Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун
Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of the National Academy of Seience of Ukraine (Kyiv, Ukraine) Received 16.12.2021 UDK 669.131.7:669.891:669.017.3:669.046.548.2 The situation with resources requires the creation of new high-performance modifiers with adjustable dissolution kineti...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine
2023
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/research-physic-chemical-processes-system-solid-silicocalcium-li |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Casting Processes |
Institution
Casting Processes| id |
oai:ojs2.localhost:article-12 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Casting Processes |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-05-31T05:04:37Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
чавун плавлення модифікування силікокальцій фазовий склад |
| spellingShingle |
чавун плавлення модифікування силікокальцій фазовий склад Бубликов, В. Б. Бачинський, Ю. Д. Нестерук, О. П. Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун |
| topic_facet |
чавун плавлення модифікування силікокальцій фазовий склад cast iron melting modifying silicocalcium phase composition |
| format |
Article |
| author |
Бубликов, В. Б. Бачинський, Ю. Д. Нестерук, О. П. |
| author_facet |
Бубликов, В. Б. Бачинський, Ю. Д. Нестерук, О. П. |
| author_sort |
Бубликов, В. Б. |
| title |
Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун |
| title_short |
Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун |
| title_full |
Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун |
| title_fullStr |
Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун |
| title_full_unstemmed |
Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун |
| title_sort |
дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун |
| title_alt |
Research of Physic-Chemical Processes in the System Solid Silicocalcium–Liquid Cast Iron |
| description |
Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of the National Academy of Seience of Ukraine (Kyiv, Ukraine)
Received 16.12.2021
UDK 669.131.7:669.891:669.017.3:669.046.548.2
The situation with resources requires the creation of new high-performance modifiers with adjustable dissolution kinetics. Improving of melt modifying efficiency and production of high-strength cast iron details with optimal strength and ductility meets the today requirements. In high-strength cast iron technologies, along with its chemical composition, microstructure and phase composition of modifying alloys, as well as conditions and their dissolution rate in iron-carbon melt are among the main factors determining the stability and efficiency of modifying processes. In this work the results of the study of silicocalcium phase composition and microstructure changes in the process of physicochemical interaction with molten cast iron are presented. The study showed that the main constituent of the original silicocalcium SiCa30 microstructure is calcium disilicide CaSi2, in which predominantly needle-shaped crystals of silicon Si and leboite FeSi2 are evenly distributed. It is experimentally established that the surface of the silicocalcium samples residue after extraction from the melt is covered with a reaction layer formed by physicochemical interaction in the system «solid silicocalcium – liquid cast iron» and in which the transfer of chemical elements is going on: silicon and calcium goes from silicocalcium to cast iron, and iron – from liquid cast iron to silicocalcium. There is a combination of two components in the reaction layer area adjacent to the silicocalcium – round shape silicon-containing phases with a high content of calcium (71.16 wt.% Ca, i.e. Ca2Si phase) in the amount of 45.36 % or iron (62.34 wt. % Fe, i.e. phase FeSi) in the amount of 54.64 % with congruent melting points of 1314 and 1410 0C, respectively, which may adversely affect on the modifying process stability and efficiency. The reaction layer weight depends on the cast iron melt temperature and sample holding time there. The experimentally determined rate of weight change of SiCa30 samples during their holding in liquid cast iron with temperatures of 1400 and 1450 0C is in the range of 1.0-1.2 g/sec which is 1.5-2.0 times less than in ferrosilicon FeSi75 (1.5-2.4 g/sec) and 2.3-3.0 times less than in ferrosilicon-magnesium master alloy Mg7-FeSi (2.3-3.6 g/sec). Established features of physicochemical processes passed in the system «solid silicocalcium – liquid cast iron» must be taken into account at developing of cast iron modifying technologies with the use of silicocalcium and other calcium containing alloys.
