» » Газы в чугунах с шаровидным графитом
25.12.2014

Из литературы известно, что по влиянию на растворимость и активность углерода в железе кислород, азот и галогены превосходят большинство элементов, включая магний и, имея по отношению к железу большое различие в атомных размерах и температуре плавления, обладают малой растворимостью в нем.
При вводе азота, хлора, фтора, брома и т. д. значительно снижается растворимость углерода, что оказывает влияние на кристаллизацию магниевого чугуна.
Образование включений шаровидного графита при высоких температурах происходит в микрообъемах расплава, обогащенных модификаторами, из-за снижения растворимости углерода. При модифицировании чугуна магнием или его лигатурами после окончания реакций обессеривания и раскисления в расплаве значительная часть магния распределяется неравномерно в виде микроскопических пузырьков, капелек при обработке под высоким давлением или в растворе отдельных микрообъемов расплава.
Газы в чугунах с шаровидным графитом

Из микрообъемов с повышенным содержанием магния (рис. 1, с) в результате градиента концентрации магний диффундирует в окружающий расплав. В противоположном направлении диффундируют растворенные в расплаве газы. Диффузия магния проходит через пограничный слой (рис. 1, б) вокруг обогащенного магнием микрообъема расплава. В пограничном слое под влиянием магния растворимость углерода изменяется от максимальной в расплаве (точка 3) до минимальной на границе с обогащенным магнием микрообъемом расплава (точка 4). При содержании углерода в расплаве Nc растворимость его в слое (рис 1, в) становится ниже его концентрации.
В связи с этим еще в предкристаллизационный период возникают зародыши графита. Равновесная концентрация углерода в жидкости на границе с выделившимся графитом (точка 4, рис. 1, в) меньше концентрации углерода в расплаве (Nc), что вызывает направленный диффузионный поток атомов углерода к включениям графита.
Диффузия газов в направлении обогащенных магнием микрообъемов приводит к дополнительному снижению растворимости углерода в пограничном слое, что способствует зарождению и росту включений графита при высоких температурах.
Водород оказывает малое влияние на растворимость углерода в железе.
Содержание кислорода в чугунах в зависимости от их природы, химического состава и условий плавки может изменяться в широких пределах.
При плавке в пламенных печах содержание кислорода в валковых расплавах увеличивается с ростом содержания FeO в шлаке и температуры плавки, что приводит к увеличению загрязненности отбеленного слоя валков неметаллическими включениями.
Количество неметаллических включений в отбеленном магниевом чугуне увеличивается также при продувке чугуна кислородом (4—7 м3/т) для снижения содержания кремния или при присадке железной руды.
При продувке чугуна под шлаком с высоким содержанием FeO>30% количество неметаллических включений увеличивается (рис. 2) и не уменьшается значительно при последующей рафинировке. Снижение содержания FeO в шлаке ниже 20% позволяет при продувке чугуна кислородом получать расплавы с малым количеством неметаллических включений.
Газы в чугунах с шаровидным графитом