WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

БОЛДЫРЕВ Денис Алексеевич

Комбинированное влияние технологических параметров модифицирования и микролегирования на структуру и свойства конструкционных чугунов Специальности:

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов 05.16.04 - Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 2009

Работа выполнена в ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти)

Научный консультант: доктор физико-математических наук М. М. Криштал

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. Н. Зикеев доктор технических наук А. Н. Поддубный доктор технических наук, профессор А. В. Кудря

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Брянская государственная инженернотехнологическая академия»

Защита состоится «25» ноября 2009 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 217.035.01 в ЦНИИчермет им. И. П. Бардина по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИчермет им. И. П. Бардина Ваши отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью организации, в двух экземплярах просим направлять по указанному выше почтовому адресу на имя учёного секретаря диссертационного совета Д 217.035.

Автореферат разослан «_____» __________ 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 217.035.01, доктор технических наук Н. М. Александрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Главный приоритет любого литейного предприятия заключается в производстве годного литья требуемого качества при минимальных затратах.

В условиях массового производства при изготовлении основной гаммы деталей из чугуна имеет место тенденция к прямому унифицированию марок. Такой подход оправдан ввиду удобства отработки технологии изготовления отливок. Однако в этом случае коэффициент запаса прочности для некоторых деталей будет завышенным, а коэффициент использования материала - заниженным. Возрастание требований, с одной стороны, к повышению ресурса и надёжности, а с другой - к снижению материалоёмкости и затрат при производстве деталей машиностроения диктует необходимость совершенствования и корректировки понятия «качество чугуна в отливках». Классическое понимание мероприятий по повышению качества отливок, реализуемых на большинстве предприятий, подразумевает проведение работ, направленных, прежде всего, на получение требуемого ТУ уровня механических свойств, максимального снижения уровня самых разнообразных дефектов в структуре материала, причем, в ряде случаев отсутствуют требования к получению структуры заданного типа в отливке. В более широком понимании качество отливок все же характеризуется соответствием состава, структуры и свойств материала необходимым нормативным требованиям.

В новых экономических и технологических условиях базовым содержанием понятия «качество отливок» становится устойчивость по отношению к технологическому процессу получения литой структуры чугуна, обеспечивающей комплекс требуемых механических и эксплуатационных свойств. При этом необходимо рассматривать устойчивые состояния количественных и качественных показателей структурного и фазового состава литого металла, как в условиях нормируемых колебаний совокупных параметров технологического процесса получения отливки (химический состав чугуна, модификаторов и лигатур;

температура расплава, условия охлаждения, конструкционные параметры отливки, условия ввода модификаторов и др.), так и при более существенных отклонениях в технологии (перемодифицирование расплава, некондиционные шихтовые материалы, повышенный уровень загрязнения и т. д.). Учёт экономических требований приводит к понятию «рациональной литой структуры» чугуна, то есть структуры, обеспечивающей требуемые свойства при минимальной себестоимости её получения.

Производство деталей автомобилестроения из чугуна имеет свою специфику, обусловленную широкой гаммой выпускаемой номенклатуры различных габаритов, конструктивных особенностей и использованием различных марок чугуна. При повышении нормативов по эксплуатационному ресурсу и надёжности деталей автомобиля становится необходимым обеспечение рациональной литой структуры чугуна за счет использования модифицирования, микролегирования, термической обработки. Необходимо отметить, что эти технологии избирательны и порой предназначены для получения узкой номенклатуры отливок. Следствием этого является разработка широкой номенклатуры модификаторов, особенности воздействия которых на металл в расплаве в ряде случаев не исследованы, особенно в области структурообразования, и их применение на основе общих рекомендаций чревато серьезными технологическими рисками и финансовыми потерями.

Решение указанной проблемы возможно на основе систематизации и обобщения современных научных теорий формирования структуры чугуна, экспериментальнопромышленных данных о модифицировании железоуглеродистых сплавов с последующим созданием универсальных и экономически целесообразных технологий модифицирования и микролегирования конструкционных чугунов. Такие технологии должны обеспечивать получение рациональной структуры литого металла и, при этом, не требовать полного технического перевооружения литейных цехов при сохранении существующих технологий выплавки чугуна и формообразования отливок, позволять снижать себестоимость изготовления как уже освоенной, так и новой продукции при обеспечении комплекса требуемых механических и специальных свойств чугунов.

Цель работы:

Повышение качества и стабильности свойств конструкционных чугунов с различным типом графита, фазовым составом и структурой металла матрицы при обеспечении комплекса требуемых свойств деталей машиностроения за счёт получения рациональной литой структуры путём применения модифицирования и микролегирования с учётом комбинированного влияния различных технологических параметров.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Провести систематизацию и обобщение современных теоретических и экспериментально-промышленных данных в области модифицирования и микролегирования чугуна.

2. Изучить составы и особенности использования «тяжёлых» и «лёгких» лигатур, применяемых для ковшевого модифицирования высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), а также разработать и предложить к использованию технологические процессы получения ВЧШГ на основе ковшевого модифицирования без существенного изменения базового оборудования и оснастки.

3. Исследовать влияние содержания редкоземельных металлов (РЗМ) в магниевом модификаторе на структурообразование и устранение дефектов литейного происхождения в отливках из ВЧШГ и чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ), получаемым различными технологическими процессами.

4. Выявить особенности, изучить механизмы и предложить технологические схемы графитизирующего модифицирования ВЧШГ и серого чугуна с пластинчатым графитом (СЧПГ) различного химического состава модификаторами разной природы, с учётом стадийности их ввода в расплав и габаритов получаемого литья.

5. Исследовать влияние микролегирования и корректировки химического состава чугуна в тяжёлонагруженных деталях из СЧПГ и ВЧШГ на комплексное повышение их эксплуатационных характеристик.

Научная новизна:

1. На основе систематизации и обобщения современных научных теорий и экспериментально-промышленных данных о модифицировании и микролегировании железоуглеродистых сплавов разработаны обобщающие подходы к получению рациональной литой структуры с требуемым уровнем механических свойств без изменения процессов металлургического и литейного циклов на основе разработки универсальных технологий модифицирования и микролегирования, позволяющих получать разные типы и марки конструкционных чугунов из расплава чугуна базового химического состава.

Определены и исследованы механизмы комбинированных процессов модифицирования и микролегирования расплава чугуна, обеспечивающие целенаправленное формирование рациональной литой структуры с требуемым уровнем механических свойств. Исследованы параметры, определяющие формирование рациональной литой структуры в конструкционных чугунах под влиянием модифицирующих и легирующих элементов, вводимых на различных этапах технологического цикла.

2. Обнаружено явление образования большого количества мелких глобулей вторичного графита и конгломератов крупных глобулей первичного графита при модифицировании ВЧШГ магниевым модификатором с лантаном. Статистическое распределение диаметров графитных включений характеризуется как ярко выраженное бимодальное асимметричное. При этом одна мода соответствует выделениям глобулей первичного графита, а вторая – вторичного (меньшего размера). Образование конгломератов глобулей первичного графита объясняется уменьшением скорости их роста, что повышает вероятность коагуляции (сгущения) графитных глобулей в жидком расплаве без коалесценции. Снижением скорости роста графита также объясняется задержка выделения графита из аустенита и формирование мелких глобулей вторичного графита. Более позднее по времени выделение вторичного графита компенсирует усадочные процессы в отливке в момент прекращения функционирования прибылей, что обеспечивает снижение пористости и повышение механических свойств чугуна.

3. Установлена зависимость структурообразования ВЧШГ от стадийности ввода бария в расплав, заключающаяся в том, что при раннем графитизирующем модифицировании усиливается ферритообразование, снижается твёрдость и формируется преимущественно неправильная форма шаровидного графита ШГф4, а при позднем, наоборот, формируется преимущественно перлитная структура с правильной формой шаровидного графита ШГф5, повышается твёрдость. Это объясняется тем, что при позднем введении бария в расплав ВЧШГ создаётся его избыточная концентрация, превышающая необходимую для связывания в химические соединения поверхностно-активных примесей (O, S и др.). Избыточный барий тормозит рост графитных включений за счёт снижения к ним диффузии углерода из расплава. Оставшийся в аустените углерод способствует формированию перлитной металлической основы. Повышая поверхностное натяжение расплава чугуна, барий позволяет сформировать правильную шаровидную форму графита ШГф5 даже при недостатке растворённого магния. При раннем введении бария в расплав ВЧШГ происходит полное связывание адсорбированных на графитных включениях поверхностно-активных примесей, за счёт чего происходит их очищение и дальнейший рост за счёт диффузии углерода из расплава при формировании преимущественно ферритной структуры.

Постепенное уменьшение в расплаве чугуна содержания магния и бария вызывает снижение поверхностного натяжения, что приводит к нарушению равномерного роста базисных плоскостей шаровидного графита на конечной стадии его формирования и получению неправильной объёмной формы ШГф4.

4. Обнаружено и объяснено явление морфологической аномалии графитообразования в СЧПГ с низким содержанием серы (до 0,05%) и высоким содержании азота при введении в расплав добавок циркония и стронция. Морфологическая аномалия характеризуется наличием аномального графита, представляющего собой смесь форм ПГр1, ПГр7, ПГр8 и ПГр9, неравномерно распределённых по объёму отливки. Учитывая наиболее сильное химическое сродство циркония к азоту, его введение в расплав чугуна с растворённым азотом позволяет получить графитизирующий эффект за счёт образования нитрида циркония, являющегося ЦЗГ. Стронций, обладая высоким сродством к сере, проявляет модифицирующие свойства, образуя сульфиды стронция при содержании серы в чугуне не ниже 0,05%. При более низком содержании серы в чугуне несвязанный стронций начинает тормозить процесс графитизации и подавлять действие других графитизирующих элементов.

5. Установлены особенности каталитического влияния Bi и Te на структурообразование чугуна при встречном модифицировании, заключающиеся в следующем. При введении Bi и Te совместно с графитизирующим модификатором на ранней стадии (ковшевом модифицировании) они консервируют находящиеся в расплаве ЦЗГ, представляющие собой как недорастворившиеся включения графита, привнесённые из шихты, так и продукты реакции графитизирующего модификатора с примесями чугуна, и препятствуют как их дальнейшему росту, так и их растворению в расплаве. Проявлением этого эффекта является измельчение графитной фазы, увеличение длительности графитизирующего эффекта и перлитизация структуры чугуна. При введении Bi и Te в расплав чугуна на ранней стадии и последующем его графитизирующим модифицировании на поздней стадии (в предкристаллизационный период) ПАЭ консервируют только находящиеся в расплаве недорастворившиеся включения графита, перешедшие из шихты, после чего за счёт графитизирующего эффекта разблокируются уже существующие и формируются новые ЦЗГ из продуктов реакции графитизирующего модификатора с примесями чугуна. При этом происходит измельчение графитной фазы и ферритизация структуры чугуна.

6. С учетом различного влияния, а также стоимости компонентов, вводимых в модификаторы и лигатуры, проведена оптимизация их составов и разработаны наиболее экономичные модификаторы для получения ВЧШГ ковшевым модифицированием («тяжёлая» лигатура Fe-Si-Cu-Mg-РЗМ) и ЧВГ внутриформенным модифицированием (модификатор ФСМг6РЗМ1,5 с пониженным содержанием кальция, бария и алюминия).

7. Определена зависимость контактной прочности СЧПГ от уровня его микролегирования марганцем и хромом. Диапазон содержания легирующих элементовкарбидообразователей учитывает как их положительное (повышение микротвёрдости и термостабильности перлита за счёт образования легированного цементита), так и отрицательное влияние: снижение (при значительных концентрациях этих элементов) прочности матрицы чугуна в рабочем контакте.

8. Установлена зависимость трещиностойкости СЧПГ от содержания углерода и кремния при неизменном углеродном эквиваленте. Показано, что снижение содержания кремния в феррите перлита при одновременном увеличении содержания свободного графита и сохранении углеродного эквивалента приводит к повышению трещиностойкости и износостойкости СЧПГ. Это объясняется увеличением пластичности феррита при уменьшении концентрации кремния и повышением содержания свободного графита в матрице чугуна, что, с одной стороны, усиливает смазывающий эффект, а, с другой, приводит к повышению теплопроводности, обусловливая повышение трещиностойкости.

9. Определена зависимость износа чугуна от содержания в нём серы. Показано, что эта зависимость имеет хорошо выраженный минимум, обусловленный конкуренцией двух механизмов: во-первых, усилением смазывающего эффекта с возрастанием объёмной доли сульфидов марганца и, во-вторых, появлением охрупчивания при превышении размером сульфидных включений толщины графитных пластинок, что проявляется при увеличении содержания серы выше определённой концентрации - 0,12%.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. Для всей номенклатуры отливок чугунолитейного и вспомогательного производств ОАО «АВТОВАЗ» разработаны технологические схемы получения отливок из основных марок ВЧШГ и ЧВГ ковшевым модифицированием без изменения существующего состава шихты, оборудования и оснастки в зависимости от требуемой марки: Gh56-40-05, Gh65-4805 - технологии «ковш с крышкой», «сэндвич»-процесс; ЧВГ40, ВЧ50 - технология «заливка сверху», «контейнерная» технология; Gh75-50-03 - технология модифицирования «тяжёлой» лигатурой на медной основе.

2. Разработана технологическая схема получения ЧВГ внутриформенным модифицированием РЗМ-содержащим безмагниевым модификатором, включающая проведение предварительной графитизирующей обработки, предшествующей основному модифицированию.

