Наномодификатор чугуна

 
 
КУРСЫ ВАЛЮТ (ЦБ РФ) на 25.05.2018 г.
56,5 руб.
70,25 руб.
БИРЖЕВЫЕ КОТИРОВКИ МЕТАЛОВ
Наномодификатор чугуна

Повышение физико-механических свойств ответственных за безопасность эксплуатации техники литых деталей, работающих при повышенных нагрузках, требует отливки из серого чугуна только высоких марок. А улучшение литейно-механических свойств отливок в свою очередь невозможно без эффективного легирования и модифицирования чугунов и сталей, позволяющих устранить отбел в чугунных отливках, измельчить зерно, устранить транскристаллизацию, ликвацию, усадку и другие нежелательные явления в сталях.

Применение нового ультрадисперсного модификатора ALLOYpro MFIS, производимого на основе наногранул диоксида кремния и углеродных нанотрубок, позволяет наиболее эффективно поднять марку чугуна за счет более легкого образования в расплаве центров кристаллизации.

Наноразмерность частиц кремния и углерода, составляющих основу ALLOYpro MFIS, повышает эффективность действия дисперсного модификатора по сравнению с традиционными посредством увеличения его живучести при существенно меньшем расходе.

Введение в небольших количеств модификатора ALLOYpro MFIS с наноразмерными структурами при разливке металла приводит к:

  • увеличению содержания перлита в металлической основе;
  • изменению формы графитовых включений чугуна с пластинчатой на гнездообразную (розеточную), шарообразную(глобулы);
  • увеличению прочности до 35–50 %.

В таблице приведены сравнительные характеристики рядового чугуна марок СЧ10, СЧ15 и чугуна, отлитого с применением модификатора ALLOYpro MFIS в количестве 120 г., 77 г. и 46 г.

Образец Масса в ковше Твердость, МПа Временное сопротивление, НВ Марка (ГОСТ 1412-85)
120 кг модификатор
исходный - - 185-210 168-178 СЧ10, СЧ15
№ 1   120 г 263 310 СЧ30
№ 2   77 г 260 270 СЧ30
№ 3   46 г 233 240 СЧ25

Краткое описание модификатора

Общеизвестно, что кремний является наиболее эффективным графитизатором и обязательным компонентом практически всех используемых в промышленности модификаторов железоуглеродистых расплавов. Добавки же других элементов, таких как Ca, Ba, Mg, Sr и т.д., используют лишь для усиления эффекта модифицирования и повышения живучести модификаторов.

Известно также, что для достижения мелкозернистой структуры сплавов необходимо иметь в одном см3 расплава больше чем 106 центров кристаллизации. Если в процессе модифицирования в расплав внести сопоставимое количество дисперсных частиц, являющихся источниками центров кристаллизации, то эффективность внепечной обработки резко повысится.

Чугун в жидком состоянии можно отнести к особому сложному виду дисперсных систем, в которых одновременно в неравновесном состоянии сосуществуют: макроскопические, микроскопические (10-3...10-5 см), ультрамикроскопические (10-6...10-9 и даже 10-13 см) частицы, в том числе и неметаллические включения, которые по современной терминологии можно отнести к наночастицам (10-9 м). Частицы такой размерности обладают исключительно высокой седиментационной устойчивостью из-за своих малых размеров (до 100 нм) и высокой удельной поверхности, и находятся в металлической жидкости во взвешенном состоянии, участвуя в броуновском движении. Для частиц размером даже до 1 мкм, энергии броуновского движения достаточно для того, чтобы они находились в постоянном движении и не оседали под действием силы тяжести. Так же при уменьшении размера частиц увеличивается удельная поверхность дисперсной фазы. Большая поверхность раздела создает в дисперсных системах избыточный запас поверхностной энергии Гиббса.

С учетом вышеизложенного и имеющейся практики модифицирования серых чугунов дисперсными модификаторами, нашей компанией совместно со специалистами Физико-технического института НИ ИрГТУ разработан новый ультрадисперсный модификатор с высоким содержанием углерода и кремния.

Модификатор ALLOYpro MFIS (рис. 1) состоит из смеси следующих компонентов.

Электронно-микроскопические фото структур
 модификатора – углеродные нанотрубки, сцепленные с шаровидной структурой из кремния Рис. 1. Электронно-микроскопические фото структур модификатора – углеродные нанотрубки, сцепленные с шаровидной структурой из кремния

Концентрат углеродных нанотрубок, представляет собой чёрный порошок без запаха. Химически не токсичен. Состоит из микрочастиц графита и многостенных углеродных нанотрубок. Наиболее активный компонент – нанотрубки, являются протяжёнными цилиндрическими структурами диаметром от 10 нанометров и длинной до 0,5 мм (рис. 2).

Характеристики:

  • химическая формула, состав: C – 99%, SiC – 1%;
  • концентрация нанотрубок стабильна: 20%, 60%, 90%;
  • температура плавления: 3527 °С;
  • температура кипения: 4300 °С;
  • плотность: 0,4 г/см3;
  • теплоёмкость: 8,5 Дж/г °С;
  • термическое сопротивление: 1,59 Вт/м К.

Электронно-микроскопические фото компонента
 модификатора из углеродных нанотрубок, полученные при помощи просвечивающей электронной микроскопии Рис. 2. Электронно-микроскопические фото компонента модификатора из углеродных нанотрубок, полученные при помощи просвечивающей электронной микроскопии

Наногранулы диоксида кремния (89-99%) и аморфного углерода представляют собой сыпучий порошок белого цвета с очень большой удельной поверхностью. Материал имеет ненасыщенную структуру алкильного типа с различными типами связей. Не токсичный, без запаха, не загрязняющий окружающую среду белый порошок со стабильными химическими свойствами. Наногранулы диоксида кремния существенно меняют свойства систем, содержащих обычный микронный оксид кремния (рис. 3).

Характеристики:

  • химическая формула, состав: SiO2 99%, SiC 1%;
  • молекулярный вес: 60,1 г/моль;
  • температура плавления: 1750 °С;
  • температура кипения: 2355 °С;
  • плотность: 0,5 г/см3;
  • теплоёмкость: 937 КДж/г °С;
  • термическое сопротивление: 1,3 Вт/м К.

Электронно-микроскопические фото компонента
 модификатора состоящего из наночастиц кремния Рис. 3. Электронно-микроскопические фото компонента модификатора состоящего из наночастиц кремния

  © 2014 – 2018 Компания «Байкальский Алюминий»