Н А Жижкина - Влияние модифицирования на качество сердцевины прокатных валков - страница 1

Страницы:
1 

УДК 669.16; 621.771.07

Жижкина Н.А.

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО СЕРДЦЕВИНЫ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ

Выполнены исследования структуры и уровня свойств сердцевины вал­ков. Показано, что для повышения ее прочностных характеристик наиболее эффективно модифицирование магнием и его лигатурами. Установлены зависимости уровня свойств сердцевины прокатных вал­ков от модифицирующего материала и его количества. Ключевые слова: валок, лигатура, магний, модифицирование, сердцеви­на, прочность, структура, твердость, чугун.

Чугунный валок характеризуется сложной микроструктурой, со­став которой изменяют путем регулирования технологических парамет­ров процессов плавления, литья и термической обработки валков, что позволяет получать прокатный инструмент с различным уровнем экс­плуатационных характеристик. Вместе с тем управление процессом структурообразования возможно посредством внепечной обработки вал­кового расплава: вакуумирования, обработки в магнитном поле, продув­ки газами, модифицирования различными добавками и другое. Такая обработка, осуществляемая с учетом изменения литейных свойств мате­риала, обеспечивает улучшение обрабатываемости отливок, получение более плотной и равномерной структуры валков, а, следовательно, по­вышение их механических и эксплуатационных свойств.

Основными требованиями к качеству сердцевины прокатных вал­ков являются высокие показатели прочностных и пластических характе­ристик, поэтому в шейках нежелательно формирование цементита. Применение модифицирования расплава сердцевины валков одновре­менно предотвращает появление белых твердых структур и способству­ет формированию шаровидного графита, а, следовательно, более высо­кому уровню прочности и пластичности.

В связи с тем, что уровень прочности и пластичности сердцевины валков в значительной степени определяется формируемой в структуре графитной составляющей, важным научно-практическим заданием яв­ляется изучение процесса модифицирования таких материалов.

Анализ работ, касающихся модифицирования литейных материалов [1-4], показал, что такой процесс подвержен старению. Поэтому, как правило, его осуществляют в печи или ковше. Снижение модифици­рующего эффекта с течением времени объясняется стремлением потен­циальных центров кристаллизации графита к укрупнению. Подобнаяагломерация включений приводит к уменьшению их доли в расплаве и, следовательно, к уменьшению количества образующихся включений графита [1].

В работе [2] рекомендуются методы позднего модифицирования или модифицирования в литейной форме (Inmold-процесс). Такие мето­ды предъявляют особые требования к составу и температуре заливаемо­го чугуна, модификаторам. Установлено, что оптимальная температура обработки должна составлять 1400-14500С, а модификаторы легко и равномерно во времени растворяются в жидком чугуне с образованием небольшого количества шлаков и газов.

Исследования [1] показали, что путем ввода модификатора в рас­плав непосредственно перед заливкой создается определенная степень переохлаждения металла, что служит началом процесса формирования зародышей графита. Большинство модифицирующих материалов явля­ются носителями графитизаторов - элементов, газов и неметаллических включений, инициирующих кристаллизацию графита. Имея состав, со­вместимый с чугуном, модификаторы обеспечивают быстрое и равно­мерное распределение графитизаторов в расплаве. В свою очередь, гра-фитизаторы, обладая ограниченной растворимостью в чугуне, образо­вывают стабильные соединения с другими элементами и формируют центры кристаллизации графита.

Выбор способов модифицирования расплава и составов смесей осуществляют с учетом соотношения углерода и кремния, вносимых в расплав металлической шихтой, а количество вводимых модификаторов рассчитывают в зависимости от содержания серы, хрома и марганца в чугуне, подлежащего обработке. Количество модификатора рассчиты­вают таким образом, чтобы гарантировать "серую" кристаллизацию и в то же время избежать эффекта "избыточного модифицирования" (высо­копрочный чугун склонен к усадке) [1].

В качестве основных графитизирующих модификаторов применяют ферросилиций и силикокальций, а также смеси с использованием угле­родистых материалов. Установлено, что для модифицирования в форме наиболее целесообразно применять бор, кальций и церий, поскольку их действие наименее чувствительно к скорости охлаждения отливки. При­менение присадок с элементами (барием, кальцием, стронцием, церием, РЗМ) способствует изменению формы графита и в то же время измельче­нию структуры, устранению цементита и микротрещин, увеличению доли перлита. В результате повышается уровень механических свойств сердцевины валков и одновременно улучшается экологическая обстанов­ка на предприятии [1-3].

Вместе с тем наиболее эффективным сфероидизирующим модифи­катором является магний. Магний характеризуется большим сродствомк сере и кислороду, препятствующим глобулизации графита. Интенсив­но взаимодействуя с ними, такой элемент способствует образованию сульфидов и других неметаллических включений, а затем и их удале­нию. После одновременно проведенных десульфурации и раскисления, графит согласно его кристаллографическим особенностям начинает рас­ти в виде сфер или глобулей. Правильно подобранный химический и фракционный состав модификатора позволяет получать чугун с шаро­видным графитом (ЧШГ) в обычных разливочных ковшах с коэффици­ентом 90-95% практически без пироэффекта и выделений оксида магния в рабочей зоне ковша [3].

К прогрессивным методам модифицирования чугуна относится об­работка магниевыми лигатурами. Такая обработка обеспечивает увели­чение степени перехода магния и других модифицирующих элементов из лигатур в чугун, что повышает эффективность модифицирующего воздействия на структурообразование и улучшение экологии. Получен­ный после обработки чугун имеет пониженное содержание кислорода (0,003%), азота (0,005%), низкое содержание серы (не более 0,003%), при котором обеспечивается высокая степень усвоения магния (0,04­0,06%) и, как следствие, шаровидная форма графита наблюдается по всему сечению отливки [1-3].

