Obrabotka Metallov 2013 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (60) 2013 122 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Методики и инструменты Разработка состава модификатора, используемо- го в работе, проводилась совместно с ИХТТМ СО РАН. Для получения модификатора использовался порошок карбида вольфрама, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и порошок хрома, полученный механиче- ским измельчением. В лаборатории ИХТТМ СО РАН проведена механоактивация порошков в мельнице АГО-2 в течение одной минуты. Удельную поверх- ность ( S уд ) модификатора определяли методом БЕТ по тепловой десорбции аргона с внутренним этало- ном. Перед проведением измерений механоактиви- рованная смесь была прогрета в потоке газов Ar и He при температуре 120 ° С в течение 0,5 ч. Для определения влияния разработанного моди- фикатора были получены три отливки: контрольная отливка серого чугуна – без модификатора и две от- ливки модифицированного чугуна. Данные по кон- центрации модификаторов приведены в табл. 1. Металл плавили в индукционной печи ОКБ-281 с кислой футеровкой и емкостью тигля 750 кг. Разлив- ка металла производилась из ковша емкостью 200 кг для обеспечения одинаковых температурных усло- вий для всех отливок. Использовался синтетический чугун второго переплава. Применялась технология внутриформенного модифицирования, предполагав- шая расположение модификатора между двумя кера- мическими фильтрами (рис. 1). Расчет концентрации модификатора производился на 20 кг расплава. Преи- муществом литейной формы (рис. 1) является отсут- ствие возможности всплытия модификатора и равно- мерное распределение частиц в расплаве. Заливка производилась в формы из сухой песчано-глинистой смеси при температуре расплава 1350...1380 °С. Химический анализ полученных образцов про- водился на оптическом эмиссионном спектрометре ARL 3460. Твердость оценивалась по методу Бринелля с нагрузкой 3000 кг стальным шариком диаметром 10 мм. Одноосное статическое растяжение проводи- лось на универсальной сервогидравлической систе- ме типа Instron 300DX, образцы подготавливались по кристаллизации, так как тесно связана как с разме- ром частицы, так и с ее формой. Влияние развитой поверхности косвенно можно подтвердить эффектом переконденсации [3]. Данное явление описывает пе- реход из газообразной фазы в жидкую, при этом дав- ление пара больше всего на вогнутой поверхности и меньше всего на выпуклой. Если провести аналогию, то становится очевидным, что для образования кри- сталла на вогнутой поверхности требуется энергии меньше, чем на выпуклой. Следовательно, чем более развитую поверхность будут иметь частицы модифи- катора, чем больше будет их удельная поверхность, тем большее влияние они смогут оказать на процесс кристаллизации и, как следствие, на структуру рас- плава. В работах [4 – 6] описано влияние модификаторов на механические и технологические свойства чугуна и стали. Авторы [5, 6] пишут об уменьшении степени отбела чугунов, увеличении предела прочности и от- носительного удлинения, увеличении износостойко- сти. В результате воздействия модификаторов авто- рами отмечено измельчение зерна [5, 6]. В работе [7] установлено, что введение модифицирующей смеси с восстановителем (Na 3 AlF 6 , либо CaC 2 ) приводит к образованию однородной структуры, изменению фа- зового состава. Анализ вышеуказанных работ, связанных с вы- бором труднорастворимых добавок (частиц) с наи- большей модифицирующей способностью, свиде- тельствует о необходимости создания следующих условий: – использование тугоплавких нерастворимых ча- стиц, которые могут образовать в расплаве самостоя- тельную фазу; –использование дисперсных частиц с большой суммарной поверхностью раздела фаз и сопостави- мые по размерам с кластерами в расплаве; – использование частиц, обладающих металличе- скими свойствами; – использование веществ, способных создавать эндогенные частицы, являющиеся впоследствии центрами кристаллизации расплава. Работы по модифицированию тугоплавкими ча- стицами [4–6] зачастую носят локальный характер, без серьезного обоснования, почему берется именно такой состав. По этой причине це- лью данной работы является разработка модификатора по названным выше условиям и исследование его влияния на структуру и механические свойства серого чугуна. Т а б л и ц а 1 Концентрация модификаторов Отливка Состав Масса модификатора, г Состав активной фазы Масса активной фазы, г (%) S уд. , м 2 /г 1 Контрольный – – – – 2 (WC-TiC)+Cr 5 WC-TiC 2,5 (0,013) 5,48 3 (WC-TiC)+ Cr 15 WC-TiC 7,5 (0,0375)