» » Влияние вакуума на структуру чугунов
25.12.2014

В настоящее время на заводах России широко используется вакуумирование стали с целью повышения ее качества. Известны попытки применить в промышленности вакуумированный чугун. Однако механизм влияния вакуума на структуру чугуна различного химического состава изучен еще недостаточно.
Целью данной работы является изучение влияния вакуума и условий охлаждения вакуумированного чугуна с различным содержанием кремния.
Исследования проводились на образцах из чугуна, выплавленного под вакуумом 1*10в3 мм рт. ст. и при атмосферном давлении. Для проведения экспериментов использовалась высокочастотная вакуумная установка. Химический состав чугуна (в %): 3,3 Соб; 0,64 Mn; 0,15 Р; 0,05 S. Содержание кремния изменялось от 0,3 до 2,3%. По центру каждого образца просверливалось отверстие диаметром 5 мм для помещения горячего спая термопары, защищенного кварцевым колпачком. Опытный образец весом 300 г помещался в алундовый тигель и нагревался до температуры 1320° С. Температура чугуна замерялась платино-платинородиевой термопарой и записывалась электронным потенциометром. На основании температурных кривых охлаждения определены скорости охлаждения для различных периодов времени охлаждения. При плавке под вакуумом скорость охлаждения в доэвтектическом периоде составляла 42 град/мин, в до-перлитном — 28, а во время плавок при атмосферном давлении соответственно 70 и 42 град/мин. Разница в скоростях охлаждения при плавках под вакуумом и атмосферном давлении (при прочих равных условиях плавки) объясняется тем, что теплопередача конвекцией при вакууме происходит менее интенсивно, чем при атмосферном давлении. Поэтому для возможности проведения сравнительного анализа экспериментальных данных плавки при атмосферном давлении производили с изоляцией тигля асбестом. Результаты исследований представлены в таблице.
Влияние вакуума на структуру чугунов

Из рассмотрения микроструктур и данных табл. 1 видно, что отсутствие цементита обеспечивалось для плавки под вакуумом при 0,3% Si, для плавки при атмосферном давлении при 1,2% Si (см. рис.).
Ферритная составляющая при плавке под вакуумом появляется при содержании кремния с 0,3% Si и выше, а при плавке при атмосферном давлении — при 1,2 и выше (см. рис.). При содержании кремния 2,3% при плавке под вакуумом в чугуне имелось 60% феррита, а при плавке при атмосферном давлении — только 20%.
С целью выяснения влияния условий охлаждения на вакуумированный чугун проведены опыты при плавке чугуна под вакуумом с последующим выливанием его в стальные изложницы (стаканы), причем чугун выливался без нарушения вакуума по методу проплавляемой пробки. Чугун также плавился и при атмосферном давлении.
Размеры изложниц: высота 60 мм, диаметр 35 мм. В опытах использовался чугун следующего химического состава (в %): 3,6 С; 2,0 Si; 0,8 Mn; 0,05 S; 0,2 Р.
Влияние вакуума на структуру чугунов

В результате микроструктурного анализа установлено, что в образцах, залитых вакуумированным чугуном в подогретые изложницы (температура подогрева 300°), структура основной металлической массы — перлитная, а при заливке обычным чугуном — перлито-цементитная (40% цементита. 60% перлита). В образцах, залитых вакуумированным чугуном в холодные изложницы, структура основной металлической массы состояла из 5—7 % цементита и 93—95% перлита, а при заливке обычным чугуном — из 50—60% цементита и 40—50% перлита.
Таким образом, вакуумированный чугун меньше обычного склонен отбеливанию, поэтому его целесообразно использовать при литье в металлические формы.