References
1 Census of World Casting Production: Total Casting Tons’ Dip in 2019. (2021). Modern Casting. Vol. 111, No. 1, pp. 28–30. [in English 2 Vinarov S. M. (1961). Boron, calcium and zirconium in cast iron and steel. Moscow: Metallurgizdat. 459 р. [in Russian]. 3 Handbook of Ferroalloys: Theory and Technology [Edited by Michael Gasik]. (2013). Oxford: Butterworth-Heinemann. р. 472. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-097753-9.00019-8. [in English]. 4 Ryss M. A. (1985). Ferroalloy’s production. Moscow: Metallurgy. 343 p. [in Russian]. 5 Sumenkova V. V., Fetisova T. Ya., Bublikov V. B. (1984). Slags formed after cast iron treatment with FeSiMgCa master alloys. Foundry. Technologies and Equipment. No. 1, pp. 6–7. [in Russian]. 6 Dyudkin D. A., Kisilenko V. V. (2009). Features of calcium adoption from cored wire with a SiCa40 complex filler. Metal and Casting of Ukraine. No. 1–2, pp. 20–23. [in Russian] 7 Bhardwaj B. P. (2014). The Complete Book on Ferroalloys (Ferro Manganese, Ferro Molybdenum, Ferro Niobium, Ferro Boron, Ferro Titanium, Ferro Tungsten, Ferro Silicon, Ferro Nickel, Ferro Chrome). Delhi: Niir Project Consultancy Services, 480 p. [in English]. 8 Bublikov V. B. (2007). Calcium in high-strength cast iron. Casting processes. No. 5, pp. 4–10. [in Russian]. 9 Bublikov, V. B., Berchuk, D. N. (2006). Raising the inoculation degree of high-strength cast iron. Metallurgy of Machinery Building. No. 5, pp. 31–35. [in Russian].10 Bublikov, V. B., et al. (2011). Experimental study of physical and chemical processes in the system «melting ferrosilicon – liquid iron». Casting processes. No. 5, pp. 9–18. [in Russian].11 Bublikov, V. B., et al. (2012). Change of ferrosilicon-magnesium master alloy Mg7–FeSi phase composition during its melting in liquid cast iron. Casting processes. No. 3, pp. 3–13. [in Russian].12 Bublikov, V. B., et al. (2007). Investigation of ferrosilicon dissolution process in liquid cast iron. Casting processes. No. 3, pp. 18–23. [in Russian].13 Bublikov, V. B., et al. (2010). Investigation of the FeSi65REM15 ferroalloy melting process in liquid cast iron. Casting processes. No. 4, pp. 12–19. [in Russian].14 Bublikov, V. B., Bachynskyi, Yu. D. (2016). The process of modifying alloys dissolution in liquid cast iron. Materials of the VIII international scientific and technical conference «New materials and technologies in mechanical engineering». Кyiv: NTUU «КPІ». p. 16. [in Russian].15 Saltykov S. A. (1970). Stereometric metallography. Moscow: Metallurgy. 333 p. [in Russian].16 Skaland T. (2011). Production of high duty cast iron. Comparison of alternative methods of high duty cast iron treatment with magnesium. Russian Foundrymen. No. 3, pp. 28–37. [in Russian].17 Lyakishev N. P. (1997). State diagrams of binary metal systems. Handbook. Vol. 2. Moscow: Mashinostroenie, 1023 p. [in Russian].18 ASM Handbook: Alloy Phase Diagrams (1992). Edited by Hue Baker. «ASM International». Vol. 3. 1741 p. [in English].19 Manfrinetti, P., Fornasini, M. L., Palenzona, A. (2000). The phase diagram of the Ca–Si system. Intermetallics. Vol. 8, Iss. 3. Р. 223–228. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00112-0. [in English].20 State diagrams of binary and multicomponent systems on iron base. Handbook (1986). Edited by O. A. Bannykh, M. E. Drits. Moscow: Metallurgy. pp. 221–223. [in Russian]. |
| publisher |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/research-physic-chemical-processes-system-solid-silicocalcium-li |
| work_keys_str_mv |
AT bublikovvb researchofphysicchemicalprocessesinthesystemsolidsilicocalciumliquidcastiron AT bačinsʹkijûd researchofphysicchemicalprocessesinthesystemsolidsilicocalciumliquidcastiron AT nesterukop researchofphysicchemicalprocessesinthesystemsolidsilicocalciumliquidcastiron AT bublikovvb doslídžennâfízikohímíčnihprocesívvsistemítverdijsilíkokalʹcíjrídkijčavun AT bačinsʹkijûd doslídžennâfízikohímíčnihprocesívvsistemítverdijsilíkokalʹcíjrídkijčavun AT nesterukop doslídžennâfízikohímíčnihprocesívvsistemítverdijsilíkokalʹcíjrídkijčavun |
| first_indexed |
2025-09-24T17:42:34Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:42:34Z |
| _version_ |
1850424277499641856 |
| spelling |
