Научно-исследовательская работа с обучающимися

ПРАВИТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное

учреждение «Академия машиностроения имени Ж.Я. Котина»

Модифицирование чугунов

Выполнил Жириль А.

студент группы АТС217

Руководитель: Сущенко Т.А.

преподаватель

Цели и задачи работы:

• Основной задачей данной работы является раскрытие перспектив использования чугунов путем изучения их свойств, полученных в результате внепечной обработки.
• Главная цель - ознакомить со способами внепечной обработки чугуна.

Общие понятия о чугуне и его история

Чугун – сплав железа с углеродом, в котором углерода более 2,14%.

Углерод в составе чугуна может выделяться в виде цементита или графита.

Кроме углерода в чугуне содержатся постоянные примеси, такие как Si, Mn, S, P .

Чугун обладает хорошими

литейными свойствами и малой

способностью к пластической

деформации, а также является

важнейшим первичным

продуктом чёрной металлургии.

Общие понятия о чугуне и его история

• Страной, в которой впервые стали выплавлять чугун, считается Китай, исторический факт датируется 5-6-м веком до н.э. В Поднебесной чугунные изделия были очень популярны - из чугуна производили монеты, оружие, предметы домашней утвари.
• Европейские же страны узнали о чугуне только в XIV-XVI веке нашей эры, во многом благодаря России, занимавшейся экспортом чугунных пушек и ядер.

Триста лет татаро-монгольского ига и близость Монголии к Китаю, повлияли на более раннее появление чугунного производства на Руси, нежели в Европе.

На то время чугун в большинстве своём применялся в артиллерии – из него делали пушки различных размеров и ядра к ним.

Общие понятия о чугуне и его история

Не только Россия, но и весь мир за активное развитие чугунного производства обязан Петру Великому, начавшему в конце XVII века крупные преобразования в металлургической промышленности. В те времена чугун вышел за рамки применения только в артиллерии. Началось развитие художественного литья.

Новая столица Российской Империи была наполнена оградами, лавками и прочими элементами тонкого чугунного литья.

Модифицирование чугуна

Управление структурным состоянием расплава чугуна, а, следовательно, и процессом формирования заданных свойств отливок осуществляется в литейной практике за счет разного рода внешних воздействий.

Модифицирование и легирование – наиболее распространенные и универсальные методы этих воздействий для создания разнообразных условий, предъявляемые к качеству и свойствам отливок.

Модифицирование чугуна

Тем не менее проявление модифицирующего эффекта ограничивается рядом факторов:

• температурой расплава перед модифицированием
• составом, количеством и очередностью вводимых модификаторов;
• качеством исходных шихтовых материалов и способом их переплава;
• химическим составом расплава чугуна;
• способом подачи металла в форму;
• скоростью и условиями затвердевания чугуна в разных зонах отливок.

Виды модификаторов

Элемент модифицирующий (ЭМ)

Ферросплавы - сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti

графиты

Модифицирование чугуна

Модифицирование можно осуществлять вводом в расплав добавок-модификаторов или применением различных физических воздействий (регулирование температуры расплава, его предварительного охлаждения при переливе, суспензионной разливки, литья в температурном интервале кристаллизации, вибрации, ультразвука, электромагнитного перемешивания), а также комбинированными способами.

Наиболее распространение в литейных цехах получили методы ковшовой обработки.

Технология модифицирование чугуна

Ряд рафинирующих, упрочняющих и комбинированных модификаторов, содержащих активные элементы Mn , Si , Ca , Mg , Al в виде гранул размером 1 – 5мм, вводят в струю чугуна при его сливе из печи в ковш. Для конкретных условий производства устанавливают оптимальный интервал времени от момента заполнения ковша до заливки форм, так как действие модификатора рассчитано на определенное время.

Методы внепечной обработки чугуна

Технология получения высокопрочных качественных черных сплавов предусматривает как улучшение сплавов за счет регулирования наличия газовых неметаллических включений и легирующих элементов, так и за счет управления процессом затвердевания.

Таким образом, структура и свойства литых сплавов во многом определяется условиями их кристаллизации, в связи с чем большой практический интерес представляет возможность управления процессами кристаллизации сплавов и получения необходимых служебных свойств на основе сведений о влиянии на расплав разных воздействий.

Методы внепечной обработки чугуна

Вибрационная обработка чугуна в ковше может обеспечить и более широкие возможности по повышению качества отливок. Обработка жидкого чугуна в графитошамотных тиглях с частотой 30-70 Гц способствовала повышению прочности на 26 %, твердости - на 21% и увеличению плотности с 7087 до 7217 кг/м3. При определенном режиме воздействия (частота 50 Гц, амплитуда 0,14мм, длительность обработки 120 с) включения графита принимали компактную форму.

Методы внепечной обработки чугуна

Также известен способ обработки сплавов низкочастотными упругими колебаниями, при котором материал с помощью волновода обрабатывается упругими колебаниями с частотой 38-100 Гц и амплитудой 0,5-1,5мм.

Установка для ЭГИ-обработки расплава

Генератор представляет собой антенное устройство направленного действия с перестраиваемым фокусом излучения (волновой излучатель) , работающее от преобразователя - формирующего блока-модулятора.

Волновой излучатель СВМ-генератора устанавливали снаружи металлургической печи, рабочая зона генератора ориентировалась внутрь объема расплава.

Обработку расплава осуществляли сквозь стенку металлургической печи.

Методы внепечной обработки чугуна

• В работе были проанализированы исследования применения воздействия на жидкие металлы в ковшах подобным способом, но с источником высокой интенсивности на основе электрогидроимпульсного эффекта.
• Суть метода заключается в следующем: выпущенный из печи жидкий чугун в ковше после замера температуры, удаления печного шлака и наведения новой шлакообразующей смеси, подается на стенд обработки упругими колебаниями. Так взаимодействие фронта ударной волны с неоднородными массами расплава приводит к возникновению локальных разрывов сплошности и имеющихся полостей, что способствует дегазации расплава.

Белый передельный чугун, чушки полупродукта для металлургической промышленности.

СВМ-технологии в металлургии

Обработанный СВМ. Образец 38

Отсутствие трещин и раковин

Контроль, образец 34-2

трещины, раковины

СВМ-обработка позволила сократить процент потерь (крошья)

при многократной перегрузке.

Выводы

Большинство деталей в машиностроении составляют отливки из чугуна(около 75%). И для того, чтобы не только улучшить качество производимых изделий, но и составить конкурентоспособность на мировом рынке, необходимо иметь доступный, качественный материал.

Разработка новых марок чугунов, улучшение их эксплуатационных характеристик, путем их модифицирования, позволит повысить эксплуатационные и технологические свойства готовых изделий.