Исследование и разработка способа управления первичной структурой хромистых чугунов с помощью модифицирования с целью повышения качества отливок

• Автор: Орехова, Александра Ивановна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования

1.1 Классификация хромистых чугунов.

1.2 Сферы применения хромистых чугунов различных соста

1.3 Закономерности формирования первичной структуры хромистых чу гунов.

1.4 Методы повышения уровня свойств хромистых чугунов

1.4.1 Основные принципы легирования белых чугунов

1.4.2Термическая обработка отливок.

1.4.3 Модифицирование хромистых чугунов

1.4.3.1 Основные принципы модифицирования

1.4.3.2 Модифицирование бором.

1.4.3.3 Модифицирование сурьмой.
1.4.3.4 Модифицирование титаном.
1.4.3.5 Модифицирование редкоземельными металлами и магнием
1.4.3.6 Модифицирование кальцием
1.4.3.7 Инокулирующее модифицирование.
1.5 Резюме по литературному обзору и постановка задачи исследования
Глава 2. Методики исследований
2.1 Объект исследования.
2.2 Методика проведения плавки
2.3 Изготовление образцов
2.4 Металлографические исследования
2.5 Определение химического состава образцов.
2.6 Определение предела прочности на изгиб.
2.7 Определение линейной усадки образцов.
2.8 Фазовый рентгеноструктурный анализ.
2.9 Измерение твердости по Роквеллу
2. Измерение микротвердости.
2. Термическая обработка образцов.
2. Определение ударной вязкости при нормальной температуре
2. Математическая обработка результатов исследования
Глава 3. Расчет термодинамической оценки возможности образования карбидов хрома Сг7С3 в низкохромистом чугуне на примере чугуна состава ЧХ5.
3.1 Расчет вероятности протекания реакции образования кар
бида хрома Сг7С3 в немодифицированном чугуне 4X5.
3.1.1 Расчет вероятности протекания в стандартных условиях реакции образования карбида хрома Сг7С3
3.1.2 Расчет вероятности протекания реакции образования карбида хрома Сг7С3 для реальных условий
3.2 Расчет вероятности протекания реакции образования кар
бида хрома Сг7С3 в чугуне ЧХ5, модифицированном ферросилицием
3.2.1 Расчет вероятности протекания реакции образования карбида хрома Сг7С3 в модифицированном ферросилицием
чугуне.
3.2.2 Расчет ДСт с учетом концентрационных неоднородностей в модифицированном расплаве чугуна.
3.2.2.1 Расчет при содержании кремния в активной зоне
3.2.2.2 Расчет при содержании кремния в активной зоне Б1
3.2.2.3 Расчет при содержании кремния в активной зоне Б 0
3.2.2.4 Расчет при содержании кремния в активной зоне
3.2.3 Выводы по расчету вероятности протекания реакции образования карбида хрома СГ7С3 в чугуне ЧХ5, модифицированном ферросилицием
3.3 Расчет вероятности образования карбида хрома Сг7Сз, тв в чугуне ЧХ5, модифицированном РеЭь.
3.3.1 Расчет ДСт4,т1 с учетом концентрационных неоднородностей в расплаве чугуна, модифицированного РеБьМ.
3.3.1.1 Содержание растворяющихся элементов в активной зоне Э1 М 6
3.3.1.2 Содержание растворяющихся элементов в активной зоне М 3,6 .
3.3.1.3 Содержание растворяющихся элементов в активной зоне М 2,4
3.3.2 Выводы по расчету вероятности образования карбида хрома Сг7С3, тв в чугуне 4X5, модифицированном РеМ.
3.4 Выводы по расчету термодинамической оценки возможности образования карбидов хрома Сг7Сз.
Глава 4. Основные результаты исследований.
4.1 Влияние модифицирования на структуру и свойства низкохромистого чугуна с 3, Сг.
4.1.1 Изменение химического состава при внепечной обработке
4.1.2 Микроструктуры образцов
4.1.3 Определение фазового состава методом ренттеноструктурного анализа.
4.1.4 Количество карбидной составляющей и определение типов карбидов в структуре образцов
4.1.5 Твердость образцов в литом и термообработанном состоянии зз
4.1.6 Микротвердость перлита в металлической основе
4.1.7 Определение предела прочности на изгиб.
4.1.8 Определение жаростойкости образцов.
4.1.9 Измерение свободной и затрудненной усадки
4.1. Расчет коэффициента относительной износостойкости 8б
4.2 Влияние модифицирования на структуру и свойства высокохромистого чугуна с Сг.
4.2.1 Изменение химического состава при внепечной обработке,.
4.2.2 Микроструктуры образцов, заэвтектические карбиды
4.2.3 Определение объемной доли и других параметров первичных заэвтектических включений Сг, Ре7С3.
4.2.4 Микроструктуры образцов, эвтектические карбиды
4.2.5 Определение объемной доли и других параметров первичных эвтектических включений Сг, Ре7Сз
4.2.6 Общее количества заэвтектических и эвтектических карбидов в высокохромистых модифицированных
чугунах.
4.2.7 Результаты механических испытаний.
4.2.8 Результаты определения усадки модифицированного высокохромистого чугуна.
4.3 Выводы по результатам исследований и расчет .
экономического эффекта
Глава 5. Результаты промышленного опробования разработанного способа модифицирования
Основные результаты и выводы
Список использованных источников


