Роль сфероидизирующей добавки в производстве высокопрочного чугуна и как правильно её использовать для повышения качества отливок и предотвращения дефектов 

1.Роль сфероидизирующей добавки и сфероидизирующих элементов в производстве высокопрочного чугуна

Обзор содержания: Несмотря на большое разнообразие сфероидизирующих добавок как в Китае, так и за рубежом, в настоящее время в нашей стране наиболее широкое применение находят сплавы на основе редкоземельных металлов и магния. В данном разделе основное внимание уделяется роли данных сплавов и их сфероидизирующих элементов.

1.1 Сфероидизирующие и антисфероидизирующие элементы

1.1.1 Роль сфероидизирующих элементов

Сфероидизирующими элементами называются те, которые способствуют сфероидизации графита, образованию или увеличению графитовых шаров. Сфероидизирующие элементы обычно имеют следующие общие свойства: (1) на внешнем электронном слое элемента имеется один или два валентных электрона, а на следующем внутреннем слое — восемь электронов. Такая электронная структура обеспечивает высокое сродство элемента с серой, кислородом и углеродом, стабильность продуктов реакции и значительное снижение содержания серы и кислорода в чугуне. (2) элемент обладает низкой растворимостью в жидком чугуне и склонен к значительной сегрегации в процессе затвердевания. (3) несмотря на определенное сродство с углеродом, элемент имеет низкую растворимость в кристаллической решетке графита. Согласно этим характеристикам, Mg, Ce, Y, Ca относятся к эффективным сфероидизирующим элементам.

Во-первых, высокое давление пара в жидком чугуне вызывает его кипение. Атомная масса и плотность магния меньше, чем у жидкого чугуна, его температура плавления составляет 650 градусов, а температура кипения — 1108 градусов. При температуре обработки жидкого чугуна магний создает очень высокое давление пара (свыше 1 МПа). Теплота плавления магния составляет 21 Дж/г, а скрытая теплота испарения — 406 Дж/г. Поэтому при добавлении магния в жидкий чугун происходит его испарение, что вызывает бурление чугуна. Во-вторых, магний обладает сильным сродством к сере и кислороду. Образующиеся MgO и MgS имеют высокую температуру плавления, а их плотность значительно ниже плотности чугуна, что облегчает их отделение от жидкого чугуна. В результате после обработки магнием содержание серы и кислорода в чугуне становится очень низким. В-третьих, в процессе затвердевания жидкого чугуна магний склонен к сегрегации в графите. Когда его остаточное содержание в чугуне превышает 0,035%, графит может сфероидизироваться, но при остаточном содержании магния свыше 0,07% часть магния сегрегирует по границам зерен и вступает в экзотермическую реакцию с углеродом, фосфором и другими элементами на границах зерен, образуя MgC2, Mg2C3, Mg3P2 и другие соединения. При еще большем остаточном содержании магния количество межзеренных карбидов увеличивается.

На сфероидизацию графита значительное влияние оказывают церий из числа легких редкоземельных элементов и иттрий из числа тяжелых. Во-первых, температуры кипения всех редкоземельных элементов выше, чем у магния, поэтому при добавлении в чугун они не вызывают его бурления и разбрызгивания. Во-вторых, редкоземельные элементы на основе церия и иттрия обладают более высокой, чем у магния, способностью к десульфурации и деоксидации, а образующиеся соединения, такие как сульфиды и оксиды редкоземельных элементов, имеют высокую температуру плавления и хорошую стабильность. В-третьих, редкоземельные элементы также способны образовывать стабильные соединения с элементами, мешающими сфероидизации в чугуне, поэтому сфероизирующие модификаторы с содержанием редкоземельных элементов обладают более высокой устойчивостью к помехам по сравнению с магниевыми.

