РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕНА ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ ВИСОКОВУГЛЕЦЕВИХ СПЛАВІВ НА ОСНОВІ ЗАЛІЗА ТИПУ ЧАВУНІВ З ДРІБНОЗЕРНИСТИМ КОМПАКТНИМ ГРАФІТОМ

Анотація

Провідну роль, порівняно з іншими ливарними конструкційними матеріалами в машинобудуванні, зберігають високовуглецеві сплави. За даними міжнародної організації ISSIM світове виробництво литва з високоміцного чавуну різних марок складає більше 40 млн. тон на рік та прогнозується щорічне збільшення на 1 млн. тон.
Проблемою в забезпеченні таких обсягів литва є дефіцит модифікаторів, їх вартість, а також висока енергоємність процесів та їх технологічна нестабільність.
Враховуючи вищенаведене, розроблена технологія отримання чавунів з дрібнозернистим компактним графітом (ЧДКГ) достатньо високої міцності із певним запасом пластичності. При цьому компактна форма графіту досягається без модифікування магнієм та іншими присадками. Технологічний процес отримання чавуну з дрібнозернистим компактним графітом має технологічно стабільну технологію виробництва з незначною чутливістю до коливань хімічного складу шихти.
Компактна форма графіту забезпечується високим співвідношенням вмісту сірки та марганцю у чавуні [S/Mn], що досягається за рахунок легування чавуну сіркою при відповідному вмісті марганцю.
Висунута гіпотеза сфероїдизуючої дії елементів з високою пружністю парів у Fe-C розплавах. Розглянуто механізм створення «сірчистих мостиків» на бахромі графітоїдних включень у цих розплавах.
Сірка рахується шкідливою домішкою в сплавах заліза, але, у визначених співвідношеннях при легуванні чавуну, вона грає позитивну роль, прокрашуючи механічні властивості металу.
За властивостями сірка – типовий металоїд, який утворює у металевих розплавах відповідні сульфіди. Згідно сучасної теорії графітизації сірка відноситься до елементів – антиграфітизаторів, акцепторів валентних електронів у сплавах. Також потрібно врахувати, що сірка у кількості до 1% відносно добре розчиняється у рідкому залізі, але дуже погано у твердих γ- та α- фазах, а також практично не розчинна у цементиті.
Тому під час кристалізації вона випадає у вигляді сульфідів заліза та марганцю і фактично перестає впливати на термодинаміку графітизації, але на кінетику графітизації сульфіди можуть чинити сильний вплив.
Сірка, яка практично не розчинна у цементиті, впливає на нього через активність вуглецю у системі і, таким чином, сприяє стабілізації Fe3C.
Розміри сульфідних включень визначаються інтенсивністю охолодження металу від температур, при яких сірка находиться в розчині, а також від вмісту домішок, які впливають на розчинність сірки.
Проведені експериментальні роботи по дослідженні чавунів з дрібнозернистим компактним графітом та підвищеним вмістом сірки показують, що легування чавуна сіркою не тільки підвищує механічні властивості чавуну, а також істотно підвищують зносостійкість, підвищують зменшують швидкість деградації виливків.
В структурі чавуну з дрібнозернистим компактним графітом та підвищеним вмістом сірки утворюються сульфіди складного складу, які позитивно впливають на його антифрикційні властивості, крім того зменшують коефіцієнт сухого третя, підвищують швидкість припрацювання.
Розроблена технологія отримання ЧДКГ, за рахунок підвищеного вмісту поверхнево-активного елемента (сірки) у чавунах до певного рівня, дозволяє застосовувати високосірчистий український кокс при виплавці чавуну, а також і інші недефіцитні та дешеві матеріали.