3. В чугунолитейном производстве ОАО «АВТОВАЗ» внедрена технология вторичного (позднего) модифицирования ВЧШГ брикетированными отсевами из ферросилиция с активными графитизирующими добавками и успешно опробована технология вторичного (позднего) модифицирования ВЧШГ литыми вставками. Внедрены брикеты из отсевов модификаторов ФС65Ба1 и ФС75.

4. Предложены универсальные технологические схемы получения СЧПГ в зависимости от содержания серы и габаритов получаемых отливок с использованием ковшевого и внутриформенного модифицирования. В чугунолитейном производстве ОАО «АВТОВАЗ» для получения отливок из серого чугуна с низким содержанием серы (Gh190) внедрён графитизирующий модификатор ФС75Ба2,5, а для отливок с высоким содержанием серы (СЧ40) - ФС75СтЦр.

5. Разработаны технологии графитизирующего модифицирования СЧПГ и ВЧШГ (высоких марок - свыше ВЧ70) смесевыми комплексными модификаторами нового поколения. Для СЧПГ технология состоит из двух этапов - предварительное графитизирующее модифицирование в ковше + последующее графитизирующее модифицирование в стояке формы; для ВЧШГ технология включает только проведение поздней графитизирующей обработки чугуна в стояке формы.

6. В ОАО «АЛНАС» внедрено изготовление дисков переднего тормоза из чугуна Gh190 с содержанием серы 0,11…0,13% вместо 0,01…0,03%, что привело к значительному повышению их эксплуатационных свойств. Подобрана оптимальная концентрация серы в чугуне, обеспечивающая его наибольший ресурс в паре с материалом тормозной колодки. По результатам стендовых натурных испытаний при удовлетворительной трещиностойкости повышение эксплуатационного ресурса тормозных дисков составляет 40%, тормозных колодок - 12%. При этом увеличена стойкость обрабатывающего инструмента более чем в раза при содержании серы в чугуне свыше 0,08%.

7. Во вспомогательном производстве ОАО «АВТОВАЗ» для новой перспективной модели на платформе С - ВАЗ-2116 разработана конкурентоспособная технология получения отливок деталей «Кулак поворотный» и «Корпус подшипника ступицы заднего колеса» из ВЧШГ ферритного класса с высокими пластическими свойствами марки ВЧвзамен поковок из стали АЦ40ХГНМ.

8. На практике доказана целесообразность использования модификатора для встречного модифицирования как дополнительной присадки к классическим графитизирующим модификаторам, способствующей достижению рациональной литой структуры чугуна.

9. Результаты исследований внедрены в металлургическом производстве ОАО «АВТОВАЗ», получено 8 актов внедрения с общим экономическим эффектом 22 млн. 1тыс. рублей в текущих ценах 2005-2008 гг.

На защиту выносятся:

1. Универсальная концепция и научные подходы получения чугуна с требуемым уровнем механических свойств и рациональной литой структурой без изменения процессов металлургического и литейного циклов.

2. Установленные особенности влияния лантана в составе магниевого модификатора на особенности процессов графитообразования, формирование благоприятной морфологии шаровидного графита. Механизм влияния лантана на подавление усадочных процессов в ВЧШГ.

3. Особенности и механизмы формирования литой структуры ВЧШГ с требуемым уровнем механических свойств при варьировании стадийности ввода бария в расплав чугуна в составе модификатора.

4. Разработанные технологические методы и составы модификаторов для получения рациональной литой структуры ЧВГ на основе внутриформенного модифицирования.

Зависимость влияния увеличения содержания РЗМ в чугуне на морфологию графитных включений.

5. Механизмы и особенности усвоения смесевых комплексных модификаторов нового поколения на графито-кремниевой основе с добавками магния и кальция при различных технологических схемах их введения в расплав чугуна.

6. Зависимости влияния активных добавок (Ba, Ca, Zr, Sr, РЗМ) в графитизирующих модификаторах на механические свойства и морфологию графита в чугуне. Механизм каталитического влияния поверхностно-активных элементов - Bi и Te, входящих в состав модификатора для встречного модифицирования, на структурообразование чугуна.

7. Обнаруженные особенности влияния содержания серы в СЧПГ на процессы получения рациональной литой структуры в зависимости от массы, конфигурации и толщины стенки отливки.

8. Зависимости влияния структурных особенностей и химического состава СЧПГ для деталей, работающих в сухой абразивной среде при высоких температурах и нагрузках, на его эксплуатационные характеристики. Механизмы влияния содержания серы, марганца, хрома, молибдена, титана в СЧПГ на его износостойкость.

Достоверность. Достоверность полученных в работе результатов исследований обеспечивается применением комплекса современного оборудования и типовых методик исследований, проведением всего объёма опытных работ непосредственно в условиях действующего чугунолитейного цеха, сравнением результатов лабораторных испытаний с результатами стендовых натурных испытаний, а также использованием методов статистической обработки результатов экспериментов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на II и III Всероссийских научно-технических конференциях «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» (Тольятти, 2003, 2004), XV Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (Тольятти, 2003), II Международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении» (Тольятти, 2003), V, VIII, IX Научно-практических конференциях молодых специалистов ОАО «АВТОВАЗ» (Тольятти, 2003, 2006, 2007), научно-технических семинарах ТГУ и Исследовательского центра НТЦ ОАО «АВТОВАЗ» в 2003-2004 гг., III и IV Международных научно-практических конференциях «Прогрессивные литейные технологии» (Москва, 2005, 2007), II Международной школе «Физическое материаловедение», XVIII Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (Тольятти, 2006), XVI Петербургских чтениях по прочности, посвящённых 75-летию со дня рождения В. А.

Лихачёва (Санкт-Петербург, 2006), VI Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра» (Санкт-Петербург, 2006), II Литейном консилиуме «Теория и практика металлургических процессов при производстве отливок из чёрных сплавов» (Миасс, 2006).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в список ВАК: «Тяжёлое машиностроение», «Литейное производство», «Заготовительные производства в машиностроении», «Литейщик России», «Металлург», «Вестник машиностроения», «Автомобильная промышленность».

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 43 печатных работах.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, основных результатов и выводов, изложена на 337 страницах, включая 134 рисунка, 1таблицы, список литературы из 359 источников и приложения (акты внедрения) на страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика, обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи, показана научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные результаты и положения, выносимые на защиту.

Первая глава является аналитическим обзором литературы и содержит сведения о процессах формирования структуры в конструкционных чугунах.

Из аналитического обзора следует, что для объяснения эффекта модифицирования разработано несколько теорий, включая теорию образования карбида кремния, солеобразных карбидов и сульфидов/карбидов («карбидный эффект»). Все они основаны на предположении о том, что в смешанном гетерогенно-гомогенном механизме зарождения графитной фазы в чугуне, превалирующую роль играет именно гетерогенная графитизация на продуктах реакции примесей с Ca, Al, Zr, Sr, Ba, Mg, РЗМ (редкоземельные металлы).

Максимальный эффект модифицирования проявляется непосредственно после введения модификатора. Продолжительность действия модификатора зависит от его состава и, как правило, очень мала, в результате чего эффективность модифицирования со временем значительно снижается. Вследствие малой продолжительности действия модификатора степень переохлаждения в процессе эвтектической кристаллизации возрастает из-за повышения температуры ликвидуса, что способствует появлению отбела во всех типах чугунов (СЧПГ, ЧВГ, ВЧШГ). При этом особенно снижается количество шаровидного и вермикулярного графита, ухудшается его форма, что приводит к снижению механических свойств получаемых отливок. В настоящее время до сих пор отсутствует чёткое понимание реальных процессов, влияющих на результаты модифицирования; сформулированы лишь общие положения, учитывающие действия отдельных механизмов и не являющиеся практическим руководством к действию. Ни одна теоретическая модель не позволяет подобрать наиболее эффективный модификатор, что требует проведения многочисленных экспериментов. Основная сложность на пути снижения затрат при подборе технологий модифицирования и микролегирования с целью получения заданной структуры чугуна заключается в том, что в существующих теориях, как правило, не учитывается комбинированное действие различных технологических параметров на формирование структуры. Именно поэтому одним из наиболее актуальных направлений развития технологий модифицирования и микролегирования чугунов, реализуемых в данной работе, является разработка общих подходов к обеспечению необходимой структуры чугунов на основе учёта комбинированного воздействия различных технологических параметров на процессы структурообразования при модифицировании и микролегировании чугунов.

Во второй главе приведено описание использованного в работе экспериментального и аналитического оборудования, методического обеспечения, материалов и образцов.

Опытные плавки проводились на следующем оборудовании металлургического производства ОАО «АВТОВАЗ»: «дуплекс»-процесс - электродуговая плавильная печь LBS48 или 6ДСП-40 + индукционная тигельная печь LFD-20 или индукционная канальная печь LFR-45; индукционная тигельная печь-ковш ИСТ-0,4; формовочно-заливочные линии SPO, Georg Fisher, DISA.

В работе использовалось следующее лабораторное испытательное оборудование:

разрывные машины AMSLER 20ZBDA и TiraTest 2300 (определение временного сопротивления на разрыв в и относительного удлинения ); твердомер ТБ 50(определение твёрдости по Бринеллю); спектроанализатор Quantovak ARL 2460;

газоанализатор Leko CS-400; ICP-спектрометр Liberty Series ф. Varian; спектрограф Spectruma GDA-750 (определение химического состава); металлографический световой микроскоп UNIMET 8585, ф. Бюллер; металлографический световой микроскоп ф. Zeiss;

электронный сканирующий микроскоп LEO 1455 VP с блоком ренгеновского энергетического спектрометра INCA Energy-300 (анализ микроструктуры и графитных включений); инерционный динамометрический однопозиционный стенд LR.0.016;

электрогидравлические стенды МИ1ГЦ5.2К и MTS-810 (стендовые натурные испытания);

универсальная машина для испытаний на трение и износ (лабораторные испытания на трение и износ).

Исследованные в работе материалы (модификаторы, лигатуры), технология их введения, достигаемый эффект и область применения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Исследованные материалы и технологии модифицирования и микролегирования чугунов.

№ Материалы Химический состав Фракция Технология п/п (Cu, Ni, …)-Mg1 Mg 14-17%, РЗМ 0,4-0,6%, основа - остальное кусок Ковшевое модифицирование ВЧ РЗМ Si 44-48%, Mg 5,5-6,2%, РЗМ 0,8-1,2%, Ca 0,8ФСМг6 Ковшевое модифицирование ВЧ:

1,2%, Al 1,0%, Fe - остальное «заливка сверху», «контейнерная 2 4-32 мм Si 44-48%, Mg 5,55-6,15%, La 0,35-0,55%, Ca 0,8- технология, «сэндвич»-процесс, «ковш ФСМг6Ла с крышкой» 1,2%, Al 0,4-1,0%, Fe - остальное Si 44-48%, Mg 5,0-6,0%, РЗМ 5,5-6,5%, Ca 1,8ФСМг5,5РЗМ2,3%, Al 1,0%, Fe - остальное Ковшевое модифицирование ЧВГ 3 1-5 мм Si 45-55%, Mg 3,0-5,5%, РЗМ 0,4-7,0%, Ca 0,5- («заливка сверху») ФСМг4,5РЗМ4,5,5%, Al 1,0-5,0%, Fe - остальное Si 44-48%, Mg 5,0-6,0%, La 0,25-0,40%, Ca 0,4- Внутриформенное модифицирование 4 ФСМг5,5Ла 1-4 мм 0,6%, Al 0,8-1,2%, Fe - остальное ВЧ Si 45-55%, Mg 5,8-6,3%, РЗМ 1,2-1,5%, Ca 0,4%, Внутриформенное модифицирование 5 ФСМг6РЗМ1,5 1-4 мм ЧВГ Al 1,2%, Fe - остальное Внутриформенное модифицирование Si 30-55%, РЗМ 20-30%, Ca 0,4%, Al 1,0%, Fe - 6 ФС50РЗМ20 1-4 мм ЧВГ с предмодифицированием остальное кусковым ФС в чаше формы 1-5 мм Первичное модифицирование Si 45-60%, Ва 20-25%, Ca 3%, Al 3%, Fe - 7 ФС55Бакусок остальное Вторичное модифицирование 150-200 г Графитизирующее модифицирование МК21, С 52-62%, Si 20-28%, Ca, Al, Cu, РЗМ, Fe - ВЧ в стояке формы остальное С 52-62%, Si 20-28%, Ca 5-12%, Al, Cu, РЗМ, Fe - МККа21, 8 7-30 мкм Комбинированное графитизирующее остальное модифицирование СЧ в ковше и стояке С 52-62%, Si 20-28%, Mg 2-7%, Ca, Al, Cu, РЗМ, Fe МКМгформы - остальное БрФС75, Si 74-78%, Fe - остальное Вторичное графитизирующее 0-1, 0-4, 1Si 60-70%, Ва 0,5-2,0%, Al 3%, Fe - остальное 9 БрФС65Ба1, модифицирование (в чаше или внутри 4, 1-5 мм Si 60-70%, Ва 2,0-5,0%, Al 3%, Fe - остальное формы) БрФС65БаМодификатор Ковшевое встречное модифицирование Bi 50%, Te 50% 10 - ВЧ и СЧ Glitter для ВЧ: Si 70-78%, Ca 0,3-1,5%, Al 3,2-4,5%, РЗМ 0,5%, Fe - остальное Вторичное графитизирующее 11 Литые вставки 110 г (0,1%) для СЧ: Si 70-78%, Ca 0,3-1,4%, Al 0,8-1,8%, Mn модифицирование ВЧ и СЧ 3,5-4,5%, РЗМ 0,5%, Fe - остальное ФС75СтЦр, Si 73-78%, Sr 0,6-1,0%, Zr 1,0-1,5%, Al 0,5%, Ca 0,1%, Fe - остальное Ковшевое графитизирующее 12 1-5 мм модифицирование СЧ Si 72-78%, Ва 2,0-3,0%, Ca 1,0-2,0% Al 1,5%, Fe - ФС75Ба2,остальное Ферросера с содержанием серы 25 или 30%, ФСу, Ферромарганец с содержанием марганца 70, ФМн, Печное микролегирование СЧ 13 - или 88%, ФХ Феррохром с содержанием хрома 85% Третья глава посвящена разработке технологий ковшевого модифицирования чугуна с компактными формами графита (ВЧШГ и ЧВГ) с заданной структурой и комплексом требуемых свойств. Изучена эффективность применения всех возможных известных и разработанных составов «тяжёлых» лигатур (медь-магний-РЗМ, медь-никель-магний-РЗМ, железо-никель-магний-РЗМ, железо-никель-медь-магний-РЗМ и железо-кремний-медьмагний-РЗМ) в чугунолитейном производстве ОАО «АВТОВАЗ» на примере получения отливок деталей «Вал коленчатый» всех моделей из ВЧШГ марки Gh75-50-03 (в кгс/мм2, 3%, НВ 250-302). На базе существующего производственного оборудования без его обновления и принципиального изменения разработаны технологические схемы ковшевого модифицирования средних (Gh56-40-05 (в 56 кгс/мм2, 5%, НВ 180-250), Gh65-48-05 (в 65 кгс/мм2, 5%, НВ 190-280)) и низких марок ВЧ (ВЧ50: в 50 кгс/мм2, 7%, НВ 170-220) и ЧВГ (ЧВГ40: в 40 кгс/мм2, 1%, НВ 210-285), обеспечивающие получение требуемых показателей структуры и свойств.