Остаточное содержание редкоземельных элементов оказывает заметное влияние на сфероидизацию графита. При обработке легкими редкоземельными элементами заэвтектического чугуна, когда остаточное содержание церия составляет 0,04%, графит может сфероидизироваться, причем очень стабильно; при обработке доэвтектического чугуна количество добавляемых легких редкоземельных элементов необходимо увеличить. В чугуне, обработанном легкими редкоземельными элементами, округлость графита хуже, чем в чугуне, обработанном магнием, и появляется графит в виде обломков; кроме того, в чугуне, обработанном легкими редкоземельными элементами, наблюдается высокая склонность к отбеливанию, поэтому необходимо контролировать количество их добавления. Тяжелый редкоземельный элемент иттрий имеет высокую температуру плавления, а образующиеся в процессе его деоксидации и десульфурации оксиды и сульфиды стабильны при высоких температурах, поэтому его способность противостоять деградации сфероидизации очень высока. При выдержке чугуна при температуре 1400 градусов в течение 1 часа степень сфероидизации снижается не более чем на 10%; при обработке чугуна с содержанием серы 0,06% иттриевым сплавом тяжелых редкоземельных элементов можно получить полностью сфероидизированный графит. При остаточном содержании иттрия в чугуне 0,10—0,15% графит сфероидизируется хорошо; ниже этого предела, по мере уменьшения количества иттрия, последовательно появляются нерегулярный и вермикулярный графит; при остаточном содержании иттрия свыше 0,15% и ниже 0,30% склонность к отбеливанию постепенно возрастает, округлость графита ухудшается, а при более высоком остаточном содержании появляется YTe4.

Ca: кальций обладает очень низкой растворимостью в чугуне, и его влияние на микроструктуру осуществляется косвенно через связывание с кислородом и серой. По сравнению с магнием, кальций имеет большее сродство к сере и кислороду, что позволяет эффективно проводить десульфурацию и деоксигенацию. При низком остаточном содержании кальция наблюдается увеличение тенденции к ветвлению графита, а при более высоком содержании — уменьшение размера графита и снижение тенденции к ветвлению. Когда остаточное содержание кальция достигает 0,2%, склонность к отбелу значительно возрастает.

1.1.2 Элементы, противодействующие сфероидизации (элементы, мешающие сфероидизации)

К таким элементам в основном относятся те, что разрушают и препятствуют сфероидизации графита, и по механизму их действия их можно условно разделить на три типа:

Во-первых, это расходуемые элементы, подавляющие сфероидизацию, такие как сера, кислород, селен и теллур. Они вступают в реакцию с магнием и редкоземельными элементами, образуя соединения и препятствуя формированию сфероидального графита за счет расхода элементов, способствующих сфероидизации.

Во-вторых, это сфероидизирующие элементы, вызывающие сегрегацию по границам зёрен, включая олово, сурьму, мышьяк, медь, бор, титан, алюминий и другие. Эти элементы накапливаются на границах зёрен и способствуют образованию деформированного дендритного графита при кристаллизации углерода на поздней стадии эвтектики. Если содержание этих элементов достаточно высокое, они также могут вызывать деформацию графита на средней стадии эвтектики, приводя к формированию комковидного или толстопластинчатого графита.

Во-вторых, некоторые промежуточные элементы, мешающие сфероидизации, такие как алюминий и висмут, при низком содержании в основном способствуют искажению графита за счет сегрегации, а при высоком содержании также могут расходовать сфероидизирующие элементы. Кроме того, антисфероидизирующие элементы по-разному влияют и на матрицу сфероидизируемого чугуна. Te и B сильно способствуют образованию отбеленного слоя, As, Sn, Sb, Pb и Bi стабилизируют перлит, Al и Zr способствуют образованию феррита, а Se не оказывает влияния.

1.2 Конфигурация сфероидизирующих элементов и виды сфероидизирующих добавок

Магний, редкоземельные элементы и кальций в настоящее время признаны элементами, способствующими сфероидизации графита. Однако, как сочетать промышленное производство для их приготовления и использования, обеспечивая при этом сфероидизирующую способность сфероидизатора, а также лёгкость его получения, экономичность сырья и удобство применения, — становится принципом при配制 и использовании сфероидизаторов.

