Влияние переохлаждения расплава при затвердевании на структуру чугуна крупных цилиндровых отливок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние переохлаждения расплава при затвердевании на структуру чугуна крупных цилиндровых отливок

В.П. Мельников

Аннотация

Исследовано влияние интенсивности охлаждения расплава в песчаной литейной форме с подогревом до 100 С и в литейной форме из диатомитового кирпича с подогревом до 566 С на формирование структуры чугуна. Определены температуры кристаллизации чугуна и количественные параметры микроструктуры.

При производстве отливок «цилиндровая втулка» малооборотных судовых дизелей большой мощности для обеспечения надлежащей износостойкости к микроструктуре чугуна предъявляют повышенные требования.

Однако производство крупных толстостенных цилиндров из перлитного серого чугуна связано с трудностью получения регламентированной структуры по содержанию структурно-свободного цементита (ледебурита). Нередко это объясняют химическим составом чугуна и нестабильностью охлаждающей способности литейных сухих полупостоянных форм, которые подают на заливку или полностью охлажденными, или теплыми (с температурой порядка 80 С).

Для проверки влияния условий охлаждения расплава чугуна в период затвердевания на формирование структуры исследовали влияние интенсивности охлаждения расплава в опытных литейных формах на структуру чугуна следующего химического состава (в по массе): 3,09…3,13 С; 0,93…1,05 Si; 0,13…0,22V; 0,04…0,07 Ti; 0,07…0,14 Ni и 0,08…0,11 Сr (никель и хром привнесены из шихты). Различную интенсивность охлаждения расплавов чугунов во время затвердевания в опытных лабораторных отливках размером 150150380 мм создавали применением для изготовления литейных форм материалов с различной охлаждающей способностью и подогревом форм перед заливкой (таблица).

Таблица. Условия охлаждения расплава чугуна и его микроструктура

Чугуны выплавляли в 60-килограммовой индукционной печи МГП-52 с кислой футеровкой на шихте: 25 % чугуна Л5, 15 % чугуна ПЛ1, 35 % чугунного возврата собственного производства. Состав опытных чугунов корректировали соответствующими ферросплавами и стальным ломом. Чугуны перегревали до 1450…1460 С, заливали в литейные формы при температуре 1370…1380 С

За процессами затвердевания и интенсивностью охлаждения расплавов наблюдали с помощью фиксирования платиново-платинородиевыми термопарами хода температурных кривых охлаждения (рис. 1) в период кристаллизации в литейной форме. Измерение температуры чугунов производили с помощью переносного потенциометра ПП 63 (класс точности 0,05).

Рис.1. Кривые охлаждения чугунов в литейной форме: а - песчаной; б - из диатомитового кирпича; температура литейной формы: 1 - 100 ⁰С; 2 - 375 ⁰С; 3 - 348 ⁰С; 4 - 566 ⁰С

Термический анализ показал, что скорость охлаждения расплава в песчаной литейной форме с подогревом до 100 С (вариант 1) равнялась 4,1 С/мин, а в форме из диатомитового кирпича с подогревом до 566 С (вариант 4) - 1,15 С/мин. Температура ликвидуса чугунов была соответственно 1217 и 1224 С, а эвтектической стадии кристаллизации - 1116 и 1148 С (рис. 1, 2). кристаллизация чугун охлаждение расплав

При изучении влияния интенсивности охлаждения расплавов в литейной форме установлено, что чем больше скорость их охлаждения, тем ниже температура начала затвердевания (температура ликвидуса), а также температура эвтектической стадии кристаллизации чугуна, меньше общее время затвердевания и короче продолжительность эвтектической стадии. Это согласуется с характером формирующейся в чугунах первичной микроструктуры.

Металлографическими исследованиями выявлено, что существенные изменения в структуре наблюдаются в чугуне первого варианта (таблица): количество цементита (ледебурита) в нем составило 18 %. Соответственно в этом чугуне меньше содержание графита и длина его включений; распределение графита преимущественно сетчатое, пластинки завихренной формы. Чугуны с такой структурой отличаются повышенной твердостью (НВ 2655 МПа).

Рис. 2. Результаты термического анализа: Л- температура ликвидуса; Э_н, Э_к - температуры эвтектической стадии кристаллизации

В остальных плавках (варианты 2-4) при меньших скоростях охлаждения графитизация протекает полнее, и потому включения графита крупнее, а содержание цементита не превышает 2,6 % (следствие только ликвации кремния). Твердость соответствует требованиям технических условий. Металлическая матрица у всех исследуемых чугунов перлитная.

Таким образом, результаты исследования показали, что содержание цементита (ледебурита) в структуре цилиндрового чугуна значительно возрастает, если эвтектическая стадия кристаллизации протекает при температурах ниже 1134 С, т.е. при скорости охлаждения расплава более 4,1 С /мин (вариант 1). Результаты работы могут быть использованы при корректировке технологических процессов изготовления крупных отливок.

Размещено на Allbest.ru