Ввиду стремительного роста цены на никель для экономного сфероидизирующего ковшевого модифицирования и микролегирования чугуна целесообразен переход с никелевой лигатуры на медную, а также использование различных комбинированных лигатур. Была поставлена задача изучить эффективность применения для модифицирования ВЧШГ «тяжёлой» лигатуры на чисто медной основе, а затем - на никелевой и медной основах, разбавленных более дешёвыми элементами (Fe, Si) с учётом их влияния на требуемый диапазон содержание магния (14…17%).

Ковшевой расход «тяжёлой» лигатуры Cu-Mg-РЗМ, имеющей следующий химический состав: Mg 14...17%; РЗМ 0,4…0,6%; Cu - остальное, составляет 0,83%. По сравнению с расходом лигатуры Ni-Mg-РЗМ - 0,45%, имеющей аналогичное содержание магния и РЗМ, расход лигатуры Cu-Mg-РЗМ выше в 1,85 раза. Однако принимая во внимание в 3-4 раза меньшую стоимость меди по сравнению с никелем, технология обработки расплава чугуна лигатурой Cu-Mg-РЗМ в 1,5-2 раза дешевле, чем лигатурой Ni-Mg-РЗМ. Кроме того, назначаемая температура нормализации отливок деталей, полученных с помощью лигатуры Cu-Mg-РЗМ в среднем на 40°С ниже (870°С), чем для получаемых с лигатурой Ni-Mg-Ce (910°С). Нормализация при температуре 870°С по сравнению с литым состоянием позволяет получить требуемую прочность чугуна (86-92 МПа), сформировать более однородную перлитную структуру, устранять скопления свободного феррита вокруг графита («бычий» или «мягкий» глаз), снижать общее содержание свободного феррита с 5-12% до 4-5% без снижения относительного удлинения (>3,6%) при обеспечении необходимой твёрдости чугуна (НВ 269-298). То есть переход на лигатуру Cu-Mg-РЗМ обеспечивает не только снижение себестоимости, но и стабилизацию качества отливок.

При ведении плавки на обогащённом медью возврате в расплаве снижается содержание никеля и марганца. Совместный прирост меди как из возврата, так и из лигатуры, до концентрации 1% позволяет полностью скомпенсировать снижение, а затем и полное отсутствие содержания никеля при поддержании содержания марганца в расплаве 0,25…0,35%.

По результатам испытаний лигатуры Cu-Ni-Mg-РЗМ, сделан вывод о том, что она может быть использована в качестве переходного варианта для плавной, постепенной отработки технологического процесса сфероидизирующего модифицирования при замене лигатуры Ni-Mg-Ce на Cu-Mg-Ce. Виду того, что изначально влияние перехода на «тяжёлую» лигатуру с иной металлической основой неизвестно и может вызвать отклонения по структуре и свойствам, была предложена технология пошаговой замены лигатуры Ni-MgРЗМ на Cu-Mg-РЗМ при параллельной корректировке химического состава чугуна в печи.

Исследовано влияние более дешёвой добавки железа на эффективность работы «тяжёлых» лигатур на лигатурах с никелевой (Fe-Ni-Mg-РЗМ) и медь-никелевой (Fe-Ni-CuMg-РЗМ) основами. Результаты испытаний показали худшее усвоения магния расплавом чугуна из «тяжёлой» лигатуры Fe-Ni-Cu-Mg-РЗМ по сравнению с лигатурой Fe-Ni-Mg-РЗМ.

Более низкое усвоения магния, оцениваемое по степени сфероидизации графита в микроструктуре чугуна (ССГ), из лигатуры Fe-Ni-Cu-Mg-РЗМ (ССГ 40-70%), по сравнению с Fe-Ni-Mg-РЗМ (ССГ 50-70%), обусловлено её большей легкоплавкостью. При этом увеличение навески на 20% не обеспечило улучшения ССГ. Полученные результаты показывают нестабильность усвоения магния из опытных железосодержащих «тяжёлых» лигатур, которая объясняется следующим. Магний не растворим в железе, однако при одновременном сплавлении железа с медью (никелем), он образует с ними насыщенные твёрдые растворы. Такие сплавы с повышенной концентрацией магния, характеризуются низкой температурой плавления, что отрицательно влияет на усвоение из них магния расплавом чугуна, повышая его угар. Также следует отметить высокую склонность магния к ликвации: из-за его низкой плотности основное его содержание сосредотачивается в верхних слоях слитка, а нижние слои оказываются обеднёнными по магнию. В исследованных «тяжёлых» лигатурах железо использовалось для повышения общей температуры плавления сплава за счёт образования твёрдых растворов железа с медью и железа с никелем, имеющих более высокие температуры плавления, чем у чистой меди и никеля. Однако, по результатам исследований, ожидаемый ощутимый положительный эффект «условной тугоплавкости» выявлен не был.

Принимая во внимание результаты апробации «тяжёлых» лигатур Fe-Ni-Mg-РЗМ и FeNi-Cu-Mg-РЗМ, был учтён вклад содержания железа в растворимость магния и при освоении производства «тяжёлой» лигатуры «железо-кремний-медь-магний-РЗМ» был предложен следующий оптимальный химический состав: Fe 8…11%, Si 11…14%, Mg 14…17%, РЗМ 0,9…1,2%, Cu - остальное. Данная лигатура наиболее экономична из всех «тяжёлых» магнийсодержащих лигатур. В указанных пределах железо практически не влияет на растворимость магния в расплаве и служит в качестве относительно тугоплавкой добавки, повышающей общую температуру плавления лигатуры. Кремний при данном содержании в лигатуре несколько улучшает усвоение магния в расплаве и нивелирует влияние железа, а также служит охрупчивающей добавкой, улучшающей дробление лигатуры. По результатам исследований структуры и свойств чугуна в отливках (перлитная структура без сплошной толстой ферритной оторочки вокруг графитных включений («бычий» или «мягкий» глаз), в = 89 кгс/мм2, = 6%) сделан вывод об идентичной работоспособности лигатур Fe-Si-Cu-MgРЗМ и Cu-Mg-РЗМ.

Таким образом, общий подход к разработке химического состава «тяжёлых» магнийсодержащих лигатур заключается в определении наиболее дешёвой металлической основы, хорошо растворяющей магний, и других добавок, дополнительно снижающих её стоимость и технологические свойства (в частности, дробимость) при сбалансированном подборе их совместного содержания относительно заданного диапазона содержания магния.

Общая схема влияния содержания железа в «тяжёлой» лигатуре на температуру её плавления, содержание магния и расход приведена на рис. 1.

При разработке и опробовании технологий ковшевого модифицирования высокопрочного чугуна на основе «сэндвич»-процесса с использованием «лёгких» лигатур типа ФСМг принималось во внимание, что новый технологический процесс должен органично вписываться в существующую схему производства чугунного литья с задействованием имеющегося базового оборудования и оснастки.

Учитывая, что «сэндвич»-процесс рекомендуется для модифицирующей обработки ВЧШГ в открытых ковшах, имеющих характеристическое соотношение (отношение высоты ковша к его среднему диаметру) - 2…2,5:1, на первом этапе опытных работ ставилась задача видоизменения основной схемы «сэндвич»-процесса с учётом конструкции базовых ковшей металлоёмкостью 1,2 т, имеющих характеристическое соотношение 1,4:1. Для опытных работ были выбраны «лёгкие» лигатуры марок ФСМг6 и ФСМг6Ла.

Расход (Р) Температура Содержание плавления (Т) магния (Mg) 2 5 8 11 14 17 20 23 26 Содержание железа в тяжёлой лигатуре, % Рис. 1. Схема влияния содержания железа на параметры «тяжёлой» лигатуры при частичной замене им металла-основы В первом варианте конструкции заливочного ковша, карман для модификатора в отличие от классического варианта был изготовлен в форме асимметричного усечённого конуса в центре пода футеровки ковша и расположен таким образом, чтобы наклон самой длинной образующей был направлен в сторону носка ковша.

Во втором варианте конструкции заливочного ковша в качестве кармана для модификатора была использована керамическая вставка в виде полого усечённого конуса из огнеупорного материала - муллитовой массы.

В третьем варианте конструкции заливочного ковша для создания реакционного кармана были использованы огнеупорные кирпичи различной конструкции и типоразмеров.

На практике при опробовании всех 3-х разработанных технологических схем была многократно подтверждена принципиальная невозможность стабильного модифицирования высокопрочного чугуна по «сэндвич-процессу» в открытых серийных заливочных ковшах с самой различной конструкцией и расположением реакционного кармана для размещения модификатора. Анализ всех трёх способов ковшевого модифицирования ВЧШГ, созданных на базе «сэндвич»-процесса, показывает, что несмотря на получаемые в отливках требуемые структуру и свойства, из-за увеличения времени технологического цикла, связанного с обслуживанием ковшей с изменённой конструкцией футеровки, они успешно могут быть применены в мелкосерийном производстве (глава 8). В ходе отработки всех трёх вариантов ковшевого модифицирования на основе ресурсосберегающего подхода были подобраны концентрационные диапазоны содержания легирующих элементов, необходимых для микролегирования расплава с целью обеспечения требуемых нормативно-технических показателей.

Температура плавления (T), содержание магния (Mg), расход (Р) При существующем характеристическом соотношении в ковше - 1,4:1 устойчивость технологического процесса модифицирования ВЧШГ может быть обеспечена только путём его усовершенствования, дооснащения и в итоге - трансформации в процесс «ковш с крышкой». Использование данной технологии может быть оправданным при получении отливок из средних марок высокопрочного чугуна, например, Gh56-40-05, Gh65-48-(перлито-ферритная металлическая матрица, ССГ - 90%, НВ 180-249). По технологии «ковш с крышкой» модификатор типа ФСМг размещается на днище ковша в его носковой части, а крышка надевается таким образом, чтобы верхнее отверстие заливочной воронки для заливки расплава чугуна располагалось диаметрально противоположно носку ковша.

По результатам опытных работ доказано, что при изготовлении отливок из более низких марок высокопрочного чугуна - до ВЧ50 включительно - могут быть использованы более упрощённые по отношению к «сэндвич-процессу» технологии для открытого ковша - «заливка сверху» и «контейнерная» технология. Полученные структура и свойства в опытных отливках: для ЧВГ40 - перлито-ферритная металлическая матрица, преобладание вермикулярного графита над шаровидным, НВ 187-239), для ВЧ50 - перлито-ферритная металлическая матрица, ССГ 80%, НВ 170-229).

Определение необходимого баланса содержания функционально значимых элементов (Mg, Ca и РЗМ) в составе специальных модификаторов для получения ЧВГ имеет особое значение с точки зрения стабильности графитообразования. Анализ результатов сравнительных испытаний двух модификаторов ФСМг4,5РЗМ4,5 и ФСМг5,5РЗМ6 на чугуне марки ЧВГ40 показал, что химический состав модификатора ФСМг5,5РЗМнесбалансирован по сравнению с составом модификатора ФСМг4,5РЗМ4,5. Это выражается нестабильностью образования и неоднородностью распределения вермикулярного графита по длине отливки, и связано с повышенным содержанием в составе модификатора магния, РЗМ и кальция.

Учитывая, что ЧВГ называется чугун, в микроструктуре которого находится не более 40% шаровидного графита, оптимальный расход модификатора ФСМг5,5РЗМ6 составляет 3,6 кг на 1200 кг чугуна (0,3%). При меньшем расходе данного модификатора в микроструктуре чугуна начинает появляться пластинчатый графит. Пропорциональное изменение содержания магния и РЗМ в модификаторе не эквивалентно пропорциональному изменению его расхода. Это подтверждает тот факт, что 5 кг модификатора ФСМг4,5РЗМ4,обеспечивают лучшее структурообразование и формирование свойств ЧВГ (перлит, феррита не более 20%, вермикулярный графит, шаровидного графита не более 15%, НВ 229-239), чем 3,7-4,5 кг модификатора ФСМг5,5РЗМ6 (перлит, феррит 5-30%, вермикулярный и шаровидный графит при содержании последнего от 3 до 60%, НВ 217-275). То есть, в составе специализированного модификатора для получения ЧВГ должно содержатся около 4,5% магния и РЗМ и строго ограниченное содержание кальция (бария) и алюминия.

