Экономичное модифицирование высокопрочного чугуна

Литье из высокопрочного чугуна долгое время составляло значительную часть общего рынка литейных производств, как по объему, так и по стоимости, служа основой для некоторых из наиболее существенных литых компонентов, таких как те, которые необходимы в силовых агрегатах автомобилей и грузовых автомобилях, клапанах и корпусах, используемых в системах добычи и переработки нефти и газа, а также в трубопроводах для обработки и очистки воды. Высокопрочный чугун обеспечивает лучшую ударопрочность и усталостную прочность, чем серый чугун или сталь, что делает его предпочтительным выбором для больших и сложных форм (например, корпусов станков или ветряных турбин), которые выдерживают высокие усталостные нагрузки.

Высокопрочный чугун является «пластичным», потому что конкреции или сфероиды графита, которые образуются во время затвердевания, менее разрушают металлическую матрицу, чем в случае с серым чугуном, — и это сделано специально, благодаря эффективному использованию добавок, которые способствуют получению желаемой шаровидного форме графита в структуре чугуна.

«Модифицирование» — это термин, описывающий введение металлов или сплавов в расплав, чтобы повлиять на процесс затвердевания и / или формирование структуры в отливке.

Задача производства высокопрочного чугуна состоит в том, чтобы добиться правильного формирования графита, который обеспечит эффективную пластичность без отрицательного воздействия на процесс затвердевания.

Новый модификатор для литья, который разработала Elkem Silicon Products улучшает структуру графита и помогает снизить остывание отливок из высокопрочного чугуна, с минимальными затратами. Продукт, сплав висмута, специально разработан для любой обработки высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, если присутствуют редкоземельные элементы.

В отличие от многих висмутовых модификаторов для высокопрочного чугуна, новый сплав под названием Bisnoc ™ не содержит церий или другие редкоземельные элементы. Вместо этого висмут в новом сплаве вступает в реакцию с редкоземельными элементами в магниевых нодуляризаторах с образованием желаемых микроструктур и свойств высокопрочного чугуна. По словам разработчиков, такая практика может снизить затраты на модификатор.

Литейные предприятия по производству высокопрочного чугуна часто полагаются на сплавы редкоземельных элементов, чтобы нейтрализовать пагубное влияние случайных элементов, вносимых ломом. Эти элементы могут вызвать плохую шаровидность графита и плохие литейные свойства. Однако добавление слишком большого количества редкоземельных элементов также вызывает проблемы, такие как отбеленный чугун в тонких сечениях и крупный графит в толстых срезах. Согласно опыту литейного производства, висмутовые модификаторы могут противодействовать этим эффектам.

При добавлении во время инокуляции висмут вступает в реакцию с избыточными редкоземельными элементами, увеличивая количество зародышей, образующихся в расплавленном высокопрочном чугуне. Эти зародыши способствуют образованию мелких, равномерно распределенных узелков сфероидального графита в микроструктуре чугуна.

Благодаря запатентованной технологии покрытия висмутом частицы модификатора Bisnoc содержит от 0,5% до 1,1% висмута, который вступает в реакцию с редкоземельными элементами в чугуне, оптимизируя зародышеобразование графита. Эти добавленные зародыши увеличивают количество и уменьшают размер графитовых узелков в отливках из высокопрочного чугуна.

В то же время новый модификатор висмута представляет собой новую комбинацию модифицирующих элементов, которые способствуют ферритной матрице и устраняют твердые карбиды железа или «холода». Эта структура необходима в тонких секциях отливок из высокопрочного чугуна, если эти секции требуют механической обработки.

«Мы разработали модификатор Bisnoc, чтобы предоставить нашим клиентам дополнительный модификатор, отвечающий их конкретным потребностям», — говорит Тони Карраскоса, менеджер по продажам и маркетингу компании Elkem в Северной Америке. «Поскольку многие из наших клиентов уже добавляют редкоземельные элементы во время обработки с образованием узловых частиц, эти клиенты сочтут рентабельным использование нашего нового модификатора Bisnoc, который добавляет висмут без добавления редкоземельных элементов».

В рамках процесса разработки компания Elkem протестировала модификатор Bisnoc как в лабораторном, так и в коммерческом чугуне с шаровидным графитом в широком диапазоне литейных условий. В этих испытаниях микроструктуры, полученные с использованием модификатора Bisnoc, сравнивались с микроструктурами, полученными с использованием висмутсодержащих модификаторов, содержащих до 2% редкоземельных элементов. В обоих методах использовались аналогичные церий-содержащие и лантановые шаровидные добавки.

Во всех случаях модификатор Bisnoc давал количество и плотность конкреций, которые были сопоставимы или немного лучше, чем результаты со сплавами висмута, содержащими редкоземельные элементы. Аналогичным образом микроструктуры чугуна, легированные модификатором Bisnoc, содержат такое же соотношение феррит / перлит, как чугун, легированный редкоземельными модификаторами висмута.

«Хотя литейные предприятия всегда заинтересованы в снижении затрат на обработку, они хотели убедиться, что новый висмутовый модификатор дает графитовую структуру, сравнимую со структурой, полученной с их нынешним висмутовым модификатором», — сказал Роберт Логан, технический менеджер Elkem в Америке, который руководил всемирными испытаниями. «Параллельное сравнение с существующей практикой показало, что новый висмутовый модификатор обеспечивает по крайней мере сравнимую, а иногда и лучшую микроструктуру».

В дополнение к новому модификатору Bisnoc, Elkem производит висмутовый модификатор, содержащий редкоземельные элементы, для производства высокопрочного чугуна, в котором в качестве нодулизаторов используются не содержащие церия магниевые сплавы или металлический магний. Этот Bi- инокулянт Ultraseed ® содержит от 0,8 до 1,3% висмута и от 1,5 до 2,0% редкоземельных элементов. Эта комбинация способствует высокой шаровидности графита и плотности высокопрочного чугуна. Правильно спроектированный, этот метод может дать структуры и свойства высокопрочного чугуна, сопоставимые с теми, которые получены с модификатором Bisnoc.

Источник: www.foundrymag.com