oai:ojs2.localhost:article-122023-05-31T05:04:37Z Research of Physic-Chemical Processes in the System Solid Silicocalcium–Liquid Cast Iron Дослідження фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун Бубликов, В. Б. Бачинський, Ю. Д. Нестерук, О. П. чавун плавлення модифікування силікокальцій фазовий склад cast iron melting modifying silicocalcium phase composition Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of the National Academy of Seience of Ukraine (Kyiv, Ukraine) Received 16.12.2021 UDK 669.131.7:669.891:669.017.3:669.046.548.2 The situation with resources requires the creation of new high-performance modifiers with adjustable dissolution kinetics. Improving of melt modifying efficiency and production of high-strength cast iron details with optimal strength and ductility meets the today requirements. In high-strength cast iron technologies, along with its chemical composition, microstructure and phase composition of modifying alloys, as well as conditions and their dissolution rate in iron-carbon melt are among the main factors determining the stability and efficiency of modifying processes. In this work the results of the study of silicocalcium phase composition and microstructure changes in the process of physicochemical interaction with molten cast iron are presented. The study showed that the main constituent of the original silicocalcium SiCa30 microstructure is calcium disilicide CaSi2, in which predominantly needle-shaped crystals of silicon Si and leboite FeSi2 are evenly distributed. It is experimentally established that the surface of the silicocalcium samples residue after extraction from the melt is covered with a reaction layer formed by physicochemical interaction in the system «solid silicocalcium – liquid cast iron» and in which the transfer of chemical elements is going on: silicon and calcium goes from silicocalcium to cast iron, and iron – from liquid cast iron to silicocalcium. There is a combination of two components in the reaction layer area adjacent to the silicocalcium – round shape silicon-containing phases with a high content of calcium (71.16 wt.% Ca, i.e. Ca2Si phase) in the amount of 45.36 % or iron (62.34 wt. % Fe, i.e. phase FeSi) in the amount of 54.64 % with congruent melting points of 1314 and 1410 0C, respectively, which may adversely affect on the modifying process stability and efficiency. The reaction layer weight depends on the cast iron melt temperature and sample holding time there. The experimentally determined rate of weight change of SiCa30 samples during their holding in liquid cast iron with temperatures of 1400 and 1450 0C is in the range of 1.0-1.2 g/sec which is 1.5-2.0 times less than in ferrosilicon FeSi75 (1.5-2.4 g/sec) and 2.3-3.0 times less than in ferrosilicon-magnesium master alloy Mg7-FeSi (2.3-3.6 g/sec). Established features of physicochemical processes passed in the system «solid silicocalcium – liquid cast iron» must be taken into account at developing of cast iron modifying technologies with the use of silicocalcium and other calcium containing alloys. References 1 Census of World Casting Production: Total Casting Tons’ Dip in 2019. (2021). Modern Casting. Vol. 111, No. 1, pp. 28–30. [in English 2 Vinarov S. M. (1961). Boron, calcium and zirconium in cast iron and steel. Moscow: Metallurgizdat. 459 р. [in Russian]. 3 Handbook of Ferroalloys: Theory and Technology [Edited by Michael Gasik]. (2013). Oxford: Butterworth-Heinemann. р. 472. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-097753-9.00019-8. [in English]. 4 Ryss M. A. (1985). Ferroalloy’s production. Moscow: Metallurgy. 343 p. [in Russian]. 5 Sumenkova V. V., Fetisova T. Ya., Bublikov V. B. (1984). Slags formed after cast iron treatment with FeSiMgCa master alloys. Foundry. Technologies and Equipment. No. 1, pp. 6–7. [in Russian]. 6 Dyudkin D. A., Kisilenko V. V. (2009). Features of calcium adoption from cored wire with a SiCa40 complex filler. Metal and Casting of Ukraine. No. 1–2, pp. 20–23. [in Russian] 7 Bhardwaj B. P. (2014). The Complete Book on Ferroalloys (Ferro Manganese, Ferro Molybdenum, Ferro Niobium, Ferro Boron, Ferro Titanium, Ferro Tungsten, Ferro Silicon, Ferro Nickel, Ferro Chrome). Delhi: Niir Project Consultancy Services, 480 p. [in English]. 8 Bublikov V. B. (2007). Calcium in high-strength cast iron. Casting processes. No. 5, pp. 4–10. [in Russian]. 