Таким образом, основываясь на результатах производственных экспериментов, предложены технологические схемы получения отливок из основных марок ВЧШГ и ЧВГ ковшевым модифицированием без изменения существующего состава шихты, оборудования и оснастки в зависимости от требуемой марки: Gh56-40-05, Gh65-48-05 - технологии «ковш с крышкой», «сэндвич»-процесс; ЧВГ40, ВЧ50 - технология «заливка сверху», «контейнерная» технология; Gh75-50-03 - технология модифицирования «тяжёлой» лигатурой на медной основе. Установлено, что результат влияния различных технологических параметров заключается в получении из расплава чугуна одного и того же химического состава нескольких марок чугунов за счёт применения различных модифицирующих материалов и технологий модифицирования.

Четвёртая глава посвящена изучению влияния технологии внутриформенного модифицирования ВЧШГ и ЧВГ на получение рациональной литой структуры.

Показано, что использование классического ферросиликомагния (на примере модификатора ФСМг7) в качестве сфероидизирующей добавки при модифицировании в форме, имеет ряд недостатков, в числе которых - повышение склонности к образованию усадочной пористости и наличие в микроструктуре чугуна шлаковых включений ввиду невозможности их вывода за пределы литниковой системы (рис. 2).

Известно, что добавки РЗМ в качестве дополнения к магнию способствуют росту графита более правильной формы и повышают стабильность модифицирующего эффекта.

Однако особенности влияния РЗМ в составе магниевого модификатора описаны по результатам исследования мишметалла - смеси, содержащей около 50% Ce, 25% La, 15% Nd и 10% Pr. Влияние конкретных РЗМ в составе магнийсодержащих модификаторов на структурообразование ВЧШГ до сих пор остаётся недостаточно изученным.

Лантан по сравнению с другими РЗМ обладает более слабым карбидообразующим и сфероидизирующим действием в чугуне. Выдвинуто предположение, что лантан в качестве дополнительной добавки к магнию, снижающей его активность, способен пролонгировать реакцию модификатора с расплавом и процесс графитообразования, что может снизить склонность чугуна к усадке.

Результаты испытаний показали, что процент брака отливок по усадке при использовании модификатора ФСМг5,5Ла (0,19%) более чем в 3 раза ниже, чем с модификатором ФСМг7 (0,62%). Визуальная оценка состояния поверхности отливок показывает её более высокую чистоту, отсутствие шлаковых дорожек. По сравнению с модификатором, содержащим мишметалл, ФСМг5,5Ла обеспечил количество глобулей шаровидного графита больше в 1,75 раза.

Рис. 2. Усадочная пористость в отливке «Направляющая колодок переднего тормоза», модифицированной ФСМгПри использовании модификатора ФСМг5,5Ла получено образование большого количества мелких глобулей вторичного графита и конгломератов крупных глобулей первичного графита с ярко выраженным бимодальным асимметричным статистическим распределением диаметров графитных включений (рис. 3). Влияние лантана на графитообразование в ВЧШГ проявляется в уменьшении скорости роста графита, что повышает вероятность коагуляции графитных глобулей в жидком расплаве. Снижением скорости роста графита также объясняется задержка выделения графита из аустенита и формирование мелких глобулей вторичного графита. Более позднее по времени выделение вторичного графита компенсирует усадочные процессы в отливке в момент прекращения функционирования прибылей, что обеспечивает снижение пористости и повышение механических свойств чугуна (для ВЧШГ марки Gh56-40-05: в = 60-67 кгс/мм2, = 5-6%, НВ 198-249).

(а) (б) 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 > Диаметр графитных включений, мкм (в) Рис. 3. Морфология графита (а, 1000,33), микроструктура отливки (б, 5000,33) «Направляющая колодок переднего тормоза» и гистограмма размерного распределения включений графита (в) полученные при внутриформенном модифицировании ФСМг5,5Ла При получении ЧВГ внутриформенным способом модифицирования в отличие от ковшевого перемешивание расплава существенно хуже и в результате полноценного равномерного перераспределения компонентов чугуна не происходит, развивается расслоение шаровидного и вермикулярного графита. Дополнительным фактором, ухудшающим структурообразование, является использование в качестве материала для внутриформенной обработки ЧВГ модификатора с относительно высоким содержанием магния (свыше 6,5%) и низким содержанием РЗМ (менее 0,8…1,0%) в количестве, недостаточным для получения необходимой степени сфероидизации графита.

Всё вышеуказанные недостатки наиболее ярко выражены при получении длинномерных отливок (при соотношении среднего диаметра к длине 1:15). Структура, Частота, % получаемая в отливках из ЧВГ по технологии внутриформенного модифицирования, отличается от регламентируемой для ЧВГ отклонениями не только по количеству шаровидного графита (ШГ более 40%), но и по его распределению, как по сечению, так и по длине отливки. При использовании классического ферросиликомагния (модификатора ФСМг7, среднее содержание магния - 7%, РЗМ - 0,5%) для формирования вермикулярной формы графита за счёт эффекта недомодифицирования в микроструктуре отливки наблюдаются следующие отклонения.

Во-первых, имеет место морфологическое расслоение графита по высоте сечения отливки (рис. 4): в верхней половинке отмечается наличие преимущественно шаровидного графита, а в нижней - преимущественно вермикулярного. Механизм расслоения графита по высоте сечения заключается в том, что расплав при затекании в полость формы в процессе реакции с модификатором в реакционной камере плохо перемешивается и магний, имеющий малый удельный вес (1,7 г/см3) всплывает в верхнюю часть отливки, вызывая, тем самым, образование в ней преимущественно шаровидной формы графита. Такая особенность распределения графита по сечению отливки провоцирует при сверлении внутреннего отверстия увод пушечного сверла в её нижнюю, более мягкую часть. При этом разброс по твёрдости между верхней и нижней половинками сечения отливки составляет в среднем 20…25 НВ.

(а) (б) Рис. 4. Общий вид расслоения графита (а) и его граница в серийной отливке «Вал распределительный» (б, 1000,33), полученной при внутриформенном модифицировании ФСМгВо-вторых, имеет место неоднородность структуры по длине отливки, что вызывает значительный разброс по твёрдости (от 12 до 56 НВ) между 1-м (структура с преобладанием вермикулярного графита ВГф2, ВГф3 над шаровидным) и 8-м (структура с шаровидным графитом - ШГд25, ШГд18) кулачком.

В-третьих, из-за относительно высокого содержания в модификаторе шлакообразующего элемента - кальция и несколько завышенного содержания магния микроструктура чугуна загрязняется шлаковыми включениями (рис. 5а). Один из таких характерных дефектов был детально исследован с помощью электронного микрорентгеноспектрального анализа (рис. 5б). Из анализа спектра видно, что шлаковые включения представляют собой конгломераты комплексных оксидов магния и кальция (5в).

Известно, что РЗМ являются наилучшими стабилизаторами вермикулярной (при повышенном содержании РЗМ и пониженном содержании магния) и шаровидной (при пониженном содержании РЗМ и повышенном содержании магния) форм графита в чугуне.

Однако также следует учитывать, что содержание РЗМ в модификаторе ограничивается их высокой стоимостью и антиграфитизирующими свойствами.

(а) (б) (в) Рис. 5. Газошлаковые раковины (а, 100,33) в поверхности излома фрагмента отливки «Вал распределительный» и результаты микрорентгеноспектрального анализа включения вблизи газошлаковых раковин (а): электронно-микроскопический снимок (б);

рентгеновский спектр (в) Таким образом, главной задачей по совершенствованию состава модификатора для внутриформенной обработки чугуна с целью получения преимущественно вермикулярной формы графита является, как и при ковшевом модифицировании, сбалансированный подбор концентраций магния и РЗМ. При подборе рецептуры был взят за основу классический модификатор ФСМг7 в химическом составе которого постепенно повышали содержание РЗМ и снижали содержание магния. При этом содержание графитизирующих элементов (Ba, Ca, Al), входящих в состав модификатора для внутриформенного модифицирования, необходимо строго минимизировать из-за их склонности к шлакообразованию и скоплению образовавшихся включений преимущественно на границах зёрен, учитывая отсутствие возможности проведения операции шлакоудаления.

Для опытной работы по повышению качества чугуна в отливках из ЧВГ был приготовлен специальный модификатор ФСМг6РЗМ1,5 с содержанием магния 5,8…6,3%, РЗМ 1,2…1,5% и кальция - до 0,4%. Перлито-ферритная структура ЧВГ во всех опытных отливках характеризуется наличием 90% вермикулярного графита при однородном его распределении, как по сечению, так и по длине отливки (рис. 6) и обеспечивает следующие механические свойства: в = 48,5-51,0 кгс/мм2, = 1,2-1,6%, НВ 229-255.

Для изучения технологических особенностей получения ЧВГ в отливках при внутриформенном модифицировании сплавами системы Fe-Si-РЗМ с различным содержанием РЗМ были проведены опытные заливки отливок с модификаторами ФС40РЗМ10 и ФС50РЗМ20. Анализ микроструктуры опытных отливок, залитых с ФС40РЗМ10, показал постоянно присутствующие типы графита - ПГр1 и ПГр9, а в 8-м кулачке, куда поступают первые порции расплава чугуна с повышенной концентрацией модификатора, также присутствует и тип ПГр7. Микроструктура отливок полностью представлена пластинчатым перлитом. Следовательно, при концентрации РЗМ в расплаве 0,04%, даже принимая во внимание концентрационный перепад по длине отливки, вермикулярная форма графита ещё не образуется (рис. 7).

(а) (б) Рис. 6. Морфология графита (а, 1000,33) и микроструктура чугуна (б, 4000,33) опытной отливки «Вал распределительный», полученной при внутриформенном модифицировании ФСМг6РЗМ1,(а) (б) Рис. 7. Морфология графита (1000,33) в чугуне, характерная для 1-го (а) и 8-го (б) кулачка отливки «Вал распределительный», полученной при внутриформенном модифицировании ФС40РЗМОднако присутствие в микроструктуре 8-го кулачка крупнорозеточной формы графита показывает наличие первой стадии процесса формирования вермикулярного графита.

Относительно низкая твёрдость отливки (до 163 НВ), учитывая её полностью перлитную структуру, позволяет сделать вывод о графитизирующем и смягчающем действии малых добавок РЗМ (до 0,04%) в чугуне. Анализ микроструктуры опытных отливок, залитых с ФС50РЗМ20, показал, что графит в отливке практически полностью представлен вермикулярной формой (рис. 8, а), а в объёме 8-го кулачка, обогащённого РЗМ, также присутствуют соседствующие области мелкодисперсного междендритного графита (рис. 8, б) и полностью безграфитные области с включениями свободного цементита (рис. 8, в).

Микроструктура отливок состоит из пластинчатого перлита с равномерно распределёнными включениями вторичного цементита (Ц10-15, рис. 9, а). Концентрация РЗМ в расплаве 0,075% позволила получить полностью вермикулярную разветвлённую форму графита. Концентрационный перепад РЗМ по длине отливки вызвал более высокое содержание свободного цементита в 8-м кулачке. Для получения однородной по графиту и с минимальным перепадом механических свойств бесцементитной структуры отливки по всей длине была предложена технология внутриформенного модифицирования ФС50РЗМ20 с предмодифицированием кусковым ФС75. Графит в отливке практически полностью представлен вермикулярной формой и в 1-м и в 8-м кулачке. Предварительное графитизирующее модифицирование позволило нивелировать в ЧВГ градиент концентрации РЗМ по длине отливки, в результате чего была получена достаточно однородная бесцементитная структура (рис. 9, б) с небольшим количеством феррита (П85-90), обладающая следующими свойствами: в = 44 кгс/мм2, = 1,2%, НВ 239-244.

(а) (б) Рис. 8. Морфология графита в чугуне, характерная для 1-го (а, 500,33) и 8-го (б, 500,33) кулачка и микроструктура чугуна, характерная для 8-го кулачка (в, 4000,33) отливки «Вал распределительный», полученной при внутриформенном модифицировании ФС50РЗМ(в) (а) (б) Рис. 9. Микроструктуры чугуна (4000,33) в отливках «Вал распределительный», полученных при внутриформенном модифицировании ФС50РЗМ20 без (а) и с предмодифицированием ФС75л3 (б) Для повышения прочностных свойств ЧВГ может быть использован такой наименее энергоёмкий и технологичный вид термической обработки как нормализация. Для исследования была выбрана та же деталь «Вал распределительный». Операция нормализации проводилась в проходной газовой печи по ступенчатому режиму: нагрев отливок вместе в печи до температуры 750°С, выдержка 40 мин, нагрев до температуры 910°С, выдержка 1 ч 40 мин, охлаждение на воздухе в течение 2-х часов. Микроструктура ЧВГ до нормализации: ВГф2, ВГф3, ВГ90, ПГф1; Пт1, П85. В структуре ЧВГ после нормализации содержание феррита осталось неизменным, а основная структура металлической матрицы представлена сорбитообразным перлитом. То есть после нормализации произошло повышение дисперсности и уплотнение перлитной составляющей при неизменном = 1,2%, твёрдость нормализованного чугуна возросла с 229 НВ до 260 НВ, а в - до 51 кгс/мм2.

