Модифицирование чугуна

Модифицирование чугуна

Модифицирование –  один из наиболее эффективных методов  воздействия на процессы первичной  кристаллизации и изменения степени  дисперсности кристаллизующихся фаз  путем введения в расплав малых  добавок отдельных элементов  или их соединений с целью получения  благоприятной структуры графита  и матрицы. Другими словами, в  процессе модифицирования происходит искусственное изменение структуры  расплава или образование центров  кристаллизации под воздействием специально вводимых добавок. Следует отметить, что общим для всех методов модифицирования является то, что эффект воздействия имеет свойство исчезать через определенный промежуток времени в ходе выдержки расплава за счет перехода из термодинамически неравновесного состояния в равновесное. Исходя из этого, для достижения максимального эффекта необходимо стремиться к реализации процесса обработки на поздних стадиях получения отливок. В последние годы в промышленности широко применяются методы так называемого позднего модифицирования, то есть, обработки чугуна непосредственно в ходе заливки в литейную форму с целью сфероидизации графита.

Сильное модифицирующее (инокулирующее) воздействие, например, могут оказывать готовые кристаллы затвердевающей фазы вследствие полного смачивания и сходства их кристаллических решеток. Наибольшие затруднения при реализации этой технологии обычно связывают с ее многоступенчатостью, включающей получение металлического порошка регламентированного химического и фракционного состава, его хранение (предотвращение окисления) и введение в расплав. Обычно инокулятор попадает в струю жидкого металла непосредственно перед литейной формой, где под действием гидродинамических сил струи и возникающих циркуляционных потоков разносится по всему объему жидкой фазы отливки. Расплавляясь, он поглощает тепло жидкого металла и становится новым центром кристаллизации. Видимо, дальнейшим развитием рассматриваемого метода модифицирования следует считать создание технологий, совмещающих процесс образования инокуляторов и их введение в расплав.

Модификаторы обычно классифицируют по трем видам воздействия: изменение  размеров первичных зерен - дендритов  и других продуктов первичной  кристаллизации (модифицирование 1-го вида); изменение внутреннего строения зерен - дендритов (модифицирование 2-го вида); изменение структуры эвтектик (модифицирование 3-го вида).

В настоящее время накоплен значительный отечественный и зарубежный опыт оптимизации сфероидизирующих и инокулирующих добавок и способов их ввода в жидкий чугун. Наиболее распространенными сфероидизаторами являются металлический магний, а также лигатуры и смеси, содержащие щелочноземельные и редкоземельные металлы.

С помощью магнийсодержащих лигатур получают около половины мирового производства отливок из ЧШГ. В настоящее время в мире используется несколько сотен лигатур, полученных в основном на основе ферросилиция. В отличие от металлического магния многокомпонентные сплавы-сфероидизаторы позволяют существенно упростить процесс модифицирования и целенаправленно управлять структурообразованием и свойствами ЧШГ.

Как самостоятельную группу способов модифицирования, видимо, следует  также рассматривать различные  методы физических воздействий на расплав  в ходе его затвердевания: механическое и электромагнитное перемешивание, а также многочисленные приемы виброимпульсных воздействий. В этом случае наблюдаются значительные структурные изменения, повышающие качество отливок.