Литейное производство

Повышение служебных свойств чугунных валков модифицированием расплавов редкоземельными металлами

Постановка проблемы и состояние вопроса

Увеличение выпуска и совершенствование производства отливок из высокопрочного чугуна - одно из важнейших направлений комплексной программы научно-технического прогресса литейного производства в Украине на длительную перспективу. Значительные резервы повышения качества отливок заложены в возможности активного и целенаправленного формирования их структуры и свойств путем обработки расплавов в жидком состоянии рационально выбранными добавками.

Обзор отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы показал, что до настоящего времени не создан универсальный модификатор и способ модифицирования, удовлетворяющие условиям производства литых прокатных валков, что вопросы кристаллизации и структурообразования модифицированных валковых чугунов остаются дискуссионными и нуждаются в продолжении исследований для конкретизации составов модификаторов и технологии модифицирования применительно к конкретным промышленным условиям.

Более шестидесяти лет в НМетАУ (Национальная металлургическая академия Украины, ранее ДМетИ - Днепропетровский металлургический институт) проводятся исследования по влиянию индивидуальных редкоземельных металлов и комплексных модификаторов на их основе на структуру и свойства листопрокатных валков [1-3]. Особенности же и закономерности структурообразования в чугунах рабочего слоя и сердцевины отбеленных листопрокатных валков под воздействием комплексных модификаторов в технической литературе освещены недостаточно.

Постановка задачи исследования

Для получения прокатных валков с повышенными служебными свойствами необходимы дополнительные исследования особенностей процессов структурообразования модифицированных комплексными модификаторами на основе редкоземельных металлов валковых чугунов.

Основные результаты исследований

Исследовано влияние церия, иттрия, лантана, самария, гадолиния, диспрозия и комплексных модификаторов на их основе на структуру белого валкового чугуна. Металлографический анализ проводили на оптическом микроскопе Neophot-21 при увеличениях 100-500. Шлифы исследовали до и после травления ниталем.

Результаты сравнительных исследований структуры валков из чугунов, модифицированных магнием и комплексным модификатором на основе редкоземельных металлов показали, что при близком химическом составе в структуре рабочего слоя опытных валков отсутствовал графит, в то время как в валках из чугуна, модифицированного магнием, количество его составляло 0,5-2,5% на глубинах 10 и 20 мм от рабочей поверхности. Кроме того, структура металлической матрицы комплесномодифицированных чугунов характеризовалась большей дисперсностью составляющих.

Модифицирующее влияние возрастающих количеств модификаторов в белых чугунах проявляется в подавлении кристаллизации сотового ледебурита, увеличении микротвердости матрицы и цементита, в превращении части аустенита в мартенсит. Определены остаточные содержания модификаторов, оптимальные для модифицирования валковых чугунов. Показана эффективность применения гадолиния и диспрозия в качестве компонентов комплексных модификаторов для модифицирования валковых чугунов и оптимизирован состав комплексного модификатора.

Модифицирование чугунных расплавов комплексным модификатором позволило уменьшить в 2,5-6 раз, в зависимости от скорости охлаждения, количество неметаллических включений в рабочем слое валка при одновременном уменьшении их средних размеров.

Сравнительные испытания механических свойств материала валков из чугунов, модифицированных комплексным модификатором, и модифицированных магнием показали, что прочностные свойства материала на глубине 10-160 мм по бочке валков, модифицированных комплексным модификатором, были на 15-20% выше, чем у валков из чугуна, модифицированного магнием.

Исследовали также влияние скорости охлаждения в диапазоне 0,04-2,5% от 950°C на процессы структурообразования комплексномодифицированного белого валкового чугуна. Во всем исследованном диапазоне скоростей охлаждения аустенит чугуна претерпевал эвтектоидное превращение, протекавшее с образованием перлита различной дисперсности. Проведенные исследования влияния скорости охлаждения на свойства чугунов (твердость, модуль упругости и износостойкость) показали повышение свойств на 5-23% с увеличением скорости охлаждения в критическом интервале температур. Разработаны режимы термической обработки прокатных валков из комплексномодифицированных чугунов.

В промышленных условиях отлита опытная партия валков с использованием для модифицирования комплексного модификатора. При эксплуатации валков достигнуто повышение стойкости на 20-35% по сравнению с валками серийного производства, отлитыми из чугуна с шаровидной формой графита.

Выводы

1. Разработана технология обработки валковых расплавов комплексными модификаторами на основе редкоземельных металлов.
2. В результате изменения микроструктуры и механических свойств чугунов обработка расплавов способствовала повышению служебных свойств прокатных валков.

Библиографический список:

1. Белай Г.Е. Исследование влияния модифицирования на кристаллизацию чугуна, структуру и свойства листопрокатных валков: автореф. дис. ... канд. техн, наук: спец. 05.16.04 «Литейное производство» / Г.Е. Белай. - Днепропетровск, 1967- 23 с.
2. Колотило Е.В. Исследование и усовершенствование процессов производства листопрокатных валков из модифицированных чугунов: автореф. дис. ... канд. техн, наук: спец. 05.16.04 «Литейное производство» / Е.В. Колотило. - К., 1977.-21 с.
3. Iванова Л.Х. Теоретичнi основи та практичнi методи одержания литих прокатних валкiв iз комплексномодифкованих чавунiв: автореф. дис... доктора техн. наук: спец. 05.16.04 «Ливарне виробництво» / Л.Х. Iванова. - Днiропетровськ, 2008. - 35 с.

УДК 621.74.002.6:669.131.7
Иванова Л.Х. /д.т.н./,
Колотило Е.В. /к.т.н./,
Маймур Я.С.,
Муха Д.В.
НМетАУ

Поступила 06.10.2011