при получении перлитной структуры (рис.1, поз. б). В табл. 2 приведены некоторые составы КЧ с сокращенным режимом отжига и механические свойства чугунов.

При исследовании процессов графитизации в КЧ нового типа установлен эффект избирательного растворения цементита и графитизирующего действия сульфидно-марганцевой фазы (рис 1, поз. в), который использовали для расширения видов нового типа КЧ с компактной формой графита и создания стабильно-половинчатых износостойких чугунов (рис. 1,поз. г). С этой целью в КЧ с повышенным содержанием серы (0,2-0,4%) вводили дополнительно хром (0,5-2,0%) и медь (0,3-5,0%) с последующей обработкой модификатором «glitter».

Таблица 2

Химические составы и механические свойства чугунов

Триботехнические исследования проводились по стандартной методике на машине трения СМЦ-2. Коэффициент трения стабильно-половинчатых чугунов составил 0,07-0,11 при износе в 4,0-8,0 мг/см² на км пути трения.

Новая технология получения ковкого чугуна позволила значительно снизить длительность отжига с 9 – 35 часов до 3 – 5 часов, уменьшить себестоимость чугунов, улучшить их качество.