Файл: Тодоров, Р. П. Структура и свойства ковкого чугуна.pdf

протекающих при модифицировании чугуиов указанными добавками.

В предыдущей главе, останавливаясь на влиянии по­ стоянных примесей на графитизацию ковких чугунов, мы выяснили особенности перераспределения магния при графитизирующем отжиге. Экспериментальные данные и их анализ полностью подтверждают эти общие зависимо­ сти, которые, как выяснится далее, согласуются и с пове­ дением модифицирующих элементов в реакции Белла. Все это дает нам основание утверждать, что отбелива­ ющее влияние модифицирующих элементов является ре­ зультатом их непосредственного взаимодействия с графи­ товой фазой. Они, по всей вероятности, адсорбируются фронтом возрастающих графитовых включений и прини­ мают участие в их строении.

Следует предположить, что непосредственное участие модификатора в формировании графитовых образований различно и зависит от его природы. Это различие обус­ ловливает и неодинаковую степень их влияния на пара­ метры графитизации и форму графитовых включений.

Уже было отмечено, что выбор вида и количества от­ беливающей добавки зависит в первую очередь от спо­ собности элементов замедлять графитизацию при зат­ вердевании, не оказывая отрицательного воздействия на последующий отжиг. На рис. 31 приведены возможности

наиболее часто употребляемых в ковких чугунах модифи­ каторов. Показаны отбеливающие способности Те, Вг, Ві, Se и Pb (действие теллура принято равным 100%) и приведено относительное влияние элементов в процессе

78

прафитизации белого чугуна. Ясно, что только Ві отве­ чает наиболее полно требованиям, предъявляемым к от­ беливающим модификаторам для ковких чугунов. Высо­ кая отбеливающая способность в нем сочетается с со­ вершенно незначительным замедлением графитизации в твердом состоянии. Остальные элементы или уступают ему в отношении отбеливающей способности или же не­ подходящи из-за продления графитизирующего отжига больше допустимого. Поэтому принято считать Ві основ­ ной отбеливающей добавкой к модификаторам для ков­ кого чугуна.

СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В МОДИФИКАТОРЕ

Изложенные до сих пор данные определенно показы­ вают, что самый подходящий модификатор для обыкно­ венных чугунов с ферритной металлической основой дол­ жен содержать в себе алюминий и висмут. В тех случаях, когда предусматриваются только тонкостенные отливки, необходимость в висмуте отпадает. Вопрос о количест­ венных соотношениях этих элементов в модифицирую­ щей смеси еще не решен однозначно. Мнения различных исследователей о количестве алюминия, которое следует прибавлять к жидкому раствору в процессе модифициро­ вания, различны. Рекомендуемые содержания А1 в каче­ стве модификатора ковкого чугуна, %, следующее: 0,05

79

что зависимость между длительностью графитизации и относительным удлинением ковких чугунов, с одной сто­ роны, и процентным содержанием модификатора (алю­ миния) с другой, аналогична схеме, показанной на рис. 32. Только при оптимальном содержании алюминия наиболее удачно сочетаются пластические характеристики матери­ ала и длительность его графитизации. Все исследователи сходятся на том, что причиной малого удлинения ковкого чугуна при содержании алюминия меньше оптимального является более трудная графитизация перлита и поэтому в структуре чугунов обычно присутствует некоторое его количество, что и понижает пластические характеристи­ ки. Вправо от Аіопт налицо ухудшение формы графито­ вых включений. Ухудшение в том смысле, что наряду с обычными для ковкого чугуна включениями графита по­ являются более неблагоприятные (близкие к пластинча­ тым) формы, что можно объяснить местными пересыще­ ниями чугуна алюминием и интенсивной графитизацией.

На основании изложенного можно говорить о соответ­ ствии между оптимальным содержанием алюминия и ко­ личеством, необходимым для связывания азота и кисло­ рода в А120 з и A1N.

Исходя из стехиометрического соотношения элемен­ тов в указанных соединениях, можно записать

80

81

сохранения па воздухе до использования, способа при­ бавления к жидкому металлу и т. д. После упрощения получим

А!опт= 1 ,9 4 М общ+ 1 , 1 4 0 общ,

Втабл. 25 дано несколько примеров использования этой формулы. По ней рассчитано оптимальное содержа­ ние алюминия для некоторых ковких чугунов, различаю­ щихся по методам (агрегатам) получения. Химический состав чугуна, в том числе и содержание газов, заимст­ вован из работы [73].

Результаты вычислений показывают, что в данных

условиях получения (плавления) чугунов оптимальное содержание алюминия варьирует в довольно широких пределах (0,11—0,32%), что характерно и для азота и кислорода. Здесь же располагаются и рекомендуемые большей частью исследователей содержания алюминия. Такое совпадение лишний раз подтверждает то, что глав­ ное в модифицировании — это связывание азота и кисло­ рода в устойчивые соединения.

Более сложен вопрос об оптимальном содержании ви­ смута. Отсутствие достоверных данных о его распределе­ нии в структуре железоуглеродистых сплавов и взаимо­ действии с отдельными фазами лишает возможности аналитического решения о его содержании. Тем не менее богатый практический опыт и данные непосредственных исследований позволяют утверждать, что необходимое количество висмута зависит от общей склонности чугу­ нов к графитизации при кристаллизации. Чем опа выше, тем больше Ві необходимо для предохранения отливок от появления пластинчатого графита. Решающая роль в этом отношении принадлежит содержанию графитизирующнх элементов (С и Si) и скорости охлаждения чугу­ на при эвтектической кристаллизации (обычно определя­

82

емой толщиной отливок). О количественном влиянии этих факторов можно судить из табл. 26. Как и следо-

Табліща 26

Р Е К О М Е Н Д У Е М Ы Е С О Д Е Р Ж А Н И Я В і П Р И М О Д И Ф И Ц И Р О В А Н И И К О В К О Г О Ч У Г У Н А

вало ожидать, увеличение углерода и кремния вызывает необходимость в повышении висмута. Аналогично влия­ ние и толщины отливок. Практика показывает, что опти­ мальное содержание висмута в чугуне варьирует, как правило, в пределах 0,002—0,004%.

Необходимо отметить существенное значение не толь­ ко дозировки модифицирующей смеси, но и обеспечения постоянства условий ее сохранения и прибавления к жидкому металлу. Нередки случаи, когда те или иные изменения в этом отношении приводят к частичному окислению составляющих модификатора, что понижает его эффективность.