OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 1 2024 195 MATERIAL SCIENCE Отходы собираются в виде влажных или сухих порошков [1–7]. По оценкам [1, 2, 6, 7] при производстве металлического кремния ежегодно образуется более 100 000 тонн отходов [7]. Несмотря на значительные усилия по снижению их вредного воздействия на окружающую среду, не существует возможности предотвратить загрязнение почвы и подземных вод. В настоящее время в РФ проводятся работы по использованию промышленных отходов в качестве модифицирующих добавок в различных отраслях, например в строительстве [4–6] и металлургии [1, 2, 7]. Модификация является одной из наиболее важных металлургических обработок, применяемых к расплавленному чугуну непосредственно перед отливкой, чтобы способствовать его затвердеванию без чрезмерного эвтектического переохлаждения, которое приводит к образованию карбидов обычно с нежелательной морфологией графита. Серый чугун (пластинчатый графит) продолжает оставаться наиболее производимым металлическим материалом в мировой литейной промышленности, несмотря на то что темпы его производства снизились из-за его замены более производительными ковкими чугунами или сплавами на основе алюминия с уменьшенным весом. Хорошо известно [8–21], что на кристаллизацию графита существенное влияние оказывает наличие расплавленных примесей в расплаве, в котором он растет, даже когда количество этих второстепенных элементов менее 0,1 %. Они могут оказывать положительное влияние, способствуя зародышеобразованию и сфероидизации, или отрицательное, вызывая перерождение графита. Основным источником этих элементов являются шихтовые материалы, такие как стальной лом, чугун и возврат чугуна. Трехстадийная модель зарождения пластинчатого графита в серых чугунах была предложена в 2000 году с образованием оксида-сульфида-графита [8–14]. Большая серия исследовательских программ определила следующую модель [8–21]: 1) в расплаве образуются небольшие оксидные участки (0,1–3 мкм, обычно менее 2 мкм); 2) на этих микровключениях зарождаются сложные соединения (Mn,X)S (от 1 до 10 мкм, обычно менее 5 мкм), где X = Ca, Ba, Sr, Zr, Mg, P, Ti, La, Ce и др.; 3) графит зарождается на сторонах соединений (Mn,X)S из-за низкого кристаллографического несоответствия графиту [8, 9]. Роль сложных сульфидов (Mn,X)S в образовании графита в серых чугунах подтверждается и другими представительными исследовательскими работами [10–15]. Недавно [16, 17] было обнаружено, что кислород в основном присутствует в первом микросоединении, которое видно как ядро частицы (Mn,X)S и во всяком случае также на границе раздела сульфид-графит, сформированном в тонкий (наноразмерный) слой и включающем в себя O, Si, Al, Ca, Ba, Sr, La и Mg. Предполагается, что наличие этого слоя на основе оксида увеличивает способность соединений (Mn,X)S образовывать зародыши графита из-за их лучшей кристаллографической совместимости: это иллюстрируется использованием гексагональной системы по сравнению с кубической системой для сульфида и низким несоответствием, выявленным для грани (0001) графита. Чем меньше несоответствие двух веществ (δ), тем сильнее потенциал зародышеобразования между ними: наибольшая способность к зародышеобразованию достигается при δ < 6 % (LaS, CeS, SrMnS), средняя способность к зародышеобразованию – при δ от 6 до 12 % (BaS, CaS), а слабая зародышеобразующая способность обнаруживается при δ > 12 % (MnS, MgS) [18, 19]. Результаты исследований морфологических особенностей графита приводят к корректировке национальных стандартов [22–25]. В работах [1, 2, 7] показана возможность использования отходов кремниевого производства в качестве модификаторов при производстве чугуна. Были разработаны два модификатора [7], полученные после флотационной переработки отходов в виде диоксида кремния и нанотрубок [1, 7]. Использование модификаторов, полученных из отходов кремниевого производства, не только улучшает механические свойства серого чугуна, но и влияет на морфологию графита [26– 34]. Морфология графита – очень важный параметр, влияющий на свойства чугуна. Морфология графита при комнатной температуре в литых сплавах Fe-C-Si в основном является результатом зарождения из жидкого расплава и роста кристаллов графита с последующим диффузионным ростом углерода в твердом состоянии. Химическая сложность расплавов железа и временный
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1