Металлургия

Жигуц Ю.Ю., Скиба Ю.Ю., Гецко Е.Ю.

Ужгородский национальный университет, Украина

ЛЕГУВАННЯ ЧАВУНУ У КОВШІ ЗА ДОПОМОГОЮ ЕКЗОТЕРМІЧНИХ ЛЕГУЮЧИХ СУМІШЕЙ

Легування чавуну у ковші екзотермічними легуючими сумішами (ЕЛС) в основному використовується для виплавляння комплексно-легованого і модифікованого мідистого чавуну із підвищеною теплопровідністю. Апробація цього методу проходила на ВАТ Ужгородський машинобудівний завод „Тиса” при виготовленні виливок із легованих чавунів, а саме прес-стаканів машин литва під тиском із мідистого чавуну.

Економічний ефект досягається за рахунок того, що при виготовленні мідистих чавунів виробництво звичайного нелегованого сірого чавуна не припиняється. Всі операції для отримання легованого чавуна виконуються методами ковшової металургії. При цьому застосування екзотермічної легованої суміші викликає не зниження температури рідкого сплаву у ковші при введенні легуючих домішок (як це буває при традиційній технології), а навпаки, приводить до підвищення температури [1-3].

Плавлення було проведено у виробничих умовах в ливарному цеху. Розрахунок проводився для отримання 59 кг легованого чавуну у ковші. Хімічний склад нелегованого (вихідного) чавуну подано у табл.

Таблиця

Хімічний склад нелегованого (вихідного) чавуну

Чавун	Вміст елементів, % за масою
	C	Si	Mn	Cr	Cu
Вихідний нелегований	3,4–36	1,9–2,3	0,5–0,7	–	–
Легований	2,9–3,8	2,0–5,5	0,3–1,5	0,3–3,8	0,8–1,5

У сплав потрібно додати 3,0% Si, 0,7% Mn, 3,5% Cr і 1,3% Cu.

Для виготовлення ЕЛС використовувались феросплави, склад яких і вміст у суміші терміту встановлювали після термохімічних розрахунків за встановленими методиками [3-5] (в кг на 50 кг сплаву): феросиліцій ФС45 – 3,5, феромарганець ФМн75 – 10,5, ферохром ФХ010А – 2,84, залізоалюмінієвий терміт – 12,9, мідь, у кількості – 0,68 кг. При цьому мідь вводили у виді обрізків електролітичної червоної міді. У зв'язку із високою тугоплавкістю ферохрому кількість терміту збільшена з 75% до 82% (за масою). В ЕЛС необхідно також додати 0,62 кг графіту для навуглецьовування термітного чавуну і доведення його вмісту до хімічного складу основного – промислового чавуну та кріоліт для розрідження термітного шлаку у кількості – 1,05 кг.

Отримана ЕЛС завантажувалася у підігрітий ківш, і підпалювалася термітним сірником. Реакція горіння тривала 50 с, після її завершення в ківш з вагранки виливався рідкий чавун при температурі 1380ºC (за оптичним пірометром із поправкою). З поверхні розплаву видалявся шлак і отриманий легований розплав із температурою 1480⁰C модифікували у ковші 0,2% силікокальцієм марки СК20 (тобто 0,1 кг), після чого виконували заливку сплаву у форму. Таким чином вилито заготовки прес-поршнів машин литва під тиском, а також клинові проби для визначення глибини відбілу. Зважування вилитого сплаву показало, що отримано 55,15 кг чавуну (замість 50 кг за розрахунком).

Хімічний склад отриманого чавуну: вуглець – 3,04%, кремній – 3,88%, марганець – 0,46%, хром – 2,4%, мідь – 1,20%. Границя міцності чавуну на згин у трьох пробах склала у середньому 415 МПа, що відповідає марці чавуну СЧ20 ГОСТ 1412-79. Аналогічним чином було вплавлено чавуни наступного хімічного складу (мас. %): вуглець – 3,25, кремній – 2,30, марганець – 0,80, хром – 0,40, алюміній – 0,09, кальцій – 0,01, мідь – 1,50 (для сплаву І) або 2,30 (для сплаву ІІ).

У сплаві І не помічено особливостей у мікроструктурі. У сплаві ІІ помічено виділення по границям зерен аустеніту і евтектичних чарунок включення у вигляді кульок мідистої фази, яка мала червоний або золотистий колір на нетравленому мікрошліфі. Вона виділяється у чавуні при вмісті Сu понад 0,7%.

Практичні рекомендації при застосуванні даної технології: 1) вміст порошку феросплаву у ЕЛС не повинен перевищувати 25% (за масою), інакше ЕЛС не горить стабільно; 2) ЕЛС інколи доцільно розділяти на дві порції – одну, що горить стійко і підпалює другу, яка у зв’язку із високим вмістом легуючих домішок горить нестійко; 3) випалювання таких компонентів ЕЛС як Cr, V, Mo складає 10–15%. Це менше ніж випалювання їх при введені у шихту вагранкового плавлення (тобто менше 30%), що необхідно враховувати при корекції хімічного складу чавуну.

Локальне підвищення температури при горінні термітних сумішей не впливає на вогнестійкість футерівки, не тільки завдяки локальній – "місцевій" дії температури, але і у зв'язку із утворенням глинозему (Al₂O₃), який огортає сплав і "реставрує" футерівку.

ЛІТЕРАТУРА

1. Жигуц Ю.Ю. Синтез матеріалів металотермією та СВС-процесами//Вісті Академії інженерних наук України. − Київ. − АІН України, Нац. техн. ун-тет України „КПІ”. − 2007. − №2 (32). − С. 32−39.

2. Жигуц Ю.Ю. Термітні зварювання високомарганцевих сталей//Машинознавство. − Львів. − 2007. − №2. − С. 42−45.

3. Zhiguts Yu. Special thermite cast irons//Manufacturing engineering „Výrobné inžinierstvo”. Košice. − 2007. − N 2. − s. 45-48.

4. Жигуц Ю.Ю., Жуков А.А. Новітні технології виготовлення та зміцнення деталей із використанням СВС-процесів//Восточно-европейский журнал передовых технологий. − Харьков. − Техн. Центр. − 2007. − №1 (25). − С. 32−38.

5. Zhiguts Yu.Yu., Shurokov V.V. Carbide steels synthesized by metallothermy/Materials Science. Springer. New York. − 2005. − V. 41. №5. − P. 666−672.