Пятая глава посвящена получению ВЧШГ с требуемым уровнем механических свойств за счёт управления процессами структурообразования с применением технологий графитизирующего модифицирования.

По результатам расширенных производственных испытаний барийсодержащего графитизирующего модификатора ФС65Ба4 сделан вывод о его высокой эффективности:

снижение расхода модификатора ФС65Ба4 по сравнению с ФС75л6 составляет от 14,3 до 50% в зависимости от габаритов и толщины стенки конкретной отливки. Механические свойства и микроструктура чугуна в отливках находятся в соответствии с установленным нормативом для каждой марки чугуна.

При сравнении твёрдости и анализе особенностей микроструктуры чугуна в отливках при первичном (ковшевом) и вторичном (в чаше формы) модифицировании становится очевидным, что эффективность позднего модифицирования намного выше раннего.

При вторичном модифицировании расплава чугуна в чаше формы кусковым модификатором ФС55Ба22, оценивая морфологию графита (рис. 10), следует отметить значительное преобладание правильной шаровидной формы графита ШГф5 (рис. 10, а), а при первичном модифицировании расплава чугуна модификатором ФС55Ба22 в крупке наоборот, шаровидный графит представлен, преимущественно, типом ШГф4 - неправильной формой (рис. 10, б).

(а) (б) Рис. 10. Типы графита ШГф5 (а) и ШГф4 (б) (100) в микроструктуре высокопрочного чугуна, полученном при вторичном и первичном графитизирующем модифицировании ФС55БаОбе формы шаровидного графита допустимы в микроструктуре ВЧШГ, однако тип ШГф5 характеризует более высокое качество и эффективность графитизирующей обработки высокобаристым ферросилицием, проводимой в момент заполнения формы, что связано с большим количеством остающихся в расплаве ЦЗ. Становится также очевидным, что при использовании высокобаристого ферросилиция для первичного модифицирования в микроструктуре отливок более мелких графитных включений ШГд45 в среднем больше, чем при вторичном модифицировании кусковой фракцией в чаше формы, а количество более крупных включений ШГд90 в обоих случаях одинаково. Установлено, что первичное модифицирование ВЧШГ позволяет обеспечить снижение твёрдости чугуна в отливках (НВ 182-255) и более высокое содержание феррита (П30-80), а вторичное модифицирование – рост твёрдости (НВ 202-272) и более сильную перлитизацию матрицы (П45-80).

Основу комплексных смесевых модификаторов (МК) нового поколения в отличие от традиционных смесевых модификаторов, получаемых из отсевов выплавляемых модификаторов, составляют порошки активированного высокотемпературной обработкой углерода (графита) и полученного физико-химическим путём кристаллического кремния при синтезе органогалогенсиланов. Главная особенность МК заключается в их высокодисперсном фракционном составе (10-30 мкм), что должно обуславливать резкое повышение модифицирующей способности и «живучести» смеси.

Литая микроструктура отливок «Вал коленчатый» из чугуна Gh75-50-03, полученных с применением смесевого модификатора МККа21, с соотношением массовых частей углеродсодержащего материала к кремний содержащему 2:1 и добавлением 5% Ca, имеет до 1% цементита по границам зёрен, следовательно, расход данного модификатора 1 и 2 кг на ковш 1200 кг не обеспечивает необходимый модифицирующий эффект при получении требуемых механических свойств (в = 80-82 кгс/мм2, = 8,0-8,8%, НВ 229-285).

Механические свойства чугуна в отливках «Вал коленчатый» после нормализации: в = 8589 кгс/мм2, = 5,2-8,0%, НВ 255-302. Микроструктура нормализованных отливок имеет от до 5% вторичного цементита по границам зёрен. Данное явление, по-видимому, объясняется недостатком общего содержания кремния в химическом составе чугуна из-за его малого содержания в модификаторе. То есть имеющийся мелкодисперсный графит оказывает определённое влияние только на формирование структуры чугуна из жидкого состояния и не влияет на его структуру после термообработки (нормализации).

На практике установлено практически полное отсутствие графитизирующего эффекта при вводе материала МК21 (C:Si = 2:1) на днище ковша (рис. 11, а). Графит в отливках полностью представлен типом ШГф4 - шаровидной неправильной формой, что объясняется достаточной для формирования глобулей концентрацией остаточного магния при недостаточном количестве центров зарождения графита, в результате чего нарушается их равномерный объёмный рост (рис. 11, б).

При засыпке в стояк литейной формы перед заполнением её чугуном 0,1% (65 г) материала МКМг19 (C:Si = 1:9 с добавлением 5% Mg) отбел уменьшился до 10% на глубину 8 мм от поверхности. Одновременное присутствие в структуре чугуна вместе с перлитом феррита и цементита указывает на недомодифицирование чугуна, так как при достаточном количестве модификатора углерод перераспределяется и участвует в формировании перлитной структуры. Механические свойства в отливках из чугуна ВЧ50: в = 79 кгс/мм2, = 9,6%, НВ 239-255. Увеличение расхода материала МКМг19 в форму свыше 0,15% (100 г) позволило полностью устранить свободный цементит, следовательно, количества модификатора оказалось достаточным для полноценной обработки расплава чугуна.

Механические свойства в отливках из чугуна ВЧ50: в = 78 кгс/мм2, = 8,8%, НВ 249-255.

Видно, что твёрдость отливок осталась на том же уровне, что и у отливок, залитой с 0,1% МКМг19. По результатам определения механических свойств можно заключить, что свойства чугуна в отливке соответствуют марке ВЧ70. Таким образом, для получения высокопрочного чугуна марки ВЧ70 может быть рекомендована следующая схема модифицирования: сфероидизирующая ковшевая обработка + последующее введение в стояк формы 0,15% модификатора МКМг19.

(а) (б) Рис. 11. Микроструктура чугуна (а, 4000,33) и морфология графита в чугуне (б, 1000,33) отливки детали 2101-3103015 «Ступица переднего колеса», полученной при размещении смесевого модификатора МК21 на днище ковша Для достижения рациональной литой структуры чугуна при нарушении технологии модифицирования (в случае недомодифицирования, перемодифицирования), отклонений химсостава чугуна и модификаторов, применена технология встречного модифицирования с использованием модификатора, условно названного - Glitter (от англ. - блестеть) на основе теллурида висмута - Bi2Te3.

Использование модификатора Glitter для подавления ферритообразования в структуре ВЧШГ, перемодифицированного графитизирующим модификатором, явилось достаточно эффективным: при увеличении расхода ФС75л6 в 1,7 раза (2,2 кг вместо 1,3 кг) в структуре чугуна преобладает перлитная составляющая П60-70 (НВ 241-246).

При исключении операции ковшевого графитизирующего модифицирования ВЧШГ, введение модификатора Glitter в ковш совместно с поздним графитизирующим модифицированием кусковым ферросилицием вызывает повышенное ферритообразование:

доля перлита в структуре сокращается до 15% (НВ 197-207).

Совместное введение в расплав чугуна в ковше модификатора Glitter и ФС75л6 без последующего вторичного модифицирования кусковым ФС75л3 в заливочной чаше формы позволило получить практически полную перлитизацию металлической матрицы ВЧШГ (П95) при твёрдости НВ 255-272.

Таким образом, модификатор Glitter в зависимости от стадийности ввода с графитизирующим модификатором или без него может быть использован для изменения механических свойств ВЧШГ и получения практически любой структуры металлической основы (от чисто перлитной до ферритной).

В качестве альтернативы вторичному графитизирующему модифицированию ВЧШГ кусковым ферросилицием была разработана технология модифицирования брикетами из отсевов производства графитизирующих модификаторов (ФС75, ФС65Ба1 и др.). Технология изготовления брикетов из ферросилиция с добавками активных элементов для вторичного графитизирующего модифицирования ВЧШГ является как ресурсосберегающей, так как при этом используются отходы основного производства, так и энергосберегающей - в результате ухода от переплава отходов (отсевов) и связанного с этим дополнительного расхода энергоносителей.

К отработке были предложены 2 схемы вторичного модифицирования - в заливочной чаше и внутри формы. По результатам испытаний установлена кинетика растворения брикета в расплаве чугуна. Процесс протекает в несколько этапов: начало формирования («намораживания») на поверхности брикета корочки чугуна; её рост до полного обволакивания брикета; вскипание связующих веществ на поверхности брикета; разделение брикета на фрагменты и автономное растворение фрагментов брикета.

Анализ полученных результатов показывает, что возникающая в некоторых случаях недостаточная степень сфероидизации графита в чугуне отливки связана с нестабильностью растворения брикета из-за неточного дозирования связующих компонентов. При этом возможны два случая:

- преждевременное растворение брикета за время наполнения формы из-за недостаточного количества связующих материалов и/или высокой температуры заливаемого чугуна;

- неполное растворение брикета за время наполнения формы из-за избыточного содержания связующих материалов и/или низкой температуры заливаемого чугуна.

Таким образом, успешное применение брикетированных отсевов производства модификаторов для вторичного модифицирования ВЧШГ возможно только при строгом контроле количества связующих веществ, давления прессования, а также определения для каждой отливки необходимой температуры заливки чугуна с точки зрения пролонгированного и, в то же время, полного растворения брикета за время заполнения формы. При достижении таких условий кинетика растворения брикета будет сопоставима с кинетикой растворения кускового ферросилиция.

В ходе выполнения исследований установлено, что применение литых быстроохлаждённых вставок на основе ферросилиция для графитизирующего внутриформенного модифицирования позволяет улучшить форму шаровидного графита (преобладание формы ШГф5), продлить действие магниевого модификатора, уменьшить размер и обеспечить равномерное распределение графита по объёму металлической матрицы, предупредить появление цементита и подавить появление крупнодисперсных ферритных областей. Дополнительно достигнута высокая прочность и полностью перлитная структура в отливках из ВЧШГ высоких марок. Достижение такого комплексного эффекта объясняется мелкодисперсной структурой литой вставки, отливаемой в водоохлаждаемый кокиль.

На первом этапе была реализована попытка с помощью литых вставок получить в литье структуру, соответствующую нормативам для нормализованных отливок «Вал коленчатый» с содержанием равномерно распределённого феррита в структуре чугуна не более 8%. Стендовые натурные испытания показали преодоление деталью требуемых 6часов ходимости. Испытания на усталостную долговечность показали, что все три детали выдержали 90 тыс., 111 тыс. и 140 тыс. циклов до разрушения.

На втором этапе работы была решена задача получения требуемых характеристик структуры и свойств чугуна в отливках только за счёт использования быстроохлаждённой литой вставки без первичного графитизирующего модифицирования и нормализации.

Показано, что внутриформенное модифицирование ВЧШГ литыми вставками позволяет повысить временное сопротивление деталей «Вал коленчатый» в литом состоянии в среднем на 7 кгс/мм2, а в нормализованном - в среднем на 4 кгс/мм2.

Шестая глава посвящена изучению структурообразования в СЧПГ при графитизирующем модифицировании с учётом конструкционных особенностей отливки и её химического состава.

Для получения объективной информации о влиянии на структурообразование чугуна активных добавок, входящих в состав графитизирующих модификаторов, были проведены сравнительные производственные испытания на одной и той же детали из чугуна одной марки. Сопоставительные испытания были проведены на сером чугуне марки Gh190B для отливки «Блок цилиндров» при использовании трёх видов модификаторов ФС65Ба1, ФС75СтЦр и ФС75Ба2,5.

На первом этапе проведено подробное изучение модифицирующей способности модификаторов ФС75СтЦр и ФС75Ба2,5. Металлографический анализ чугуна отливок показал (рис. 12), что при использовании модификатора ФС75Ба2,5 в отличие от ФС75СтЦр форма графита даже в зоне литейной корки гильзы цилиндров не междендритная (ПГр8, ПГр9), а равномерно распределённая, без преимущественного направления (ПГр1).

(а) (б) Рис. 12. Графит (1000,33) в микроструктуре опытной отливки блока цилиндров (а) и в микроструктуре зоны припуска на механическую обработку (б) На втором этапе установлено снижение расхода модификатора ФС75Ба2,5 по сравнению с ФС75СтЦр примерно на 20%. Металлографический анализ одной из отливок опытной партии показал полное соответствие микроструктуры и механических свойств установленному нормативу.

На третьем этапе работ были проведены расширенные производственные испытания модификатора ФС75Ба2,5 без добавления графита в зёрнах при расходе 3…4 кг на ковш.

Снижение в 2 раза количества возвращенных ковшей при использовании модификатора ФС75Ба2,5 показывает его высокую эффективность, обеспечивающую стабильность процесса модифицирования по сравнению с ФС75СтЦр + графит в зёрнах.

Таким образом, по результатам расширенных производственных испытаний данных модификаторов подтверждено влияние содержания кремния, а также количества и вида активных добавок на эффект графитизирующего модифицирования.

При графитизирующем модифицировании чугуна в ковше микроструктура поверхностных слоёв и на глубине в достаточно крупных отливках, например, «Блок цилиндров», характеризуется неоднородным распределением графита и наличием свободного феррита. Одним из возможных вариантов подавления свободного феррита является микролегирование. При доведении в чугуне Gh190B содержания меди до 0,4% и олова до 0,13% свободный феррит в отливках «Блок цилиндров» был устранён. Другим возможным вариантом снижения содержания феррита является уменьшение дозы вводимого модификатора, однако при этом повышается вероятность получения отбела. Для преодоления этого противоречия опробовано вторичное внутриформенное модифицирование литыми вставками на основе ферросилиция с активными графитизирующими добавками. Для удобства установки в нижнюю полуформу литая вставка была совмещена с керамическим фильтром в виде комбифильтра. Наличие в составе модификатора Ca, Mn, РЗМ позволило снизить массу литой вставки до 0,1% (110 г) от металлоёмкости литниковой системы. Результаты исследований показали, что наиболее приемлемым вариантом для эффективного модифицирования низкосернистого чугуна для крупногабаритных отливок является следующая двухступенчатая схема: ФС40РЗМ10 в количестве 1,0 кг в ковш + литая вставка массой 110 г в форму.