1.2.1 Конфигурация сфероидизирующих элементов

— Принципы и особенности состава: должна быть сильная сфероидизирующая способность, что очевидно требует преобладания магния. Точка кипения магния низка, и при добавлении в чугун он вызывает его интенсивное бурление, обеспечивая равномерную реакцию по всему объёму; при сплавлении с другими элементами увеличивается его плотность, что затрудняет его всплытие в чугуне и позволяет уменьшить окисление и угар магния. — Способность нейтрализовать антисфероидизирующие элементы: редкоземельные элементы обладают высокой способностью к десульфурации, дегазации, очистке чугуна и устранению антисфероидизирующих элементов, к тому же в Китае богаты ресурсы редкоземельных элементов, и стоимость их получения относительно низка. — Плавная реакция сфероидизатора, лёгкость в эксплуатации. Хотя кальций не может использоваться в качестве сфероидизатора в одиночку, при его добавлении в состав комплексного сфероидизатора с магнием и редкоземельными элементами можно не только уменьшить содержание MgO в сфероидизаторе, что делает процесс сфероидизации более плавным, но и снизить склонность к образованию отбелённой зоны, вызываемую редкоземельными элементами. Таким образом, принцип и особенности состава сфероидизатора заключаются в том, чтобы использовать преимущества различных сфероидизирующих элементов для повышения эффективности сфероидизации и, путём регулирования их содержания, удовлетворять потребности различных производственных условий и отливок разной конструкции.

1.2.2 Типы сфероидизирующих агентов

На основе принципа сочетания сфероидизирующих и антисфероидизирующих элементов были разработаны различные сфероидизирующие агенты как внутри страны, так и за рубежом. Их можно условно разделить на следующие категории: — Чистый магний: это широко используемый сфероидизирующий агент за рубежом, но его применение в Китае относительно ограничено. Добавление магния под давлением для получения высокопрочного чугуна имеет как очевидные преимущества, так и недостатки. — Медно-магниевые и никель-магниевые сплавы: эти сплавы использовались в нашей стране на ранних этапах, но их высокая стоимость и сложность контроля накопления меди и никеля в переработанном материале привели к снижению ударной вязкости. — Кремний-магниево-железные сплавы: как правило, содержание магния колеблется от минимума 3,5-4,5% до максимума 10-15%. Обычно используемые сплавы содержат 5-10% магния, 42-47% кремния, а остальное является вторичным. Чем ниже содержание магния, тем стабильнее сфероидизирующая реакция и выше степень извлечения магния (содержание магния 4% может увеличить степень извлечения магния на 10% по сравнению со сплавами с 9% магния). Однако сфероидизирующие агенты с низким содержанием магния увеличивают содержание кремния в расплавленном чугуне. Этот сфероидизирующий агент используется для обработки расплавленного чугуна с низким содержанием серы и антисфероидизирующими элементами для отливки поперечных сечений средней толщины. В настоящее время широкомасштабное использование редкоземельных магниевых сплавов в производстве высокопрочного чугуна в моей стране создаст определенные конфликты с условиями производства и закупкой сырья на китайских литейных заводах. — Магниевые сплавы с редкоземельными элементами: включая магний с редкоземельными элементами на основе кремния, магния с редкоземельными элементами на основе кальция и магния с редкоземельными элементами, а также магниевые сплавы с редкоземельными элементами на основе меди и т. д., представляют собой серию сфероидизирующих агентов из магниевых сплавов с редкоземельными элементами, разработанных китайскими инженерами в начале 1960-х годов с учетом реальных условий нашей страны. Они сочетают в себе преимущества и недостатки различных сфероидизирующих элементов, особенно магниево-кальциевые сплавы с редкоземельными элементами, которые в настоящее время являются основными сфероидизирующими агентами с наибольшим применением в Китае, тем самым прокладывая технологический путь для производства высокопрочного чугуна, подходящего для национальных условий нашей страны.

2.Ключевые аспекты производственного контроля качества сфероидизаторов

В настоящее время используемые в Китае сфероидизаторы на основе редкоземельных элементов, в зависимости от метода обработки и производства, в основном включают пирометаллургический метод, метод порошковой проволоки, метод брикетирования, метод механического смешивания и др. Пирометаллургический метод является основой для последующих методов и также является основным методом производства сфероидизаторов на основе редкоземельных элементов. При использовании данного метода для производства сфероидизаторов ключевые аспекты контроля качества включают в себя следующие несколько моментов:

2.1 Подготовка сырья

——Редкоземельный ферросилиций: Это единственный источник редкоземельных элементов в сфероидизирующем агенте, который должен быть невлажным, не распыляться, иметь однородный состав и не содержать включений. Наиболее часто используется редкоземельный ферросилиций с содержанием редкоземельных элементов 23-30%. Согласно некоторым данным, высококремнистый редкоземельный ферросилиций (известный как ферросилиций, полученный одностадийным методом, с содержанием кремния 55%) и обычно используемый низкокремнистый редкоземельный ферросилиций (известный как ферросилиций, полученный двухстадийным методом, с содержанием кремния 36-44%), используемые для производства сфероидизирующего агента, в лабораторных условиях обеспечивают в основном сопоставимую структуру и свойства полученного чугуна, которые удовлетворяют производственным требованиям. Однако у первого прочность на разрыв немного выше, а у второго содержание феррита больше, что следует учитывать при использовании. Конечно, это требует дальнейшей проверки при промышленном серийном производстве.

