Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун

Анотація

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)

Надійшла16.12.2021

УДК 669.131.7:669.891:669.017.3:669.046.548.2

Ситуація з ресурсами вимагає створення нових високоефективних модифікаторів з регульованою кінетикою розчинення. Підвищення ефективності модифікування розплаву та одержання виробів з високоміцного чавуну з оптимальними показниками міцності і пластичності відповідає потребам сьогодення. В технологіях високоміцного чавуну поряд з хімічним складом, мікроструктура та фазовий склад модифікувальних сплавів, а також умови і швидкість їх розчинення в залізовуглецевому розплаві відносяться до головних факторів, які визначають стабільність та ефективність процесів модифікування. В роботі наведено результати дослідження зміни фазового складу та мікроструктури силікокальцію в процесі фізико-хімічної взаємодії з розплавом чавуну. Дослідження показало, що основною складовою мікроструктури вихідного силікокальцію СК30 є дисиліцид кальцію CaSi2, в якій рівномірно розподілені кристали кремнію Si і лебоїту FeSi2 переважно голкоподібної форми. Експериментально встановлено, що після вилучення з розплаву поверхня залишку зразків силікокальцію покрита реакційним шаром, що утворюється в результаті фізико-хімічної взаємодії в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун, і в якому відбувається перенесення хімічних елементів: кремнію і кальцію із силікокальцію в чавун, а заліза – із рідкого чавуну в силікокальцій. В зоні реакційного шару, що примикає до силікокальцію, спостерігається комбінація двох складових – кремнієвмісних фаз округлої форми з високим вмістом кальцію (71,16 % Са, тобто фаза Ca2Si) в кількості 45,36 % та заліза (62,34 % Fe, тобто фаза FeSi) в кількості 54,64 % з конгруентними температурами плавлення 1314 та 1410 0С, відповідно, які можуть негативно впливати на стабільність та ефективність процесу модифікування. Маса реакційного шару залежить від температури розплаву чавуну і тривалості перебування в ньому зразка. Експериментально визначена швидкість зміни маси зразків силікокальцію СК30 під час їх витримки в рідкому чавуні при температурах 1400 та 1450 0C знаходиться в межах 1,0-1,2 г/с, що в 1,5-2,0 рази менше, ніж у феросиліцію ФС75 (1,5-2,4 г/с), і в 2,3-3,0 рази менше, ніж у феросиліцій-магнієвої лігатури ФСМг7 (2,3-3,6 г/с). Встановлені особливості перебігу фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун необхідно враховувати під час розроблення технологій модифікування чавуну із застосуванням силікокальцію та інших сплавів, що вміщують кальцій.

Список літератури

1 Census of World Casting Production: Total Casting Tons’ Dip in 2019. Modern Casting. 2021. Vol. 111, No. 1. pp. 28–30.
2 Винаров С. М. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали. М.: Металлургиздат, 1961. 459 с.
3 Handbook of Ferroalloys: Theory and Technology [Edited by Michael Gasik]. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. р. 472. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-097753-9.00019-8.
4 Рысс М. А. Производство ферросплавов. М.: Металлургия, 1985. 343 с.
5 Суменкова В. В., Фетисова Т. Я., Бубликов В. Б. Шлаки, образующиеся при обработке чугуна лигатурами типа ЖКМК. Литейное производство. 1984. № 1. С. 6–7.
6 Дюдкин Д. А., Кисиленко В. В. Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40. Металл и литье Украины. 2009. № 1–2. С. 20–23.
7 Bhardwaj B. P. The Complete Book on Ferroalloys (Ferro Manganese, Ferro Molybdenum, Ferro Niobium, Ferro Boron, Ferro Titanium, Ferro Tungsten, Ferro Silicon, Ferro Nickel, Ferro Chrome). Delhi: Niir Project Consultancy Services, 2014. 480 p.
8 Бубликов В. Б. Кальций в высокопрочном чугуне. Процессы литья. 2007. № 5. С. 4–10.
9 Бубликов В. Б., Берчук Д. Н. Повышение степени модифицирования высокопрочного чугуна. Металлургия машиностроения. 2006. №5. С. 31–35.
10 Бубликов В. Б., Латенко В. П., Бачинский Ю. Д., Суменкова В. В., Нестерук Е. П., Тиньков В. А., Хоружий В. Я., Козак Д. С. Экспериментальное исследование физико-химических процессов в системе «плавящийся ферросилиций – жидкий чугун». Процессы литья. 2011. № 5. С. 9–18.
 11 Бубликов В. Б., Бачинский Ю. Д., Суменкова В. В., Хоменко А. И., Латенко В. П., Хоружий В. Я., Тиньков В. А., Козак Д. С. Изменение фазового состава ферросилициймагниевой лигатуры ФСМг7 в процессе ее плавления в жидком чугуне. Процессы
литья. 2012. № 3. С. 3–13.
12 Бубликов В. Б., Суменкова В. В., Латенко В. П., Нестерук Е. П. Исследование процесса растворения ферросилиция в жидком чугуне. Процессы литья. 2007. № 3. С. 18–23.
13 Бубликов В. Б., Латенко В. П., Суменкова В. В., Хоменко А. И., Нестерук Е. П., Бачинский Ю. Д., Хоружий В. Я., Зеленская Т. В. Исследование процесса плавления ферросплава ФС65РЗМ15 в жидком чугуне. Процессы литья. 2010. № 4. С. 12–19.
14 Бубликов В. Б., Бачинский Ю. Д. Процесс растворения модифицирующих сплавов в жидком чугуне. «Нові матеріали і технології в машинобудуванні: матеріали VIII міжнародної науково-технічної конференції». К.: НТУУ «КПІ». 2016. С. 16.
15 Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970. C. 333.
16 Скаланд Т. Производство высокопрочного чугуна. Сравнение альтернативных методов обработки магнием на ВЧ. Литейщик России. 2011. № 3. С. 28–37.
17 Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. Том 2. М.: Машиностроение, 1997. 1023 с.
18 ASM Handbook: Alloy Phase Diagrams / Edited by Hue Baker. «ASM International». 1992. Vol. 3. 1741 p. Manfrinetti, P., Fornasini, M. L., Palenzona, A. The phase diagram of theCa–Si system. Intermetallics. 2000. Vol. 8, Iss. 3. Р. 223–228. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00112-0.
19 Manfrinetti, P., Fornasini, M. L., Palenzona, A. The phase diagram of the Ca–Si system. Intermetallics. 2000. Vol. 8, Iss. 3. Р. 223–228. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00112-0.
20 Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочник / [под. ред. О. А. Банных, М. Е. Дрица]. М.: Металлургия, 1986. С. 221–223.