В технологии получения мелкого тонкостенного литья из серого чугуна с повышенным содержанием серы - 0,06…0,08%, например, отливок «Поршневое кольцо», ввиду высоких требований к качеству структуры и свойств совместно применяется смесь следующих модификаторов - ФС65Ба1 и комплексного модификатора ФС30У60, состоящего, в свою очередь, из ферросилиция, силикокальция и графита. Общая масса навески данного смесевого модификатора - около 1,1 кг. Несмотря на то, что сера снижает жидкотекучесть чугуна и несколько повышает его склонность к отбелу, в сером чугуне для мелких тонкостенных отливок она позволяет формировать регламентируемый нормативом розеточный ПГр7 мелкодисперсный графит ПГд15-25. Совместное применение модификаторов ФС65Ба1 и ФС30У60 в данном случае позволяет увеличить количество центров кристаллизации графита для обеспечения роста пластинчатого графита в чугуне, снизить степень переохлаждения чугуна в процессе эвтектической кристаллизации, что позволяет свести к минимуму вероятность образования отбела, особенно в тонкостенных отливках, и улучшить обрабатываемость. Однако совместное действие этих модификаторов явилось недостаточно эффективным - уровень литейного брака в виде шлаковых включений и газовых раковин превышает установленный норматив. Указанные недостатки данного комплексного модификатора обусловлены наличием в его составе повышенных концентраций алюминия, вызывающего газовую пористость, и кальция, стимулирующего повышенное шлакообразование при связывании серы. Таким образом, с целью повышения эффективности использования графитизирующего модификатора для высокосернистого чугуна (при содержании серы от 0,05% и выше) необходимо введение в его состав элементов, имеющих высокое сродство к сере, при максимальном ограничении шлакообразующих (барий и кальций) и газообразующих элементов (алюминий).

Для опробования были взяты модификаторы ФС75Ст и ФС75СтЦр. Анализ результатов заливки опытно-промышленной партии поршневых колец с применением опытных модификаторов показал: снижение на 21% внутреннего литейного брака и на 33% - внешнего брака при механической обработке; высокую эффективность опытного модификатора при обработке расплава серого чугуна марки СЧ40, что дало возможность снизить его навеску до 0,4 кг; снижение отбела в микроструктуре отливок с 0,06% до 0,003%.

При исследовании эффективности работы смесевого модификатора на СЧПГ для отливок деталей «Блок цилиндров» усвоение углерода и кремния из модификатора в металле составило 35-65% и 50-100% соответственно. Микроструктура и твёрдость полученных отливок: перлит, феррит до 5%, кромочный цементит на глубину до 2 мм, междендритный графит ПГр8, ПГр9; НВ 229. Одной из версий низкого усвоения мелкодисперсных компонентов модификатора и, как следствие, недостаточного модифицирования чугуна, может быть наличие большого количества фракции, имеющей размер меньше критического, с точки зрения смачивания и растворения в расплаве чугуна, которая выносится на поверхность зеркала металла и сгорает на воздухе. Однако при увеличении размера фракции модификатора теряется эффект кластерного зарождения включений графита.

Таким образом, на практике для составляющих модификатора - мелкодисперсного графита, являющегося кластерными зародышами графитных включений в чугуне и мелкокристаллического кремния, усиливающего образование и рост включений графита, главной проблемой является улучшение их усвоения расплавом. Ввиду того, что в микроструктуре отливки присутствует и феррит и цементит, имело место недомодифицирование расплава. Микроструктуры отливок «Диск сцепления нажимной», полученных при ковшевой обработке расплава чугуна и последующем введении в стояк формы разных количеств смесевого модификатора, приведены на рис. 13.

По результатам испытаний смесевого модификатора на СЧПГ необходимо отметить следующее.

1. Ковшевое модифицирование расплава чугуна материалом МК21 в количестве 0,15% (2 кг) не обеспечило необходимое качество чугуна в отливке. В отливке присутствует поверхностный отбел на глубину 5 мм и графит типов ПГр8, ПГр9 (рис. 13, а); НВ 229.

2. При введении в стояк формы 0,05% (15 г) материала МКМг19 отбел с поверхности уменьшился с 5 до 1,5 мм, а также был устранён междендритный графит ПГр9 (рис. 13, б);

НВ 217-229.

3. Увеличение расхода материала МКМг19 в форму до 0,1% (30 г) позволило полностью устранить свободный цементит и графит ПГр8, следовательно, количества модификатора оказалось достаточным для полноценной обработки расплава, в результате чего переохлаждение чугуна было устранено (рис. 13, в); НВ 207-217.

(а) (б) Рис. 13. Морфология графита в чугуне (1000,33), характерная для отливок 21011601093 «Диск сцепления нажимной», залитых без добавления смесевого модификатора (а), с введением 0,05% (б) и 0,1% (в) МКМг(в) Таким образом, введение 0,1% смесевого модификатора МКМг19 в стояк формы после предварительной ковшевой обработки расплава чугуна в ковше 2 кг ( 0,15%) модификатора МК21, вводимого под струю единой порцией, позволяет получить необходимое качество чугуна в отливке.

При внутриформенном графитизирующем модифицировании серого чугуна смесевым модификатором МКМг19 в отливках был обнаружен междендритный графит, цементит в углу сечения при относительно низкой твёрдости - НВ 197-207 (рис. 14). Следовательно, внутриформенное графитизирующее модифицирование серого чугуна без предварительной обработки графитизатором в ковше неэффективно и нецелесообразно.

Анализ результатов исследований графитизирующей способности модификатора для встречного модифицирования Glitter показал, что его введение в расплав серого чугуна, модифицированного по серийной технологии, позволяет снизить выделение свободного феррита в микроструктуре чугуна на 5% (с 10% до 5% и с 5% до 0) при неизменной твёрдости НВ 207-217, а также способствует получению наиболее благоприятной морфологии графита - ПГр1 (росту более крупных пластинок графита одинакового размера) и более равномерному его распределению по объёму металлической матрицы. Введение модификатора Glitter в ковш с последующим поздним графитизирующим модифицированием позволяет устранить свободный цементит.

(а) (б) Рис. 14. Междендритный графит (а, 1000,33) и цементит (б, 4000,33) в микроструктуре чугуна опытных отливок 2108-3501070 «Диск переднего тормоза» Седьмая глава посвящена методам получения заданного структурного состояния в тяжёлонагруженных деталях из СЧПГ за счёт его микролегирования.

Изучены и представлены три возможных направления улучшения свойств материала в таких деталях (на примере тормозных дисков): оптимизация содержания серы для обеспечения получения необходимого размера и количества включений сульфида марганца;

микролегирование элементами-карбидообразователями для повышения контактной прочности и стабильности перлита при повышенных температурах с учётом их охрупчивающего влияния при превышении допустимой концентрации; снижение содержания кремния при сохранении углеродного эквивалента для повышения трещиностойкости за счёт повышения теплопроводности чугуна и снижения хрупкости ферритной составляющей.

По результатам сравнительных лабораторных испытаний образцов из тормозных дисков с концентрацией серы 0,02%, 0,12%, 0,13% и 0,14% определена необходимая концентрация серы - 0,12%, позволяющая повысить износостойкость чугуна до 2-х раз без снижения механических свойств. Наличие оптимальной концентрации объясняется, с одной стороны, увеличением с ростом содержания серы до 0,12% количества мелкодисперсных включений сульфида марганца, имеющих размеры, не превышающие толщины графитных пластинок (рис. 15), и образующих в рабочем контакте экранирующую термостойкую плёнку с высокой адгезией и смазывающими свойствами, а, с другой стороны, при дальнейшем повышении концентрации серы свыше 0,13% - укрупнением включений сульфида марганца до размеров, превышающих толщину графитных пластин, что приводит к снижению комплекса прочностных и эксплуатационных свойств.

Стендовые испытания серийных и опытных тормозных дисков с содержанием серы 0,02% и 0,12% соответственно проводились по двум методикам:

- по первой методике сравнивали износно-фрикционные свойства тормозных дисков и величину прироста разнотолщинности после испытаний;

- по второй методике проводили сравнительную оценку стойкости серийного и опытного материалов тормозных дисков к усталостному растрескиванию от многократного воздействия резких «тепловых ударов» при торможении с высоких начальных скоростей.

По результатам испытаний для опытных тормозных дисков по сравнению с серийными установлено снижение износа на 40%, прироста разнотолщинности на 50%, уменьшение износа тормозных колодок на 12% при удовлетворительной трещиностойкости.

(а) (б) (в) (г) Рис. 15. Микроструктура чугуна Gh190 (5000,33) при содержании серы 0,02% (а), 0,12% (б), 0,13% (в) и 0,14% (г) Обнаружено, что повышение содержание молибдена и титана до 0,6% и 0,02%, соответственно, увеличивает износостойкость серого чугуна. Увеличение содержания в сером чугуне марганца и хрома по сравнению с их исходными концентрациями также позволяет значительно повысить его износостойкость. Механизм повышения износостойкости за счёт микролегирования элементами-карбидообразователями связан с их стабилизирующим влиянием на структуру и свойства чугуна. Это подтверждено исследованиями микроструктуры после отжига образцов из чугуна Gh190 без дополнительного легирования, а также легированного марганцем и хромом (рис. 16). По сравнению с серийным чугуном Gh190 в чугунах, легированных марганцем и хромом, процесс обезуглероживания резко замедляется, причём влияние хрома более существенно (рис. 16, б).

(а) (б) Рис. 16. Разложение цементита перлита после моделирующего отжига (600°С 1 час) в поверхностных слоях образцов из чугуна Gh190, без дополнительного легирования (а), легированного марганцем (б) и хромом (в) (8000,33) (в) Качественный рентгеноспектральный микроанализ анализ серого чугуна с повышенным содержанием марганца и хрома показывает их неоднородное распределение между ферритом и перлитом (рис. 17). Содержание хрома в перлите существенно выше (рис.

17, б), чем в феррите, за счёт его более высокого содержания в перлитном цементите.

Следовательно, именно хром в большей степени стабилизирует перлитную структуру. При превышении определённой концентрации марганца и хрома в чугуне наблюдается снижение его износостойкости, что можно связать с охрупчиванием.

По результатам испытаний определены диапазоны содержания серы, марганца и хрома при совместном легировании ими чугуна. Установлена необходимая концентрация марганца и хрома при совместном легировании чугуна этими элементами: Mnизб + 2Cr%мас = 1,5%, %мас где Mnизб – количество марганца, не связанного в сульфиды. Увеличение содержания %мас марганца и хрома до этой концентрации приводит к повышению износостойкости СЧПГ, а выше – к её снижению и падению прочностных характеристик.

Серый чугун с пластинчатым графитом, имея постоянный углеродный эквивалент, обладает улучшенными теплофизическими характеристиками (теплопроводностью, коэффициентом линейного расширения) при повышенном содержании свободного графита и пониженном содержании кремния. Вместе с тем уменьшение содержания кремния в металлической матрице позволяет ослабить процесс графитизации чугуна при нагреве и рост содержания феррита.

В диапазонах содержания углерода от 3 до 4% и кремния от 1 до 3%, теплопроводность чугуна , Вт/(мК) может быть оценена с достаточной степенью точности по следующему уравнению регрессии:

= 17,4(%C) - 6,3(%Si).

(а) (б) (а) (б) Рис. 17. Качественный микрорентгеноспектральный анализ образцов из чугуна Gh190, легированного марганцем (1,09%, а) и хромом (0,58%, б) (8000,33) Таким образом, повышение трещиностойкости вентилируемых тормозных дисков возможно за счёт улучшения теплофизических свойств чугуна с увеличением содержания углерода и снижением содержания кремния при неизменном углеродном эквиваленте. При увеличении содержания углерода и снижения содержания кремния повышается прочность и теплопроводность, а за счёт этого и трещиностойкость чугуна без ухудшения остальных его характеристик и показателей.

По результатам сравнительных испытаний на трещиностойкость двух серийных и двух опытных дисков установлено, что внешняя и внутренняя рабочие поверхности серийных дисков были покрыты сеткой трещин; из двух опытных дисков только на внешней стороне одного образовались единичные трещины.

Установлена зависимость трещиностойкости СЧПГ от содержания углерода и кремния при неизменном углеродном эквиваленте. Обеднение по кремнию феррита перлита при одновременном увеличении содержания свободного графита благотворно влияет как на теплофизические (за счёт высокой теплопроводности графита и феррита с низким содержанием кремния), так и на износно-фрикционные свойства чугуна (за счёт пониженной хрупкости феррита с низким содержанием кремния и повышенного содержания свободного графита, являющегося твёрдой смазкой).

В восьмой главе изложена технология получения ответственных отливок из ВЧШГ с высокими пластическими характеристиками.