——Металлический магний: В сплаве магний в основном существует в виде фазы Mg-Si, что способствует уменьшению окисления и угара магния. Магний в сплаве также можно разделить на активный магний и неактивный магний; неактивный магний в основном представляет собой оксид магния. Поэтому требуется, чтобы исходный металлический магний был высокой чистоты (магний первого сорта, содержание магния 99,7% и выше), с малым количеством примесей и не окислен. ——Ферросилиций: Требуется низкое содержание алюминия, плотная структура, без распыления и включений. Ферросилиций марок ниже 75 по государственному стандарту трудно плавить и он содержит много примесей, поэтому его не рекомендуется использовать. ——Силикокальций, силикобарий: В основном необходимо обеспечить точное содержание Ca и Ba в сплаве. Недостаточное их количество увеличит содержание неактивного оксида магния, что приведет к интенсивному горению сфероидизирующего агента при использовании, усилению склонности к отбеливанию и ускоренному распаду. ——Лом стали: Обычно используется углеродистая сталь, также можно использовать электротехническую сталь, использование других легированных сталей запрещено, поскольку легирующие элементы в них могут быть антисфероидизирующими, что затрудняет контроль производства. Кроме того, требуется, чтобы лом стали был без масла, ржавчины и загрязнений, особенно поскольку ржавчина легко восстанавливается магнием до оксида магния.

2,2 Контроль процесса плавки

Во-первых, должна быть правильной последовательность загрузки материалов. Необходимо следить за тем, чтобы магний не вступал в прямой контакт с лома стальных материалов. Нужно позволить магнию с низкой температурой плавления расплавиться и сначала прореагировать с кремнием с образованием фазы Mg-Si, чтобы уменьшить угар магния.

Во-вторых, состав расплава должен быть однородным. В дополнение к индукционному перемешиванию, создаваемому индукционной печью средней частоты, необходимо также осуществлять своевременное и достаточное ручное перемешивание для обеспечения равномерности состава сплава в процессе плавки. В процессе плавки следует предотвращать возникновение таких явлений, как «потеря магния», «зависание шихты» и «контакт с печью».

В-третьих, толщина слитка сплава должна быть оптимальной. Если толщина слитка после заливки и охлаждения расплава сплава слишком мала, его площадь поверхности велика, что в процессе охлаждения сплава может привести к большему сгоранию и окислению магния. Если же толщина слишком велика, то из-за разной плотности элементов сплава легко возникает ликвация состава в процессе затвердевания. Оптимальная толщина обычно составляет 10–15 мм.

В-четвертых, гранулометрический состав должен быть классифицирован. Перед дроблением и просеиванием затвердевших слитков сплава необходимо очистить их поверхность от оксидов и удалить включения. Кроме того, в зависимости от размера ковша с чугуном у заказчика, фракции следует рассортировывать и упаковывать, но при этом не допускается наличие порошка сплава.

2,3 Проверка химического состава

Качественный сфероидизатор, помимо плотной внешности и отсутствия включений, более важным является содержание и однородность его химического состава.

В сфероидизаторе, помимо анализа таких обычных элементов, как Re, Mg, Si, Ca и др., производители и потребители часто упускают из виду анализ MgO в сплаве. Это также связано с отсутствием единого государственного стандарта анализа MgO, из-за чего один и тот же сплав, анализируемый разными методами на разных предприятиях, дает различные выводы о составе. Это требует от производителей сплавов и литейных заводов-потребителей договориться о едином стандарте приемочного анализа и придерживаться его.

3.Оценка качества сфероидизатора

Какой сфероидизатор лучший? Это часто становится темой для многолетних обсуждений на многих литейных заводах. На самом деле, можно сказать, что лучшего сфероидизатора не существует, есть только подходящий, и тот, что подходит вам, — лучший. Так как же тогда оценивать качество сфероидизатора?

