Cагалакова М.М., кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства», Хакасский технический институт – Филиал Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет», г. Абакан

Цыганок Н.С. - старший преподаватель кафедры «Машины и технология литейного производства», Хакасский технический институт – Филиал Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет», г. Абакан

Сарлина К.В. – ассистент кафедры «Машины и технология литейного производства», Хакасский технический институт - Филиал Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет», г. Абакан

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧУГУНА

В работе изучалось влияние способа обработки расплава и последующей химико-термической обработки на коэффициент линейного расширения (КЛР) доменного чугуна и его структуру. Исходный материал – передельный чугун П1 ОАО «ЗСМК» следующего химического состава, масс.%: С – 4,15; Si – 0,9; Mn – 0,3; S – 0,02; P- 0, 01.

Для изучения влияния обработки расплава твердыми веществами на линейное расширение и микроструктуру чугуна передельный чугун расплавляли в индукционной печи ИСТ-006. После расплавления и перегрева при 1350-1400°С расплав модифицировали свинцовистым силумином Al-20%Si-1%Pb в количестве 0,3%, и сплавом Al-30%Si-20%Pb - 0,6% от массы расплава.

При обработке расплавов все большее внимание уделяется веществам, которые так или иначе активно воздействуют на содержание водорода. При анализе различных воздействий на чугунный расплав установлена закономерность, заключающаяся в том, что наиболее эффективными модифицирующими реагентами являются вещества с повышенным сродством к водороду.

Сплав на основе алюминия, содержит кремний и свинец, т.е. элементы – носители водорода. Надо отметить, что кремний в большинстве случаев присутствует в большом количестве практически применяемых модификаторов графитизирующего типа. Кремний является элементом – спутником железных сплавов и часто называется постоянной примесью. Введение кремния в чугунный расплав совместно с другими веществами часто оказывает положительное влияние на прочностные, эксплуатационные и другие свойства чугуна. Например, при введении в чугун кремния увеличивается его химическая стойкость. Известно, что для получения высокой коррозионной стойкости при повышенных температурах в чугунах применяется добавка большого количества алюминия.

При обработке расплава свинцовистым силумином установлено (рис.1), что в низкотемпературном интервале испытаний наблюдается некоторое увеличение КЛР при 100°С, по сравнению с исходным, до 8,2×10^-6, град^-1. В интервале температур 100-150°С КЛР понижается до минимального значения 7,2×10^-6, град^-1. В среднетемпературном интервале 150-300°С заметно резкое, аномальное его увеличение, по сравнению с исходным до 15,52×10^-6, град^-1. При изучении микроструктуры чугуна после обработки расплава свинцовистым силумином формируется ледебуритная структура (рис.2).

Рис.1 Влияние обработки расплава свинцовистым силумином

на линейное расширение чугуна

а- без обработки, б – 0,3% спл. Al-20%Si-1%Pb, в - 0,6% спл. Al-30%Si-20%Pb

а б в

Рис.2 Микроструктура чугуна

а – без обработки, б – 0,3% спл. Al-20%Si-1%Pb, в - 0,6% спл. Al-30%Si-20%Pb

Образцы, обработанные свинцовистым силумином подвергались цементации с подачей водяного пара при 900°С в течение 1-5 часов. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Влияние цементации с водяным паром на линейное расширение чугуна, модифицированного 0,6% сплава Al-30%Si-20%Pb

Вид обработки	Коэффициент линейного расширения, α×10^-6, град^-1 при температуре, °С
	50	100	150	200	250	300	350	400	450
Без термической обработки	7,4	8,1	7,2	10,03	14,2	15,8	16,02	9,2	10,1
Цементация 900°,1 час	8,9	10,6	11,4	12,3	14,3	13,7	14,1	14,2	14,3
Цементация 900°,3 час	8,5	10,3	11,3	12,3	12,9	13,5	13,7	13,9	14,0
Цементация 900°,5 час	10,8	11,1	11,1	12,1	12,4	12,8	13,3	13,5	13,7

Следует отметить, что в интервале температур 50 - 150°С значения КЛР лежат практически на прямой линии во всей области исследования. Коэффициент изменяется от 10,8×10^-6, град^-1 при 50°С до 13,7×10^-6, град^-1 при 450°С. Предварительная термическая обработка чугуна в бондюжском карбюризаторе с водяным паром сглаживает аномалии КЛР и повышает начальные его значения, а также измельчает перлит и цементит.

Последующая закалка в воду с температуры 1000°С существенно изменяет коэффициент линейного расширения чугуна (рис. 3).

Закалка цементованных образцов резко снижает коэффициент линейного расширения в интервале испытаний 150 - 200°С, а в температурном интервале 350-450°С наблюдаются отрицательные значения КЛР.

Рис. 3 Влияние цементации и последующей закалки на линейное расширение чугуна, обработанного 0,6% спл. Al-30%Si-20%Pb

а – без нагрева; б – цементация 900°С 1 час; в – цементация 900°С 1 час +закалка 1000°С, 10¢, вода

Увеличение времени цементации и последующая закалка так же снижают КЛР до отрицательных значений, но в значительно меньшей степени.

Таким образом, можно сделать заключение, что обработка расплава свинцовистым силумином, цементация в среде бондюжского карбюризатора и последующая закалка приводит к резким изменениям коэффициента линейного расширения вплоть до отрицательных значений.