Для первичного опробования на этапе изготовления опытных образцов высоконагруженных деталей шасси «Кулак поворотный» и «Корпус подшипника ступицы заднего колеса» для новой модели ВАЗ-2116, работающих в условиях знакопеременного нагружения, и оценки их работоспособности в качестве материала был выбран высокопрочный чугун на ферритной основе марки ВЧ40. Критериями оценки материала опытных отливок определены: металлическая основа - феррит; относительное удлинение (, %) 15%. Для стабильного ведения процесса изготовления отливок были составлены рекомендации к используемым шихтовым материалам, углеродному эквиваленту чугуна в печи и в ковше. Разработанная и опробованная технологическая схема подготовки расплава и последующего модифицирования позволяет получить высокопрочный чугун марки ВЧ(в = 46-50 кгс/мм2, = 15,0-24,4%; НВ 170-185) в условиях единичного и мелкосерийного производства. Представлены комплексные рекомендации для промышленного использования разработанной технологии, касающиеся допустимого уровня примесей в шихтовых материалах (передельный чугун с низким (до 0,01%) содержанием серы, нелегированные стальные отходы (типа КСО-А), использование только собственного возврата), способа сфероидизирующего модифицирования чугуна, назначения вида термообработки в случае использование в составе шихты легированных стальных отходов.

В Заключении сделано обобщение комбинированного влияния различных технологических параметров на структуру и свойства конструкционных чугунов в отливках деталей машиностроения при их модифицирующей и микролегирующей обработке.

Составлены сводная таблица (табл. 2) с перечнем исследованных материалов и технологий модифицирования и микролегирования чугунов, достигнутым эффектом и оптимальной областью их применения и диаграмма причинно-следственных связей (диаграмма Исикавы) (рис. 18) комплексного влияния рассматриваемых в работе технологических параметров на получение требуемых структуры и свойств чугунов в литом состоянии.

Таблица 2. Исследованные материалы и технологии модифицирования и микролегирования чугунов.

№ Область Материалы Фракция Технология Достигаемый эффект п/п применения в = 86-92 кгс/мм2, НВ Cu-Mg-РЗМ, Cu-Ni269-298, = 3,6-6,0%;

1 Mg-РЗМ, Fe-Si-Cu- кусок Ковшевое модифицирование ВЧ ВЧ70 и выше ССГ – 90%;

Mg-РЗМ перлитизация Ковшевое модифицирование ВЧ:

ВЧ50, «заливка сверху», «контейнерная НВ 170-249;

2 ФСМг6, ФСМг6Ла 4-32 мм Gh56-40-05, технология, «сэндвич»-процесс, ССГ 80% Gh65-48-«ковш с крышкой» НВ 229-239; ВГф2, Ковшевое модифицирование ЧВГ 3 ФСМг4,5РЗМ4,5 1-5 мм ВГф3; выравнивание ЧВГ(«заливка сверху») структуры в = 60-67 кгс/мм2, НВ Внутриформенное 198-249, = 5-6%; ССГ4 ФСМг5,5Ла 1-4 мм ВЧ всех марок модифицирование ВЧ 90%; подавление усадки в = 48,5-51,0 кгс/мм2, НВ 229-255, = 1,2Внутриформенное ЧВГ всех 5 ФСМг6РЗМ1,5 1-4 мм 1,6%; ВГф2, ВГф3;

модифицирование ЧВГ марок выравнивание структуры Внутриформенное в = 44 кгс/мм2, НВ 239модифицирование ЧВГ с ЧВГ всех 244, = 1,2%; ВГф2, 6 ФС50РЗМ20 1-4 мм предмодифицированием кусковым ВГф3; выравнивание марок ФС в чаше формы структуры НВ 182-255; ШГф4, 1-5 мм Первичное модифицирование снижение НВ 7 ФС55Ба22 НВ 202-272; ШГф5, ВЧ всех марок кусок Вторичное модифицирование повышение НВ, 150-200 г перлитизация Графитизирующее модифицирование ВЧ в стояке Устранение отбела, ВЧ70 и выше формы перлитизация; ВЧ: в = Смесевой 79 кгс/мм2, НВ 239-255, 8 7-30 мкм Комбинированное модификатор (МК) СЧ на = 9,6%; СЧ: НВ 197графитизирующее перлитной 2модифицирование СЧ в ковше и основе стояке формы Брикеты из отсевов Вторичное графитизирующее модификаторов 0-1, 0-4, 1-4, НВ 170-249; устранение 9 модифицирование (в чаше или ВЧ всех марок отбела, ССГ – 90% ФС75, ФС65Ба1, 1-5 мм внутри формы) ФС65БаВЧ: устранение отбела, перлитизация или ВЧ всех марок Модификатор Glitter ферритизация; НВ 197Ковшевое графитизирующее 210 для встречного - модифицирование ВЧ и СЧ модифицирования СЧ: устранение отбела, СЧ на перлитизация, ПГр1, перлитной ПГф1; НВ 207-2основе ВЧ: перлитизация без нормализации, Литые упразднение ковшевого ВЧ70 и выше быстроохлаждённые графитизирующего Вторичное графитизирующее модифицирования, ССГ 11 вставки на основе ФС 110 г (0,1%) модифицирование ВЧ и СЧ – 90% с активными СЧ: устранение отбела, СЧ на добавками перлитизация, ПГр1, перлитной ПГфоснове ПГр1, ПГф1, ФС65Ба1, Ковшевое графитизирующее устранение отбела, 12 ФС75СтЦр, 1-5 мм СЧ всех марок модифицирование СЧ шлакообразования и ФС75Ба2,газовой пористости Повышение износостойкости СЧ при лабораторных СЧ на 13 ФСу, ФМн, ФХ - Печное микролегирование СЧ испытаниях в 2 раза, на перлитной стенде на 40%, основе увеличение трещиностойкости Структура и свойства конструкционных чугунов в литом состоянии Модифицирование Сфероидизирующее Химический состав Фракционный состав Графитизирующее Плотность Микролегирование Рис. 18. Диаграмма причинно-следственных связей (диаграмма Исикавы) комплексного влияния технологических параметров на получение требуемых структуры и свойств чугунов в литом состоянии Основные результаты и выводы:

1. Установлено влияние лантана на образование большого количества мелких глобулей вторичного графита и конгломератов крупных глобулей первичного графита, имеющих бимодальное асимметричное статистическое распределение по диаметру включений. При этом одна мода соответствует выделениям глобулей первичного графита, а вторая – вторичного (меньшего размера). Образование конгломератов глобулей первичного графита объясняется уменьшением скорости их роста, что повышает вероятность коагуляции (сгущения) графитных глобулей в жидком расплаве без коалесценции. Снижением скорости роста графита также объясняется задержка выделения графита из аустенита и формирование мелких глобулей вторичного графита. Более позднее по времени выделение вторичного графита компенсирует усадочные процессы в отливке в момент прекращения функционирования прибылей, что обеспечивает снижение пористости и повышение механических свойств чугуна. По сравнению с классическим ФСМг7 магниевый модификатор с лантаном обеспечил в 1,75 раза большее количество глобулей графита. За счёт торможения лантаном процесса выделения и роста графитных включений усадка в отливках из ВЧШГ снижена более, чем в 3 раза.

2. При получении ВЧШГ в зависимости от стадийности ввода одного и того же графитизирующего модификатора (ФС55Ба22) меняются механические свойства и морфология шаровидного графита: раннее (ковшевое) введение графитизирующего модификатора в расплав в отличие от позднего (в заливочной чаше формы) способствует снижению твёрдости чугуна (НВ 182-255 вместо НВ 202-272), уменьшению в В ковше В куске Проволокой с наполнителем В крупке Технологические факторы Модификатор Мелкодисперсный В печи В ковше Внутри формы В струе Виды модифицирования На фильтре Проволокой с наполнителем Внутри формы В чаше формы Лёкгий Тяжёлый Чистые металлы «Тяжёлые» лигатуры Состав шихты (исходный химический состав расплава чугуна в печи) Ферросплавы микроструктуре количества перлитной составляющей (П30-80 вместо П45-80) с преобладанием более мелкой (ШГд45) неправильной формой графитных включений ШГф4.

Механизм влияния стадийности ввода бария заключается следующем. При позднем введении бария в расплав ВЧШГ создаётся его избыточная концентрация, превышающая необходимую для связывания в химические соединения поверхностно-активных примесей (O, S и др.). Избыточный барий тормозит рост графитных включений за счёт снижения к ним диффузии углерода из расплава. Оставшийся в аустените углерод способствует формированию перлитной металлической основы. Повышая поверхностное натяжение расплава чугуна, барий позволяет сформировать правильную шаровидную форму графита ШГф5 даже при недостатке растворённого магния. При раннем введении бария в расплав ВЧШГ происходит полное связывание адсорбированных на графитных включениях поверхностно-активных примесей, за счёт чего происходит их очищение и дальнейший рост за счёт диффузии углерода из расплава при формировании преимущественно ферритной структуры. Постепенное уменьшение в расплаве чугуна содержания магния и бария вызывает снижение поверхностного натяжения, что приводит к нарушению равномерного роста базисных плоскостей шаровидного графита на конечной стадии его формирования и получению неправильной объёмной формы ШГф4.

3. Экспериментально доказано, что при графитизирующем модифицировании низкосернистого чугуна модификатором ФС75Ба2,5 морфология графита как в теле отливки, так и в литейной корке (зоне припуска) представлена равномерно распределённой формой ПГр1; при обработке расплава модификатором ФС75СтЦр в литейной корке графит представлен междендритными формами ПГр8, ПГр9. Подтверждён вклад содержания кремния, а также количества и вида активных добавок на эффект графитизирующего модифицирования. Учитывая высокое содержание в обрабатываемом чугуне азота, попадающего при заливке форм в расплав из высокоазотистых стержневых смесей, установлено, что влияние циркония, связывающего азот в соединение ZrN2, являющееся зародышем графитного включения, нивелируется влиянием несвязанного в сульфиды свободного стронция, ввиду низкого содержания серы в чугуне - до 0,06%. Разработаны технологические схемы графитизирующего модифицирования СЧПГ в зависимости от содержания серы и габаритов получаемых отливок.

4. На практике доказано, что позднее графитизирующее модифицирование ВЧШГ литыми быстроохлаждёнными внутриформенными вставками на основе ФС75 с добавками алюминия, кальция и РЗМ позволяет полностью исключить использование графитизирующего модификатора для первичной ковшевой обработки чугуна, а также позволяет получать бесферритную микроструктуру в литом состоянии, соответствующую нормализованной. Опытные детали «Вал коленчатый», полученные по данной технологии, успешно прошли испытания на ходимость (600 ч) и усталостную долговечность (90-140 тыс.

циклов).

5. Предложены и реализованы подходы к микролегированию СЧПГ в отливках, работающих в сложных эксплуатационных условиях (на примере тормозного диска), с целью повышения основных и специальных свойств. Показано, что процессы, вызывающие снижение поверхностной прочности из-за изменения структуры чугуна могут быть существенно замедлены путём введения элементов-карбидообразователей. Определена зависимость поверхностной прочности СЧПГ от совместного содержания марганца и хрома.

Описан механизм влияния количества и размеров сульфидов марганца (MnS) на повышение износостойкости деталей из СЧПГ (до 2-х раз), заключающийся, с одной стороны, в усилении смазывающего эффекта, обусловленного образованием и ростом сульфидов марганца до размеров толщины графитных пластин при содержании серы до 0,12%, а с другой - появлением охрупчивания при превышении размеров сульфидами марганца свыше толщины графитных пластин. Исходя из требуемого размера сульфидов марганца, подобран необходимый диапазон содержания серы - 0,11…0,13%. Установлена зависимость повышения трещиностойкости СЧПГ от увеличения содержания углерода (до 3,7%) и снижения содержания кремния (до 1,3%) при неизменном углеродном эквиваленте. При уменьшении концентрации кремния в феррите перлита увеличивается его пластичность, а повышение содержания свободного графита в матрице чугуна усиливает смазывающий эффект, что в результате приводит к повышению теплопроводности, обусловливая повышение трещиностойкости.

6. Описаны и систематизированы все разновидности «тяжёлых» лигатур на никель и/или медной основах с позиций модифицирующей и микролегирующей способности.

Установлено, что при правильно подобранном расходе «тяжёлая» лигатура Cu-Mg-РЗМ и самая экономичная «тяжёлая» лигатура Fe-Si-Cu-Mg-РЗМ эквивалентны по своей эффективности (расход 0,83%). Показано, что применение «тяжёлой» лигатуры Cu-Mg-РЗМ наиболее целесообразно при получении отливок из высоких марок ВЧШГ, начиная с ВЧ70, с нормализацией при более низких, по сравнению с лигатурой Ni-Mg-Ce, температурах - порядка 870°С.

7. Разработаны и внедрены в производство равнозначные по эффективности технологии получения отливок из ВЧШГ низких марок и ЧВГ - «заливка сверху» и «контейнерная технология». Оптимизирован расход «лёгкой» лигатуры типа ФСМг, обеспечивающий необходимое качество модифицирования: для ЧВГ40 - 0,67%, для ВЧ50 - 1,33-1,42%. Установлено, что данные технологии позволяют обеспечить требуемые механические свойства и микроструктуру чугуна в отливках (для ЧВГ40: НВ 187-239, ВГф2, ВГф3; для ВЧ50: НВ 170-229, ССГ 80%).

8. Разработаны и опробованы составы модификаторов для получения отливок из ЧВГ внутриформенным модифицированием: магнийсодержащего - ФСМг6РЗМ1,5 и безмагниевого - ФС50РЗМ20. Использование данных модификаторов позволяет получить требуемые механические свойства (ФСМг6РЗМ1,5: в = 48,5-51,0 кгс/мм2, = 1,2-1,6%, НВ 229-255; ФС50РЗМ20: в = 44 кгс/мм2, = 1,2%, НВ 239-244), устранить расслоение графита и разброс значений твёрдости как по длине, так и по сечению отливки, а также заметно снизить загрязнение тела отливки шлаковыми включениями - продуктами реакции активных элементов модификатора с примесями. Применение модификатора ФС50РЗМ20 позволяет стабильно получать вермикулярную форму графита при проведении предмодифицирующей обработки в заливочной чаше формы кусковым ФС75.