На основе данных о термодинамике и кинетике реакции сфероидизирующих элементов в жидком чугуне, факторах, влияющих на качество в процессе производства сфероидизирующих модификаторов, и технологических факторах в процессе их использования на литейных заводах, были предложены следующие критерии оценки качества сфероидизирующих модификаторов:

(1) Сродство сфероидизирующих элементов к сере, кислороду и другим элементам в чугуне. Высокое сродство и образование с ними соединений, которые служат в качестве внешних центров кристаллизации в процессе затвердевания жидкого чугуна, например, такие сфероидизирующие элементы, как редкоземельные металлы, магний, кальций. (2) Способность сфероидизирующих элементов изменять форму графита с пластинчатой на шаровидную. (3) Плотность и температура кипения сфероидизирующего модификатора ниже, чем у жидкого чугуна. Низкая плотность обеспечивает самопроизвольное всплывание в жидком чугуне, а температура кипения ниже температуры обработки чугуна позволяет магнию переходить в газообразное состояние при данной температуре обработки, создавая эффект само перемешивания и тем самым улучшая сфероидизацию. (4) Содержание оксида магния в сфероидизирующем модификаторе составляет около 10% от содержания магния. (5) Сфероидизирующий модификатор должен быть плотным, без сегрегации, без усадочных раковин и пористости, не должен распыляться. (6) Гранулометрический состав сфероидизирующего модификатора должен быть равномерным, без порошковой фракции, предпочтительны многогранные частицы с тупыми углами. (7) Вышеуказанные условия в основном охватывают требования к качеству в процессе производства и использования сфероидизирующих модификаторов, поэтому могут служить единым стандартом оценки качества для поставщика и потребителя.

4.Выбор сфероидизирующего модификатора

Вышеуказанные критерии оценки качества сфероидизирующих модификаторов можно также считать основой для их выбора, но они изложены с точки зрения общих принципов и явлений. Что касается конкретного выбора сфероидизирующего модификатора, то проанализируем этот вопрос в соответствии с практикой, принятой на нашем литейном заводе.

Наиболее распространённые проблемы, с которыми сталкиваются литейные заводы при использовании сфероидизирующих модификаторов, в основном следующие:

(1) Неточный и нестабильный состав сфероидизирующего модификатора. (2) Порошкование сфероидизирующего модификатора, несоответствие гранулометрического состава сплава. (3) Недостаточная плотность сфероидизирующего модификатора, быстрое всплывание, значительные потери при плавке. (4) Слишком высокое содержание MgO, слишком бурная реакция, некачественная сфероидизирующая обработка, чрезмерное количество добавляемого сфероидизирующего модификатора. (5) Быстрое распадение после сфероидизирующей обработки. (6) Высокая склонность к отбеливанию после сфероидизации.

Так какой же сфероидизирующий модификатор следует выбрать, чтобы избежать вышеуказанных проблем?

Конечно, это зависит от плавильных условий на конкретном заводе, конструкции отливок, требований к структуре и свойствам и других факторов; необходимо подходить к каждому вопросу индивидуально. Для удобства изложения в данной статье используется следующая классификация.

4.1 Условия плавки

В Китае около 80% предприятий для производства чугуна с шаровидным графитом используют ваграночную плавку, поскольку температура чугуна в вагранке низкая, а содержание серы и других примесей высокое. Это требует от сфероидизирующего модификатора высокой десульфурирующей и шлакоудаляющей способности, поэтому целесообразно выбирать высокосортные сфероидизирующие модификаторы, такие как FeSiMg10Re7, FeSiMg8Re7, FeSiMg8Re5. А для производства чугуна с шаровидным графитом в дуговых печах или при «двойном» процессе плавки чаще используются сфероидизирующие модификаторы с низким содержанием редкоземельных элементов и магния, например, с содержанием Mg 1-6% и Re 4-8%.