Целью работы является исследование влияния модифицирования различными магниевыми лигатурами на структуру и уровень свойств сердцевины валков.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следую­щие задачи:

- оценить влияние различных магниевых лигатур на качество серд­цевины валков;

- проанализировать совместное действие магниевых лигатур на уровень свойств шеек прокатного инструмента.

Для проведения исследований были отобраны образцы от торцов нижних шеек от 50 чугунных валков одного размера. Структура шеек состоит из металлической матрицы, представленной перлитной и фер-ритной фазами, графита шаровидной и компактной формы и отдельных включений цементита.

В связи с тем, что металлическая основа, карбидные включения оказывают влияние на твердость, а показатели прочности и пластично­сти зависят от структуры матрицы и количества, формы и распределе­ния графита в чугуне [4], в качестве исследуемых характеристик выбра­ли твердость и прочность при изгибе.

Измерение твердости проводили на твердомерах Бринелля соглас­но ГОСТ 9012-59. Для определения прочности на изгиб испытывали специально подготовленные образцы согласно ГОСТ 14019-80.

Известно, что кремний является наиболее сильным графитизи-рующим элементом - его влияние интенсивнее углерода. Аналогичное (но менее интенсивное) влияние оказывает никель и медь. При этом в высокопрочном чугуне никель и медь, содержание которой не превыша­ет до 1,0-1,5 %, повышают прочность [4].

В связи с этим в работе исследовали влияние силикокальцевомаг-ниевой, никельмагниевой и медьмагниевой лигатур на уровень твердо­сти и прочности при изгибе (табл. 1).

Исследования показали, что применение NiMg лигатуры взамен SiCaMg способствует повышению предела прочности при изгибе в сред­нем на 3% и снижению твердости на 16%, что соответствует уровню, требуемому потребителями. Следовательно, применение NiMg лигатуры является более эффективным по сравнению с SiCaMg (табл. 1).

Таблица 1

Результаты измерений механических свойств шеек исследуемых валков

Тип магниевой лигатуры

Количество анализируе­мых валков, шт.

Твердость, НВ

Предел прочности при изгибе, МПа

 

 

min

max

среднее значение

min

max

среднее значение

SiCaMg

5

207

260

255

423,8

507

493,4

NiMg

29

195

255

219,5

384,2

699,5

507,5

NiMg+CuMg

16

212

255

232,1

375,1

611,1

532,6

Из табл. 1 следует, что применение в качестве модификатора со­вместно NiMg и CuMg лигатур взамен никельмагниевого сплава способ­ствует повышению уровню прочности на 5%. Однако при этом возрас­тает уровень твердости на 5,7%, что превышает значения, требуемые заказчиками.

Анализ механический свойств валков, подвергшихся такой обработ­ки, показал, что с увеличением доли CuMg лигатуры при модифицирова­нии повышается как уровень твердости, так и прочности при изгибе.

Выводы. Для повышения уровня прочностных и пластических ха­рактеристик сердцевины валков наиболее эффективно модифицирова­ние ее металла магнием и его лигатурами. Исследованиями установлено, что повышению прочностных характеристик с сохранением твердости на требуемом уровне способствует модифицирование никельмагниевой лигатурой. Применение такой лигатуры совместно с медьмагниевым сплавом способствует дальнейшему повышению прочностных характе­ристик. Вместе с тем повышается и уровень твердости. Следовательно, медь, содержащаяся в лигатуре, способствует изменениям в структуре.

Это требует проведение дополнительных исследований. Работа в этом направлении продолжается.

ЛИТЕРАТУРА

1. Модифицирование литейных чугунов. Технология контроля над формой включений графита // Материалы фирмы Elkem ASA. Норвегия: 2000.- 11 с.

2. Совмещенный метод модиифицирования и фильтрации чугуна в фор­ме / Е. Б. Краковский, И. А. Дибров, А. В. Козлов [и др.] // Литейное производ­ство. - 1989. - № 4. - С. 3.

3. Производство высокопрочного чугуна - сравнение альтернативных ме­тодов обработки магнием на ВЧ / [Электронный ресурс] / Т. Скаланд: по материа­лам "Elkem ASA Research". - Режим доступа к сайту: http://www.lityo.com.ua/li/ s_39.html.

4. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках / Н. Г. Гиршович. - М.: Машиностроение, 1966. - 562 с.

Жижкіна Н. О. Вплив модифікування на якість серцевини прокатних валків

Досліджено структуру та рівень властивостей серцевини валків. Показа­но, що для підвищення її міцнісних характеристик більш ефективно модифіку­вання магнієм і його лігатурами. Встановлені залежності рівня властивостей серцевини прокатних валків від матеріалу, що модифікує, та його кількості.

Ключові слова: валок, лігатура, магній, міцність, модифікування, серце­вина, структура, твердість, чавун.

Zhizhkina N. A. The influence of modification on quality of rolling rolls.

The structure and properties' level of rolls' core have been investigated. It has shown that modification by magnesium and its alloys are more effective for enchancing of its strength properties. Relations of properties level of rolling rolls' core from modifying material and its quantity are determined.

Key-words: roll, alloy, magnesium, strength, modification, core, structure, hardness, cast iron.

Жижкина Н. А. - канд. техн. наук, старший преподаватель Восточноукра-инского национального университета имени Владимира Даля, г. Луганск. e-mail: litjo_snu@mail.ru

Поступила в редакцию: 30.04.2011.

Рецензент: Гутько Ю.И., д-р техн. наук, профессор.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н А Жижкина - Влияние модифицирования на качество сердцевины прокатных валков