9 Bublikov, V. B., Berchuk, D. N. (2006). Raising the inoculation degree of high-strength cast iron. Metallurgy of Machinery Building. No. 5, pp. 31–35. [in Russian].10 Bublikov, V. B., et al. (2011). Experimental study of physical and chemical processes in the system «melting ferrosilicon – liquid iron». Casting processes. No. 5, pp. 9–18. [in Russian].11 Bublikov, V. B., et al. (2012). Change of ferrosilicon-magnesium master alloy Mg7–FeSi phase composition during its melting in liquid cast iron. Casting processes. No. 3, pp. 3–13. [in Russian].12 Bublikov, V. B., et al. (2007). Investigation of ferrosilicon dissolution process in liquid cast iron. Casting processes. No. 3, pp. 18–23. [in Russian].13 Bublikov, V. B., et al. (2010). Investigation of the FeSi65REM15 ferroalloy melting process in liquid cast iron. Casting processes. No. 4, pp. 12–19. [in Russian].14 Bublikov, V. B., Bachynskyi, Yu. D. (2016). The process of modifying alloys dissolution in liquid cast iron. Materials of the VIII international scientific and technical conference «New materials and technologies in mechanical engineering». Кyiv: NTUU «КPІ». p. 16. [in Russian].15 Saltykov S. A. (1970). Stereometric metallography. Moscow: Metallurgy. 333 p. [in Russian].16 Skaland T. (2011). Production of high duty cast iron. Comparison of alternative methods of high duty cast iron treatment with magnesium. Russian Foundrymen. No. 3, pp. 28–37. [in Russian].17 Lyakishev N. P. (1997). State diagrams of binary metal systems. Handbook. Vol. 2. Moscow: Mashinostroenie, 1023 p. [in Russian].18 ASM Handbook: Alloy Phase Diagrams (1992). Edited by Hue Baker. «ASM International». Vol. 3. 1741 p. [in English].19 Manfrinetti, P., Fornasini, M. L., Palenzona, A. (2000). The phase diagram of the Ca–Si system. Intermetallics. Vol. 8, Iss. 3. Р. 223–228. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00112-0. [in English].20 State diagrams of binary and multicomponent systems on iron base. Handbook (1986). Edited by O. A. Bannykh, M. E. Drits. Moscow: Metallurgy. pp. 221–223. [in Russian]. Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна) Надійшла16.12.2021 УДК 669.131.7:669.891:669.017.3:669.046.548.2 Ситуація з ресурсами вимагає створення нових високоефективних модифікаторів з регульованою кінетикою розчинення. Підвищення ефективності модифікування розплаву та одержання виробів з високоміцного чавуну з оптимальними показниками міцності і пластичності відповідає потребам сьогодення. В технологіях високоміцного чавуну поряд з хімічним складом, мікроструктура та фазовий склад модифікувальних сплавів, а також умови і швидкість їх розчинення в залізовуглецевому розплаві відносяться до головних факторів, які визначають стабільність та ефективність процесів модифікування. В роботі наведено результати дослідження зміни фазового складу та мікроструктури силікокальцію в процесі фізико-хімічної взаємодії з розплавом чавуну. Дослідження показало, що основною складовою мікроструктури вихідного силікокальцію СК30 є дисиліцид кальцію CaSi2, в якій рівномірно розподілені кристали кремнію Si і лебоїту FeSi2 переважно голкоподібної форми. Експериментально встановлено, що після вилучення з розплаву поверхня залишку зразків силікокальцію покрита реакційним шаром, що утворюється в результаті фізико-хімічної взаємодії в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун, і в якому відбувається перенесення хімічних елементів: кремнію і кальцію із силікокальцію в чавун, а заліза – із рідкого чавуну в силікокальцій. В зоні реакційного шару, що примикає до силікокальцію, спостерігається комбінація двох складових – кремнієвмісних фаз округлої форми з високим вмістом кальцію (71,16 % Са, тобто фаза Ca2Si) в кількості 45,36 % та заліза (62,34 % Fe, тобто фаза FeSi) в кількості 54,64 % з конгруентними температурами плавлення 1314 та 1410 0С, відповідно, які можуть негативно впливати на стабільність та ефективність процесу модифікування. Маса реакційного шару залежить від температури розплаву чавуну і тривалості перебування в ньому зразка. Експериментально визначена швидкість зміни маси зразків силікокальцію СК30 під час їх витримки в рідкому чавуні при температурах 1400 та 1450 0C знаходиться в межах 1,0-1,2 г/с, що в 1,5-2,0 рази менше, ніж у феросиліцію ФС75 (1,5-2,4 г/с), і в 2,3-3,0 рази менше, ніж у феросиліцій-магнієвої лігатури ФСМг7 (2,3-3,6 г/с). Встановлені особливості перебігу фізико-хімічних процесів в системі твердий силікокальцій–рідкий чавун необхідно враховувати під час розроблення технологій модифікування чавуну із застосуванням силікокальцію та інших сплавів, що вміщують кальцій. Список літератури 1 Census of World Casting Production: Total Casting Tons’ Dip in 2019. Modern Casting. 