4.2 Толщина и размер отливки

Для отливок разной толщины стенок и разного веса условия затвердевания и охлаждения неодинаковы, поэтому и выбор сфероидизирующего модификатора не может быть одинаковым. Для тонкостенных отливок малых размеров затвердевание происходит быстро, степень переохлаждения велика, что способствует росту шаровидного графита, но также легко приводит к образованию карбидов и повышению склонности к отбеливанию. Когда остаточное содержание магния превышает 0,07%, образование карбидов становится более вероятным, поэтому целесообразно выбирать сфероидизирующий модификатор с низким содержанием редкоземельных элементов и магния. А для отливок из чугуна с шаровидным графитом с толстыми сечениями (толщина стенки более 100 мм) из-за низкой скорости затвердевания в центральной части наблюдается явление деградации сфероидизации, поэтому рекомендуется выбирать высокосортный сфероидизирующий модификатор или увеличивать его дозировку (остаточное содержание магния на 0,01—0,02% выше, чем у обычного чугуна с шаровидным графитом). Однако слишком высокое остаточное содержание редкоземельных элементов также может вызвать образование вспученного графита и явление обратного отбеливания, поэтому были проведены исследования по добавлению в чугун небольших количеств антисфероидизирующих элементов (например, 0,005% сурьмы, а также висмута или олова) для нейтрализации избыточных редкоземельных элементов. Кроме того, можно выбрать сфероидизирующий модификатор на основе иттрия, который обладает большей устойчивостью к деградации, чем модификаторы на основе церия, и меньшей склонностью к отбеливанию.

4.3 Перлит и феррит в отливках

Основными факторами, влияющими на содержание перлита в структуре чугуна с шаровидным графитом, являются особенности структуры затвердевания, скорость охлаждения через эвтектоидную область, содержание углерода и кремния, виды и содержание легирующих элементов и т.д. Мало сфероидального графита и большой его размер в структуре затвердевания неблагоприятны для полной диффузии углерода, способствуют увеличению перлита и уменьшению феррита; высокое содержание углерода в аустените и большая скорость охлаждения отливки также способствуют увеличению перлита. Использование сфероидизирующих добавок, содержащих медь, сурьму или никель, или добавление в чугун меди, сурьмы, никеля, олова и других элементов могут стабилизировать перлитную структуру. А для чугуна с шаровидным графитом ферритного класса необходимо строго контролировать содержание этих элементов. Кроме того, поскольку редкоземельные элементы увеличивают склонность чугуна к переохлаждению, при производстве ферритных отливок целесообразно выбирать сфероидизирующие добавки с низким содержанием редкоземельных элементов (содержание Re не должно превышать 5%).

5.Распространенные дефекты, вызванные неправильным применением сфероидизирующих добавок

Дефекты отливок, такие как включения, поры, трещины (включая газовые поры, усадочные раковины, трещины, холодные спаи и т.д.), часто влияют на механические, физические и химические свойства, а также на обрабатываемость отливок, определяя их качество. Отливки из чугуна с шаровидным графитом могут иметь практически все литейные дефекты, но из-за особенностей способа производства, законов кристаллизации и литейных свойств, отличающихся от других литейных сплавов, для чугуна с шаровидным графитом характерны некоторые специфические дефекты.

<think> Какие дефекты отливок из шаровидного чугуна связаны с сфероидизатором, или, иными словами, какие дефекты отливок из шаровидного чугуна вызваны факторами, связанными с сфероидизатором?

Исследования, представленные в данной статье, показывают, что почти все дефекты отливок из шаровидного чугуна связаны с сфероидизатором. Это обусловлено следующими основными причинами:

(1) Деформация графитовых шариков：Деформация графитовых шариков приводит к появлению нерегулярного графита, такого как комковидный, головастиковидный, червевидный, угловатый или другой нешаровидной формы. Это происходит из-за того, что при радиальном росте шаровидного графита локальные режимы и скорости роста кристаллов отклоняются от нормальных закономерностей роста. Когда количество остаточных сфероидизирующих элементов в отливке выходит за должные пределы, например, когда остаточный магний слишком высок и превышает минимальное количество, необходимое для поддержания шаровидной формы графита, это также влияет на условия кристаллизации графита, что легко приводит к образованию головастиковидного графита. А при большом количестве остаточных редкоземельных элементов, чугун с высоким углеродным эквивалентом легко образует дробленый графит, скопление которого в определенной области обычно называют «серым пятном». Появление же червевидного графита обусловлено недостаточным количеством остаточных сфероидизирующих элементов или наличием сверхдопустимого содержания титана и алюминия.