9. Установлены особенности каталитического влияния ПАЭ - Bi и Te - на структурообразование чугунов в зависимости от стадийности ввода с графитизирующим модификатором или без него с целью получения требуемой или стабилизации литой структуры чугуна. При введении Bi и Te совместно с графитизирующим модификатором на ранней стадии (ковшевом модифицировании) они консервируют находящиеся в расплаве ЦЗГ, представляющие собой как недорастворившиеся включения графита, привнесённые из шихты, так и продукты реакции графитизирующего модификатора с примесями чугуна, и препятствуют как их дальнейшему росту, так и их растворению в расплаве. Эффект проявляется в измельчении графитной фазы, увеличении длительности графитизирующего эффекта и перлитизации структуры чугуна. При введении Bi и Te в расплав чугуна на ранней стадии и последующем его графитизирующим модифицировании на поздней стадии (в предкристаллизационный период) ПАЭ консервируют только находящиеся в расплаве недорастворившиеся включения графита, перешедшие из шихты, после чего за счёт графитизирующего эффекта разблокируются уже существующие и формируются новые ЦЗГ из продуктов реакции графитизирующего модификатора с примесями чугуна. При этом структура чугуна может меняться от чисто ферритной (Ф85, НВ 197-207) до перлитной (П95, НВ 255-272).

10. Разработаны технологические схемы получения отливок из ВЧШГ высоких марок (свыше ВЧ70): сфероидизирующая ковшевая обработка + последующее введение в стояк формы 0,15% графито-кремниевого смесевого модификатора с магнием МКМг19 и отливок из СЧПГ: графитизирующая ковшевая обработка 0,17% графито-кремниевым смесевым модификатором МК21 под струю единой порцией + последующее введение в стояк формы 0,1% графито-кремниевого смесевого модификатора с магнием МКМг19.

11. Разработаны, опробованы и внедрены способы ковшевого модифицирования ВЧШГ основе базовой технологии «сэндвич»-процесс, органично вписывающиеся в существующую схему производства чугунного литья с задействованием базового оборудования и оснастки, для получения отливок деталей новой конструкции в объёме мелких серий. Разработана технология получения мелких серий ответственных отливок из ВЧШГ ферритного класса с высокими пластическими характеристиками на примере деталей новой модели ВАЗ-21«Кулак поворотный» и «Корпус подшипника ступицы заднего колеса», обеспечивающая получение требуемых механических свойств: в = 46-50 кгс/мм2, = 15,0-24,4%; НВ 170-185.

Сформулированы комплексные рекомендации для промышленного использования разработанной технологии.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Болдырев Д. А., Давыдов С. В. «Тяжёлые» лигатуры для получения отливок из высокопрочного чугуна высоких марок и их особенности // Заготовительные производства в машиностроении. - 2008. - №10. - С. 13-2. Болдырев Д. А., Давыдов С. В. Экономическая целесообразность применения лигатур, содержащих дефицитный элемент // Заготовительные производства в машиностроении. - 2008. - №9. - С. 12-3. Болдырев Д. А., Давыдов С. В. Внутриформенное модифицирование чугуна с вермикулярным графитом // Заготовительные производства в машиностроении. - 2008. - №2. - С.

7-4. Болдырев Д. А., Давыдов С. В., Сканцев В. М. Основные принципы экономической оценки эффективности внедрения новых типов модификаторов в чугунолитейном производстве // Заготовительные производства в машиностроении. - 2007. - №9. - С. 9-5. Болдырев Д. А. Повышение работоспособности и ресурса пары трения «тормозной диск - колодка» // Автомобильная промышленность. - 2006. - №5. - С. 21-6. Болдырев Д. А. Комплекс мероприятий по повышению работоспособности и ресурса тормозных дисков // Вестник машиностроения. - 2006. - №4. - С. 80-7. Болдырев Д. А. Мероприятия по повышению работоспособности и ресурса тормозных дисков // Тяжёлое машиностроение. - 2006. - №3. - С. 8. Болдырев Д. А. Ковшовое модифицирование высокопрочного чугуна по технологии «сандвич-процесс» // Заготовительные производства в машиностроении. - 2006. - №1. - С. 3–9. Болдырев Д. А. Изготовление из высокопрочного чугуна деталей автомобиля // Заготовительные производства в машиностроении. - 2005. - №10. - С. 3–10. Болдырев Д. А., Криштал М. М., Цалина Н. Б., Выбойщик М. А. Сравнительный анализ и пути уменьшения износа серых перлитных чугунов // Тяжёлое машиностроение. - 2003. - №9. - С.

24-11. Болдырев Д. А., Давыдов С. В. Технология получения ЧВГ в отливках при внутриформенном модифицировании сплавами Fe-Si-РЗМ // Литейщик России. - 2009. - №1. - С.

24-12. Болдырев Д. А., Давыдов С. В. Изготовление деталей шасси автомобиля из ВЧШГ ферритного класса // Литейщик России. - 2008. - №9. - С. 54-13. Болдырев Д. А., Давыдов С. В. Разработка и внедрение технологии ковшового модифицирования «заливка сверху» для получения отливок из чугуна с компактным графитом низких марок // Литейщик России. - 2008. - №8. - С. 27-14. Болдырев Д. А., Давыдов С. В., Рябчиков И. В., Усманов Р. Г. Исследование эффективности высокобаристого ферросилиция на ранней и поздней стадии графитизирующей обработки высокопрочного чугуна // Литейщик России. - 2008. - №2. - С. 15-15. Болдырев Д. А., Чайкин А. В. Особенности графитизирующего модифицирования серого чугуна смесевыми модификаторами // Литейное производство. - 2007. - №10. - С. 40-16. Чайкин В. А, Болдырев Д. А., Чайкина Н. В. Особенности графитизирующего модифицирования высокопрочного чугуна смесевыми модификаторами в условиях ОАО «АВТОВАЗ» // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И.

Носова. - Магнитогорск: МГТУ. - 2007. - Вып. 4. - С. 53-17. Болдырев Д. А., Давыдов С. В. Износостойкость тормозных дисков из чугуна с оптимизированным углеродным эквивалентом // Литейщик России. - 2007. - №11. - С. 9-18. Болдырев Д. А., Чайкина Н. В. Особенности графитизирующего модифицирования высокопрочного чугуна смесевыми модификаторами // Литейщик России. - 2007. - №10. - С. 16-19. Болдырев Д. А. Технико-экономический макрокритерий оценки эффективности альтернативного модификатора // Литейщик России. - 2007. - №6. - С. 21-20. Болдырев Д. А., Чайкин А. В. Новые смесевые модификаторы для инокулирующей обработки чугунов // Литейщик России. - 2007. - №3. - С. 32-21. Болдырев Д. А. Новые эффективные модификаторы и технологии модифицирования чугунов // Литейное производство. - 2006. - №12. - С. 9-22. Болдырев Д. А., Цалина Н. Б. Внутриформенное модифицирование высокопрочного чугуна литыми вставками при производстве коленвалов // Литейное производство. - 2006. - №9. - С. 2-23. Болдырев Д. А., Сафонов П. Б. О модифицировании серого чугуна для отливок блоков цилиндров // Литейное производство. - 2006. - №8. - С. 5-24. Болдырев Д. А. Внутриформенное модифицирование чугуна магниевым модификатором с лантаном // Литейное производство. - 2006. - №5. - С. 10-25. Болдырев Д. А. Высокоуглеродистый низкокремнистый чугун для тормозных дисков // Литейное производство. - 2005. - №12. - С. 26. Крючков Ю. П., Болдырев Д. А. Компакт-процесс сфероидизирующей обработки расплава чугуна магнийсодержащим модификатором // Металлург. - 2005. - №9. - С. 27. Болдырев Д. А. Чугун для тормозных дисков с повышенными износо-фрикционными и вибропоглощающими свойствами // Литейное производство. - 2005. - №5. - С. Прочие публикации:

28. Болдырев Д. А. Освоение и внедрение технологии модифицирования «заливка сверху» для получения отливок из высокопрочного чугуна низких марок // IV Международная научнопрактическая конференция «Прогрессивные литейные технологии»: Труды конференции. - М.:

МИСиС. - 2007. - С. 66-29. Болдырев Д. А. Освоение новых модификаторов и технологий модифицирования для получения литых заготовок в чугунолитейном производстве ОАО «АВТОВАЗ» // 2-й Литейный консилиум «Теория и практика металлургических процессов при производстве отливок из чёрных сплавов»: Сборник трудов. - Челябинск: ООО «ИЦМ». - 2007. - С. 109-130. Болдырев Д. А., Крючков Ю. П. Контейнерная технология сфероидизирующего модифицирования ВЧШГ // 6-я Всероссийская научно-практическая конференция «Литейное производство сегодня и завтра»: Сборник трудов. - Санкт-Петербург: СПбГПУ. - 2006. - С. 99-131. Болдырев Д. А. Особенности получения отливок из ВЧШГ по технологии ковшевого модифицирования на основе «сэндвич»-процесса // 6-я Всероссийская научно-практическая конференция «Литейное производство сегодня и завтра»: Сборник трудов. - Санкт-Петербург:

СПбГПУ. - 2006. - С. 95-32. Болдырев Д. А. Эффективные методы повышения износостойкости деталей из серого чугуна, работающих в условиях сухого абразивного трения и теплосмен // XVI Петербургские чтения по прочности, посвящённые 75-летию со дня рождения В. А. Лихачёва: Сборник тезисов. - Санкт-Петербург. - 2006. - С. 33. Болдырев Д. А., Цалина Н. Б. Оптимизация технологических параметров модифицирования серого специального чугуна марки СЧ40 для поршневых колец // II Международная школа «Физическое материаловедение», XVIII Уральская школа металловедовтермистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов»: Сборник тезисов. - Тольятти: ТГУ. - 2006. - С. 34. Болдырев Д. А. Особенности влияния нормализации на структуру и свойства отливок из чугуна с вермикулярным графитом // II Международная школа «Физическое материаловедение», XVIII Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов»: Сборник тезисов. - Тольятти: ТГУ. - 2006. - С. 35. Болдырев Д. А. Расчёт элементов литниковой системы для внутриформенного модифицирования ВЧШГ // III Международная научно-практическая конференция «Прогрессивные литейные технологии»: Труды конференции. - М.: МИСиС. - 2005. - С. 44-36. Болдырев Д. А., Криштал М. М. Влияние марганца и хрома на механические свойства и износостойкость серого чугуна в паре «тормозной диск - колодка» // I Международная школа «Физическое материаловедение»: Сборник тезисов. - Тольятти: ТГУ. - 2004. - С. 37. Болдырев Д. А., Криштал М. М. Реальный процесс трения в паре «тормозной диск - колодка» // I Международная школа «Физическое материаловедение»: Сборник тезисов. - Тольятти:

ТГУ. - 2004. - С. 38. Болдырев Д. А., Криштал М. М., Цалина Н. Б. Влияние серы на износостойкость серого чугуна в паре трения «тормозной диск - колодка» // I Международная школа «Физическое материаловедение»: Сборник тезисов. - Тольятти: ТГУ. - 2004. - С. 39. Болдырев Д. А., Криштал М. М., Полунин В. И., Цалина Н. Б. Повышение износостойкости материала вентилируемых тормозных дисков легковых автомобилей // V Научнопрактическая конференция молодых специалистов ОАО «АВТОВАЗ» «Технологии настоящего и будущего в ОАО «АВТОВАЗ»: Сборник докладов. - Тольятти: АВТОВАЗ. - 2004. - С. 48-40. Болдырев Д. А., Криштал М. М., Полунин В. И., Цалина Н. Б. Оптимизация материалов пары трения «тормозной диск – колодка» // 2-я Международная научно-практическая конференция «Материалы в автомобилестроении»: Сборник материалов. - Тольятти: АВТОВАЗ. - 2003. - С.

158-141. Криштал М. М., Болдырев Д. А., Выбойщик М. А. Механизм снижения износостойкости серого чугуна в процессе его эксплуатации в паре трения «тормозной диск – колодка» // XV Международная конференция «Физика прочности и пластичности материалов»: Сборник тезисов. - Тольятти: ТГУ. - 2003. - Ч. 3. - С. 43-42. Болдырев Д. А., Цалина Н. Б., Криштал М. М., Выбойщик М. А. Влияние микролегирующих добавок на износостойкость серого чугуна при работе в паре с фрикционным материалом // XV Международная конференция «Физика прочности и пластичности материалов»:

Сборник тезисов. - Тольятти: ТГУ. - 2003. - Ч. 3. - С. 42-43. Болдырев Д. А., Криштал М. М., Цалина Н. Б., Выбойщик М. А. Повышение износостойкости пары «тормозной диск – колодка» автомобилей ВАЗ: взаимосвязь состава, структуры и эксплуатационных свойств материалов пары трения // XV Международная конференция «Физика прочности и пластичности материалов»: Сборник тезисов. - Тольятти: ТГУ.

- 2003. - Ч. 3. - С. 41-БОЛДЫРЕВ Денис Алексеевич Комбинированное влияние технологических параметров модифицирования и микролегирования на структуру и свойства конструкционных чугунов АВТОРЕФЕРАТ Подписано в печать «____» _____________. Формат бумаги 6084/Печать оперативная. Усл. п. л. 2,34.

Тираж 120 экз.

ЦНИИчермет им. И. П. Бардина 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.