Диссертация посвящена исследованию способов управления первичной структурой хромистых чугунов с помощью модифицирования. Направление исследований связано с остро стоящей проблемой повышения долговечности оборудования. В этой связи важной является проблема совершенствование структуры отливок. Для повышения эксплуатационной стойкости и долговечности агрегатов, механизмов и их узлов, работающих в условиях износа, большое значение имеет создание и внедрение новых технологий модифицирования белых чугунов, превосходящих по получаемым свойствам получаемые ранее чугуны сходного химического состава. Цель работы. Исследование возможности изменения первичной структуры хромистых чугунов для повышения свойств отливок без изменения химического состава сплавов и, как следствие, экономии дефицитного и дорогостоящего легирующего хрома. Развитие теоретических представлений о влиянии модифицирующих элементов кремния, магния, редкоземельных металлов на параметры кристаллизации, особенности формирования первичной структуры, микротвердость структурных составляющих, твердость и прочность хромистых чугунов. Научная новизна работы. Показано, что модифицированный низкохромистый чугун, полученный с использованием разработанного способа внепечной обработки, содержит эвтектические карбиды Ме7Сз, которые по твердости и прочности значительно превосходят карбиды цементитного типа Ме3С и имеют более благоприятную морфологию. На основании термодинамических расчетов показана возможность образования карбидов Сг7С3 при содержании хрома 3,5 , что реализуется только в присутствии указанного комплексного модификатора, содержащего кремний и магний. Установлено, что обработка данным модификатором высокохромистых чугунов обеспечивает заметное измельчение эвтектики и увеличение количества первичных карбидов, которые по мере повышения содержания вводимого модификатора становятся более компактными. Определено оптимальное количество модификатора, обеспечивающее наилучшее сочетание литейных и механических свойств в низкохромистом и заэвтектичсском высокохромистом чугунах. Практическая значимость. На основании результатов аналитических и экспериментальных исследований разработан способ управления первичной структурой, обеспечивающий получение хромистокарбидной эвтектики в чугунах с содержанием хрома , что позволило увеличить прочность примерно на . Здесь и далее содержание компонентов в сплавах, модификаторах и т. Слова массовая доля опущены. Разработан способ получения чугунов с низким содержанием хрома и свойствами, присущими чугунам с более высоким содержанием хрома, что позволяет существенно повысить экономические показатели. Экономия только на шихте при существующих ценах на феррохром и модификатор составляет около 0 рублей на тонну. Определено оптимальное количество модификатора, обеспечивающее наилучшее сочетание литейных и механических свойств в низкохромистом и заэвтектическом высокохромистом чугунах. Результаты исследования влияния комплексного модификатора на структуру, литейные и механические свойства низкохромистых Сг чугунов. Результаты исследования влияния комплексного модификатора на структуру, литейные и механические свойства высокохромистых чугунов. Термодинамические расчеты возможности образования карбидов Сг7Сз в присутствии комплексного модификатора. Апробация работы. V международной научнопрактической конференции Прогрессивные литейные технологии, Москва, НИТУ МИСиС, г. СанктПетербург, СанктПетербургский государственный политехнический университет и НПФ Плазмацентр, г. НИТУ МИСиС г. Результаты диссертационной работы отражены в 3 публикациях в виде статей и тезисов докладов конференций. Работа выполнялась в лабораториях кафедры ТЛП НИТУ МИСиС, при участии лабораторий кафедр ВПМиА, МиФП НИТУ МИСиС. Автор выражает признательность научному консультанту, доценту, к. Рожковой Е. В., проф. Пикунову М. В., проф. Тену Э. Б., зав. ТЛП, проф. Белову В. Д., сотрудникам кафедры ТЛП НИТУ МИСиС, сотруднику кафедры ВПМиА НИТУ МИСиС Степаревой Н. Н., оказавших содействие при выполнении данной диссертационной работы.