Главная » Статьи, тех. документация » Внутриформенное модифицирование на ВЧ

Внутриформенное модифицирование на ВЧ

Oddvar Knustad, Senior Metallurgist, MSc.“Elkem ASA. Foundry Products Division”, P.O. Box 8040, Vaagsbygd, NO-4675 Kristiansand, S. Norway

В настоящее время порядка 10 % (или более 1,5 млн. тонн в год) высокопрочного чугуна в мире производится методом внутриформенного модифицирования. Идея этой технологии заключается в заливке необработанного базового чугуна в форму и реализации сфероидизирующей обработки (модифицирования) внутри литейной формы одностадийным процессом. Реакционная камера, объединенная с литниковой системой внутри формы, заправляется модификатором ФСМг и модифицирование расплава происходит непрерывно, пока металл протекает через реакционную камеру перед попаданием в полость, сформированную в форме моделью.

Рисунок 1. Принцип внутриформенного модифицирования.

Существует ряд преимуществ и недостатков данной технологии, а именно:

Преимущества процесса:

• Уменьшает количество производственных операций.

• Отсутствие выдержки обработанного чугуна. Уменьшает проблемы, связанные со шлаком, что присуще миксерам и печам выдержки.

• Отсутствует эффект «старения» модифицирующего эффекта.

• Высокое усвоение Mg и меньшая навеска модификатора.

• Не требуется вторичного модифицирования.

• Низкие капитальные затраты.

• Низкие колебания себестоимости литья.

• Поздняя обработка расплава препятствует переохлаждению и формированию карбидов.

• Отличная интеграция с процессом автоматической заливки.

• Быстрое восстановление производственного процесса после простоев производства.

• Минимальное воздействие на окружающую среду.

• Отсутствие шлака, требующего утилизации, при обработке расплава.

Недостатки процесса:

• Уменьшает свободное место на модельной плите.

• Снижает выход годного.

• Увеличивает вероятность образования шлака в форме.

• Требует определения скорости заливки.

• Требует низкого содержания серы в базовом чугуне, макс. 0,015 %.

• Возможно варьирование содержания Mg в разных частях отливки.

• Возможно потребуется 100 % контроль качества.

В качестве примера уменьшения количества производственных операций сравним процесс внутриформенного модифицирования с другим широко известным способом получения ВЧ – «сандвич» процессом:

Сандвич» процесс:

• Плавка • (Десульфурация)

• Обработка базового чугуна Mg

• Скачивание шлака

• Вторичное графитизирующее модифицирование

• Контроль времени

• Контроль температуры

• Отбор пробы металла

• Заливка

• Контроль качества

Ин-моулд процесс:

• Плавка • (Десульфурация)

• Контроль температуры

• Заливка • Контроль качеств

На Рисунке 2 приведены примеры использования процесса для форм различного типа разъемов.

Рисунок 2. Примеры использования ин-моулд процесса

Для эффективного использования процесса внутриформенного модифицирования необходимо следовать нескольким простым правилам:

1.) Конструкция литниковой системы: 

Рисунок 3. Пример типовой литниковой системы для внутриформенного модифицирования. Общие правила: A = площадь питателя, B = A + 10 %, C = A + 12 %, D = E = A + 30 %

2.) Расчет реакционной камеры: 

Формула для расчета размеров реакционной камеры, предложенная Дюнком (изобретателем процесса внутриформенного модифицирования):

Где,

А = Площадь реакционной камеры;

Mgt = Требуемое количество остаточного магния;

W = Масса заливаемого в форму расплава;

k = Коэффициент эффективности модификатора;

t = Время заливки.

Коэффициент эффективности модификатора (k) предложен Дюнком:

• 6 % ФСМг: k = 0.032 ф/дюйм2 ·сек = 0.002225 кг/см2 ·сек

• 9 % ФСМг: k = 0.048 ф/дюйм2 ·сек = 0.003338 кг/см2 ·сек

Соотношение  является не чем иным, как скоростью заливки расплава, а соотношение 

получило название фактор растворимости модификатора (Alloy Solution Factor – ASF). Mgt t Следовательно, формулу расчета размеров реакционной камеры можно представить в виде:

Общие правила устройства реакционной камеры:

• Входное отверстие должно находиться в нижней полуформе.

• Выходное отверстие должно находиться в верхней полуформе.

• Глубина камеры = Высота, необходимая для модифицирования, + 25 мм.

Факторы, влияющие на фактор растворимости модификатора (ASF):

• Содержание Mg в ФСМг.

• Содержание РЗМ в ФСМг.

• Температура заливки.

• Содержание серы в базовом чугуне.

• Тип потока расплава в реакционной камере (ламинарный или турбулентный).

Типичное значение ASF обычно составляет от 0.045 кг/см2 ·сек до 0.060 кг/см2 ·сек, но, в некоторых случаях, значение ASF достигает 0.070 кг/см2 ·сек. Количество вводимого модификатора при модифицировании в форме, как правило, колеблется от 0.8 % до 1.2 %.

Таблица 1: Таблица площадей камер при различных значениях ASF и скоростях заливки форм:

3.) Модификаторы, используемые для процесса внутриформенного модифицирования:

При получении отливок методом внутриформенного модифицирования необходимо использовать целевые марки модификаторов, так как традиционные модификаторы на основе ФСМг могут иметь ряд недостатков. Основные проблемы, связанные с использованием стандартных марок ФСМг:

— рост формирования усадочной пористости и

— увеличение склонности к образованию дефектов по вине неметаллических включений.

Рекомендуемые составы модификаторов для получения высокопрочного чугуна методом внутриформенного модифицирования представлены в виде двух конкретных примеров:

Модификатор 1: Si 44 – 48 % Mg 5.0 – 6.0 % La 0.25 – 0.4 % Ca 0.4 – 0.6 % Al 0.8 – 1.2 %.

Модификатор 2: Si 43 – 47 % Mg 5.75 – 6.5 % РЗМ 0.35 – 0.7 % Ca 0.35 – 0.6 % Al 0.4 – 0.75 %

Применение La содержащих модификаторов с малым количеством шлакообразующих элементов является в настоящее время наиболее эффективным путём для получения качественного литья из высокопрочного чугуна с одновременным существенным снижением себестоимости его производства за счёт практически полного устранения металлургического брака. Имея в своём составе чистый лантан (La) вместо традиционных РЗМ, такой модификатор способствует уменьшению тенденции к объемной усадке по сравнению с традиционными модификаторами. Рекомендуемый рассев модификатора 1 – 4 мм.

За дополнительной информацией по вопросам организации процесса внутриформенного модифицирования рекомендуем обращаться в Московское представительство компании “Elkem ASA”.

Внутриформенное модифицирование на ВЧ.pdf

Яндекс.Метрика