2021. Vol. 111, No. 1. pp. 28–30.2 Винаров С. М. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали. М.: Металлургиздат, 1961. 459 с.3 Handbook of Ferroalloys: Theory and Technology [Edited by Michael Gasik]. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. р. 472. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-097753-9.00019-8.4 Рысс М. А. Производство ферросплавов. М.: Металлургия, 1985. 343 с.5 Суменкова В. В., Фетисова Т. Я., Бубликов В. Б. Шлаки, образующиеся при обработке чугуна лигатурами типа ЖКМК. Литейное производство. 1984. № 1. С. 6–7.6 Дюдкин Д. А., Кисиленко В. В. Особенности усвоения кальция из порошковой проволоки с комплексным наполнителем СК40. Металл и литье Украины. 2009. № 1–2. С. 20–23.7 Bhardwaj B. P. The Complete Book on Ferroalloys (Ferro Manganese, Ferro Molybdenum, Ferro Niobium, Ferro Boron, Ferro Titanium, Ferro Tungsten, Ferro Silicon, Ferro Nickel, Ferro Chrome). Delhi: Niir Project Consultancy Services, 2014. 480 p.8 Бубликов В. Б. Кальций в высокопрочном чугуне. Процессы литья. 2007. № 5. С. 4–10.9 Бубликов В. Б., Берчук Д. Н. Повышение степени модифицирования высокопрочного чугуна. Металлургия машиностроения. 2006. №5. С. 31–35.10 Бубликов В. Б., Латенко В. П., Бачинский Ю. Д., Суменкова В. В., Нестерук Е. П., Тиньков В. А., Хоружий В. Я., Козак Д. С. Экспериментальное исследование физико-химических процессов в системе «плавящийся ферросилиций – жидкий чугун». Процессы литья. 2011. № 5. С. 9–18. 11 Бубликов В. Б., Бачинский Ю. Д., Суменкова В. В., Хоменко А. И., Латенко В. П., Хоружий В. Я., Тиньков В. А., Козак Д. С. Изменение фазового состава ферросилициймагниевой лигатуры ФСМг7 в процессе ее плавления в жидком чугуне. Процессылитья. 2012. № 3. С. 3–13.12 Бубликов В. Б., Суменкова В. В., Латенко В. П., Нестерук Е. П. Исследование процесса растворения ферросилиция в жидком чугуне. Процессы литья. 2007. № 3. С. 18–23.13 Бубликов В. Б., Латенко В. П., Суменкова В. В., Хоменко А. И., Нестерук Е. П., Бачинский Ю. Д., Хоружий В. Я., Зеленская Т. В. Исследование процесса плавления ферросплава ФС65РЗМ15 в жидком чугуне. Процессы литья. 2010. № 4. С. 12–19.14 Бубликов В. Б., Бачинский Ю. Д. Процесс растворения модифицирующих сплавов в жидком чугуне. «Нові матеріали і технології в машинобудуванні: матеріали VIII міжнародної науково-технічної конференції». К.: НТУУ «КПІ». 2016. С. 16.15 Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970. C. 333.16 Скаланд Т. Производство высокопрочного чугуна. Сравнение альтернативных методов обработки магнием на ВЧ. Литейщик России. 2011. № 3. С. 28–37.17 Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. Том 2. М.: Машиностроение, 1997. 1023 с.18 ASM Handbook: Alloy Phase Diagrams / Edited by Hue Baker. «ASM International». 1992. Vol. 3. 1741 p. Manfrinetti, P., Fornasini, M. L., Palenzona, A. The phase diagram of theCa–Si system. Intermetallics. 2000. Vol. 8, Iss. 3. Р. 223–228. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00112-0.19 Manfrinetti, P., Fornasini, M. L., Palenzona, A. The phase diagram of the Ca–Si system. Intermetallics. 2000. Vol. 8, Iss. 3. Р. 223–228. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00112-0.20 Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочник / [под. ред. О. А. Банных, М. Е. Дрица]. М.: Металлургия, 1986. С. 221–223. National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine 2023-05-27 Article Article application/pdf https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/research-physic-chemical-processes-system-solid-silicocalcium-li 10.15407/plit2022.01.030 Casting processes; Casting processes №1 (147) 2022 Процеси лиття; Процеси лиття №1 (147) 2022 2707-1626 0235-5884 uk https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/research-physic-chemical-processes-system-solid-silicocalcium-li/13 Авторське право (c) 2022 В. Б. Бубликов, Ю. Д. Бачинський, О. П. Нестерук https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |