О влиянии циркония на размеры включений графита в чугуне

Имеющиеся в литературе сведения о влиянии циркония на структуру и свойства чугуна крайне ограничены и противоречивы. Получение неоднозначных результатов при этом объясняется, по-видимому, высокой химической активностью жидкого циркония к углероду, сере, газам. Поэтому действие циркония в зависимости от условий проведения экспериментов может нейтрализоваться в большей или меньшей степени.

Цель наших исследований — изучить влияние циркония на размер включений графита в высокопрочном чугуне, учитывая влияние скорости кристаллизации отливок.

Чугун плавили в индукционной печи емкостью 60 кг и перегревали его до 1600° С и при этой температуре обрабатывали силикоцирконием марки СиЦир50-1 с содержанием 50% Zr. Количество вводимого силикоциркония составляло 0,2% от веса жидкого металла. Силикоцирконий измельчали до пылеобразного состояния и в стальном стакане с отверстиями, футерованном огнеупорным материалом, погружали на дно ковша с металлом. После кратковременной выдержки (20—30 сек) чугун, обработанный силикоцирконием, выливали в разливочный ковш, на дно которого помещали кремний-магниевую лигатуру с содержанием 7% Mg. Количество лигатуры давали, исходя из расчета ввода в чугун 0,3% Mg.

С целью установления эффекта влияния циркония на графит часть чугуна той же плавки обрабатывали только кремний-магниевой лигатурой (без присадки силикоциркония в исходный чугун). Цилиндрические заготовки отливали диаметром 30 и 90 мм.

На рис. 1, а, б приведены микроструктуры чугуна литых заготовок диаметром 30 мм. Благодаря присадке силикоциркония, включения шаровидного графита в чугуне сильно измельчены, многие из них, по-видимому, в результате «слипания» в жидком чугуне имеют неправильную форму и при увеличении в 100 раз и менее напоминают эвтектический графит. Форма измельченных включений шаровидного графита четко представлена на рис. 2, а (чугун после отжига на феррит).

Сравнивая микроструктуры чугуна, обработанного силикоцирконием и лигатурой (см. рис. 2, а, б), видим, что при уменьшении скорости кристаллизации размер измельченных включений графита заметно не изменяется. Количество измельченных включений графита в образце диаметром 30 мм больше, чем в образце диаметром 90 мм, благодаря меньшему количеству первичных (крупных) включений шаровидного графита.

Как показывают опыты, эффект влияния циркония на графит резко уменьшается при понижении температуры обработки исходного чугуна силикоцирконием до 1350—1380° С. Для улучшения эффекта влияния силикоциркония необходимо применять специальные флюсы.

При вводе в чугун 0,1% силикоциркония количество измельченных включений графита стало значительно меньше, чем при вводе 0,2% этой присадки. Опыты в данном случае проводили без применения флюсов.

Измельчение включений шаровидного графита практически не наблюдалось при вводе в чугун металлического циркония в прутках, что связано с большим сродством циркония к углероду, сере и газам, благодаря чему введенный цирконий расходуется на образование соответствующих соединений.

Факт измельчения графитовых включений в чугуне в присутствии циркония объясняется, на наш взгляд, увеличением центров графитизации при вводе силикоциркония.

Силикоцирконий целесообразно вводить в жидкий чугун вместе с комплексными модификаторами и флюсами.

Чугун с мелкими включениями шаровидного графита, полученный с применением силикоциркония, характеризуется повышенным значением циклической вязкости. Кроме того, отливки из такого чугуна практически не требуют проведения графитизирующего отжига.