Общие сведения о модифицировании чугуна

 

Рис. 1.1. Стационарная комбинированная  литейная форма для литья прокатного валка:

1 – прибыль; 2 – верхняя  шейка валка; 3 – бочка валка; 4 – нижняя шейка; 5 – треф валка; 6 – верхняя часть формы; 7 –  кокиль; 8 – нижняя часть формы; 9 – литниковый стояк; 10 – литниковая  воронка

1.8.2 Двухслойные валки. Основные способы производства

 

Двухслойные валки изготавливались  на Урале способом промывки еще в XIX столетии [26, 27]. Этот способ позволяет изготавливать прокатные валки с рабочим наружным слоем из белого или отбеленного чугуна с высокой износостойкостью и довольно прочной сердцевиной из серого или модифицированного чугуна. Форма для отливки двухслойных валков (рис. 1.2) отличается тем, что на 1/3 высоты верхней шейки выполняется промывочная летка. Заливку формы осуществляют по следующей технологии: в начале в форму заливают легированный чугун до уровня промывочной летки и осуществляют выдержку в течение 30…140 с для затвердевания рабочего слоя (время выдержки определяется размерами и массой валка). Во время выдержки форму несколько раз доливают для предотвращения затвердевания металла в литниковой системе. Затем осуществляют промывку: в форму заливают серый или модифицированный чугун, а из промывочной летки сливается разбавленный среднелегированный чугун, который образуется при смешивании основного (легированного) и промывочного. Количество чугуна, используемого для промывки, составляет 35…50 % от массы валка. По окончании промывки сливную летку закрывают, после чего заполняется верхняя шейка и прибыль валка.

Двухслойные валки имеют  стойкость в 1,5…2 раза выше, чем обычные [16], однако требуют в 1,3…1,7 раза большего расхода жидкого металла, синхронности плавки в двух различных агрегатах и последующей заливки.

С целью уменьшения расхода  металла на Днепропетровском, Лутугинском  и Кушвинском заводах прокатных  валков был опробован способ литья  валков с «полупромывкой» [15, 26], отличающийся тем, что сливная летка в форме не выполняется и чугун не сливается из формы. После выдержки форму доливают чугуном либо того же химического состава, но добавляя в струю металла модификатор,  либо чугуном с повышенным содержанием

 

 

Рис. 1.2. Стационарная литейная форма для литья двухслойного валка:

1 – прибыль; 2 – верхняя  шейка валка; 3 – бочка валка; 4 – нижняя шейка валка; 5 – треф  валка; 6 – промывная летка; 7 –  верхняя часть формы; 8 – кокиль; 9 – нижняя часть формы; 10 –  литниковый стояк; 11 – литниковая  воронка

кремния и углерода. Способ литья с «полупромывкой» применяют, в основном, для литья валков из чугуна с шаровидным графитом.

Прочность отбеленных валков с сердцевиной из серого или модифицированного чугунов ниже, чем стальных. Применение стали в качестве промывочного металла приводит к расплавлению затвердевшего рабочего слоя и перемешиванию металла рабочего слоя и сердцевины.

Для предотвращения перемешивания  металла рабочего слоя и сердцевины было предложено отливать валки с  применением слоеразделительной трубы (рис. 1.3), неизвлекаемой [28] и извлекаемой из отливки сразу после заполнения формы расплавом [29, 30]. Металл внешнего рабочего слоя заливают через сифонную литниковую систему, а сердцевину заливают либо сверху, через прибыль, либо снизу, через литниковую систему. Заливка рабочего слоя и сердцевины может осуществляться либо одновременно [31, 32], либо вначале в трубу сверху заливают сталь, а затем, через сифонную литниковую систему, чугун рабочего слоя [28]. Предлагается также трубу заменять сердечником, который после заполнения внешнего слоя, извлекают при одновременной заливке металла снизу [33, 34], либо сердечник опускают, а заливку сердцевины осуществляют сверху [34]. Подобные технологии не нашли промышленного применения, так как они сложны и требуют специальных стендов для заливки форм.

 

Рис. 1.3. Стационарная форма  для литья двухслойных валков с применением слоеразделительной трубы:

1 – прибыль; 2 – верхняя  шейка валка; 3 – бочка валка; 4 – нижняя шейка валка; 5 – треф  валка; 6 – верхняя часть формы; 7– кокиль; 8 – нижняя часть  формы; 9 – литниковый стояк; 10 –  литниковая воронка сифонной  литниковой системы; 11 – слоеразделительная  труба; 12 – литниковая воронка  для заливки металла сердцевины

1.9. Обзор основных дефектов чугунных прокатных валков

1.9.1 Горячие трещины рабочего слоя валков

 

Одним из наиболее распространенных дефектов литых валков

являются горячие трещины. Причины образования горячих  трещин в прокатных валках, как  специфичных отливках, изучались в работах [15, 16, 35, 36, 37].

Основные положения этих работ сводятся к следующему.

Наиболее распространенный вид  горячих трещин – продольные в верхней части бочки [37]. Трещины могут иметь протяженность от 50 мм до длины бочки [35]. Возникают они как по причине неудовлетворительного качества металла, так и по вине формы [15]. Основные причины, вызывающие горячие трещины: заливы по торцам бочки и как следствие торможение усадки [15, 36, 37]; неравномерный отбел [15, 36]; шлаковые и песчаные засоры, трещины, риски и разгар кокилей [15, 33, 34, 37]; отсутствие свободной ликвации фосфидной эвтектики в прибыль [15, 34, 36]; преждевременное затвердевание прибыли [37].

Наличие на поверхности кокиля мест с повышенным тепловым сопротивлением (сетка разгара, раковины, заполненные  противопригарным покрытием) создают  на затвердевшей корке очаги повышенной температуры и низкой пластичности, по которым может произойти надрыв.

Способствует образованию горячих  трещин наличие засоров, раковин, заливов  по торцам бочки, заворотов и других пороков, ослабляющих сечение металла.

1.9.2 Холодные трещины в прокатных валках

 

Холодные трещины, также  как и горячие, относятся к  числу часто встречающихся дефектов валков.

Холодные трещины образуются после полного затвердевания  валков и обнаруживаются после их выбивки из форм или даже при механической обработке. Трещины этого вида образуются как в нелегированных отбеленных валках, так и в легированных – повышенной твердости. В нелегированных отбеленных валках образуются главным образом поперечные холодные трещины. Как показали результаты исследования дефектных отбеленных валков, приведенные в работе [15], такие трещины образуются вследствие неудовлетворительной макроструктуры последних.

 

 

 

а б в

 

Рис. 1.4. Продольные холодные трещины по сечению (а), на поверхности (б), по торцу бочки и шейке (в) в  чугунных валках с высокой твердостью и сильно развитой столбчатостью  структуры

В связи с этим представляет интерес воздействие на жидкий металл непосредственно в литейной форме, так как позднее введение модифицирующих инокулирующих добавок позволяет  полнее использовать их действие и  значительно сократить расход модификаторов. К тому же для воздействия на осевую зону прокатных валков применение способов не внутриформенного (ковшевого) модифицирования  вызывает значительные потери модификатора и не гарантирует получения годных отливок.