Сравнительная оценка рафинирующей способности различных литейных фильтров

(Э.Б. Тен, М.А. Воеводина, А.Э. Петров, МИСиС, ж. "Известия высших учебных заведений" №7, 1993 г.)

Отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) часто поражаются дефектами, которые выявляются в изломах отливок в виде "черных пятен". Последние представляют собой скопления неметаллических включений - продуктов взаимодействия сфероидизатора (магния или РЗМ) с кислородом и серой. Но корреля­ция между образованием пятнистых дефектов и содержанием указанных примесей прослеживается лишь в отношении серы. Она наблюдается при содержании ее свыше 0,01...0,02 %. При этом степень пораженности отливок такими дефектами возрастает пропорционально увеличению в исходном расплаве чугуна избыточного содержания серы.

В связи с дефицитностью низкосернистых шихтовых материа­лов для выплавки исходного чугуна с содержанием серы ниже приведен­ных пределов проводят печное и внепечное обессеривание. Однако это существенно ухудшает экономиче­ские показатели и экологические ус­ловия производства отливок. Поэто­му при относительно невысоких содержаниях серы задачу предупреж­дения образования "черных пятен" решают путем обработки расплава криолитом в процессе сфероидизирующего моди­фицирования, однако возможности этого приема ограничены.

Вместе с тем возрастающие требования к качеству отливок из чугуна с шаровидным графитом обусловливают поиск методов обеспечения гарантированного стабильного их уровня. Для этой цели в промышленно развитых странах применяют эффективный способ внепечной обработ­ки - фильтрационное рафинирование расплава в литейной форме. В качестве рафи­нирующей среды используют тканые, пенокерамические, зернистые и ячеистые ка­нальные литейные фильтры.

В работе исследовали эффективность первых трех типов фильтров: тканых фильтров из кремнеземного волокна, пенокерамических фильтров из карбида кремния английской фирмы "Foseco" и зернистых фильтров с ог­неупорным магнезитовым ядром, плакированных криолитом, разработанных в МИСмС. Фильтры размещали в литейной форме по схеме рис. 1.

Рис. 1. Эскиз формы для изготовления опытных отли­вок: 2 - литниковая система; 3 - фильтры

Чугун выплавляли в индукционной печи, модифицировали в ковше смесью никель-магниевой лигатуры с 15 % Mg и ферросилиция ФС75 в соотношениях их по массе 3:2. Общий расход смеси со­ставил 5 % к массе расплава. Химический состав чугуна до (вторая строка) и после (третья строка в таблице) модифицирования сле­дующий, %:

Эффективность фильтрования оценивали качественно и количественно по результатам анализа серных отпечатков темплетов отливок, а также по изменению сред­него содержания в них серы. На темплетах отливок видимые серосодержащие включе­ния классифицировали на пятнистые и точечные дефекты. К первым относили вклю­чения размером более 1 мм, ко вторым - менее 1 мм. Относительную площадь, заня­тую "пятнами", определяли визуально на всей поверхности серного отпечатка темплета, а относительную площадь точечных дефектов путем просмотра шлифов на оптиче­ском микроскопе при увеличении 32.

В эксперименте использовали расплав чугуна с относительно низкой исходной загрязненностью. При этом относительная площадь, занятая крупными скоплениями неметаллических включений, составляла в отливках из нефильтрованного чугуна 0,57 %. Отливки, полученные фильтрованием через тканый и пенокерамический фильтры, были менее загрязнены пятнистыми включениями, относительная площадь их - 0,12... 0,15 %. При использовании зернистого фильтра наблюдалась наиболее высокая степень рафинирования расплава, отливки получались практически без пятнистых де­фектов. Относительная площадь их не превышала 0,04 %.

Фильтр из пенокерамики более эффективен - площадь, занятая неметалличе­скими включениями, уменьшается. Зернистый фильтр с адгезионно-активным покры­тием обеспечивает полное удаление из расплава крупных скоплений неметаллических включений.

При относительно низкой исходной загрязненности жидкого чугуна рафини­рующее воздействие тканых, пенокерамических и зернистых фильтров различается, но не столь существенно. При высокой исходной загрязненности фильтруемого расплава чугуна отличие в рафинирующем воздействии фильтров проявляется более контраст­но. Причем с увеличением толщины литейного фильтра способность их задерживать крупные скопления неметаллических включений возрастает.

В чугуне, фильтрованном через наиболее эффективные пенокерамические и зернистые фильтры, содержится мало крупных скоплений включений. Поэтому веро­ятность агрегации к ним мелких включений мала при высокой возможности проскакивания их через фильтр.

Анализ содержания серы показал, что при сфероидизирующем модифицировании достигается около 50...60% обессеривания, а фильтрование позволяет обеспечить дополнительно 15...25 %-ное снижение содержания серы.

При сфероидизирующем модифицировании удаляется примерно половина той части серы, которая потенциально может образовать в отливках пятнистые дефекты Использование зернистого фильтра, плакированного легкоплавким фторидом, позволяет устранить образование в отливках пятнистых дефектов.

Таким образом, фильтрование является эффективным способом внепечной обработки расплава высокопрочного чугуна, применение которого позволяет предупредить или существенно уменьшить загрязненность отливок пятнистыми дефектами. При высокой исходной загрязненности расплава зернистые и пенокерамические фильтры обеспечивают более высокую степень рафинирования по сравнению с ткаными. При низкой исходной загрязненности расплава указанные фильтры имеют сопоставимую рафинирующую способность.

Вернуться в раздел "Техническая информация"