(2) Всплытие графита: В толстостенных отливках из шаровидного чугуна заэвтектического состава в верхней части литейной позиции часто наблюдается область с высокой концентрацией графита, то есть явление «всплытия графита». Это вызвано разницей в плотности между графитом и чугуном, из-за которой графит, выделяющийся непосредственно из заэвтектического чугуна, под действием выталкивающей силы движется вверх. Степень всплытия графита связана с такими факторами, как углеродный эквивалент, вид и количество остаточных сфероидизирующих элементов, время затвердевания отливки, температура заливки и др. Магний повышает содержание углерода в эвтектике шаровидного чугуна, и при одинаковом углеродном эквиваленте чугуна увеличение количества остаточного магния может уменьшить всплытие графита. Слишком высокое содержание остаточных редкоземельных элементов способствует образованию взрывного графита.

(3) Обратная отбеленная зона: В обычных чугунных отливках отбеленная структура легко образуется в поверхностном слое, на острых углах и в местах заусенцев, где охлаждение происходит быстрее. Дефект обратной отбеленной зоны, наоборот, проявляется в средней части сечения отливки, в тепловых узлах и других местах, где появляется карбидная фаза. Избыточное количество остаточных сфероидизирующих элементов способствует возникновению дефекта обратной отбеленной зоны; при этом редкоземельные элементы в этом отношении сильнее магния. Как правило, они увеличивают степень переохлаждения при формировании структуры сфероидического графита.

(4) Подкожные поры: Подкожные поры содержат в основном водород, а также небольшое количество оксида углерода и азота. При чрезмерно высоком содержании остаточного магния также усиливается склонность к поглощению водорода из влажных форм, что увеличивает вероятность образования подкожных пор. Кроме того, длительное выдерживание сфероидизированного чугуна также может увеличить количество пор.

(5) Усадочные раковины и пористость: Усадочные раковины часто появляются в местах, где отливка застывает последней (в тепловых узлах, в месте соединения шейки стояка с отливкой, на внутренних углах или в месте соединения внутреннего литника с отливкой). Это полости, скрытые внутри отливки или сообщающиеся с поверхностью. Макропористость проявляется в тепловых узлах, в то время как мелкие усадочные полости в основном взаимосвязаны между собой. Что касается сфероидизирующих элементов, необходимо контролировать, чтобы остаточные магний и редкоземельные элементы не были чрезмерно высокими, что даёт явный эффект для уменьшения как макро-, так и микропористости. Склонность к усадочной пористости почти прямо пропорциональна количеству сфероидизирующих элементов.

(6) Чёрный шлак: Он обычно возникает в верхней части отливки (в положении при заливке) и в основном подразделяется на кусковой, шнуровидный и мелкодисперсный чёрный шлак. Основным компонентом чёрного шлака является силикат магния, который образуется в результате реакции MgO и SiO2 в чугуне и зависит от их относительного содержания. Поэтому одной из мер контроля чёрного шлака является уменьшение остаточного содержания магния (при добавлении магния 0,15% общее количество шлака составляет около 0,1% от массы чугуна), в то время как остаточные редкоземельные элементы, обладая сильным сродством к кислороду, дают явный эффект в уменьшении чёрного шлака.

<think> (7) Спад сфероидизации: это происходит из-за длительного выдерживания сфероидизированного чугуна, когда остаточный магний постепенно уменьшается, шлак не удаляется вовремя, и сера возвращается в чугун, что приводит к уменьшению или даже исчезновению графита в затвердевшей структуре, и он деградирует в графит неправильной формы, червевидный или пластинчатый. Такой спад сфероидизации связан с низким содержанием редкоземельных элементов в сфероидизаторе или недостаточным его количеством, но простое увеличение его дозировки также нежелательно, поскольку при высоком остаточном содержании магния увеличивается количество шлака и цементита, а в толстых сечениях графитовые шары могут превратиться в графит в форме головастиков. Производственная практика показывает, что низкое содержание серы в исходном чугуне является наиболее эффективным средством предотвращения спада сфероидизации.

Включая другие дефекты сфероидизируемого чугуна, почти все связаны с составом и количеством сфероидизатора, но мы не должны рассчитывать, что сфероидизатор решит многие проблемы, тем более все проблемы, поскольку действие сфероидизирующих элементов и количество добавляемого сфероидизатора имеют как преимущества, так и недостатки. Сфероидизатор является лишь одним из важнейших факторов в системе управления стабильным производством сфероидизируемого чугуна, и только в сочетании с другими сопутствующими мерами можно обеспечить стабильную сфероидизирующую обработку.