Выставки и конференции/ МНТК "Детали машиностроения из ЧВГ. Свойства. Технология. Контроль"

Подготовлено: Панов А.Г., ИЦМ, 23 октября 2017

ИТОГИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ
"ДЕТАЛИ МАШИНОСТРОЕНИЯ ИЗ ЧУГУНА С ВЕРМИКУЛЯРНЫМ ГРАФИТОМ.
СВОЙСТВА. ТЕХНОЛОГИЯ. КОНТРОЛЬ"
(Набережные Челны, 16-19 октября 2017 года)

Конференция состоялась с 17 по 19 октября в Инжиниринговом центре КФУ. Организаторами конференции выступили кафедра материалов, технологий и качества НЧИ КФУ, ПАО «КАМАЗ» и ООО «Исследовательский центр Модификатор»

Уже более 50 лет известно о чугунах с вермикулярным графитом, обладающим положительными свойствами серых чугунов (демпфирующей способностью, теплопроводностью, минимальной литейной усадкой и др.) при более высоких герметичности, прочности, пластичности, ударной вязкости и других служебных свойствах. Однако в настоящее время их применение в отечественном машиностроении крайне ограничено.

В процессе подготовки тематической конференции выяснилось, что отечественные специалисты разделились во мнении о перспективности использования ЧВГ. В частности, те, кто считают ЧВГ неперспективным материалом, связывают это с большой нестабильностью технологий получения вермикулярной формы графита и, как следствие, - с недопустимым разбросом его потребительских и технологических свойств, в частности, обрабатываемости.

Также установлено, что к текущему моменту почти не осталось отечественных специалистов, имеющих научные интересы в области формирования вермикулярной формы графита. Устарела нормативная и методическая документация как по ЧВГ, так и по материалам для ЧВГ, в частности, модификаторам. В то же время в последние годы в России сформировался промышленный спрос на детали из ЧВГ автомобильного и железнодорожного машиностроения, а также стеклотарных производств, который определил цель конференции – объединить усилия специалистов, направленные на решение проблем изготовления и расширения сферы применения отливок из ЧВГ.

Актуальность проблематики конференции подтвердилась результатами предварительного анкетирования мнения участников по основным вопросам конференции:

Для достижения поставленной цели на конференции решались следующие задачи:

1. Определить круг отечественных и зарубежных специалистов по ЧВГ.
2. Обобщить современные знания по чугунам с вермикулярным графитом, выявить причины их низкой применяемости и пути расширения их использования в отечественном машиностроении.
3. Оценить основные преимущества ЧВГ и их конкурентоспособность по отношению к серым и высокопрочным чугунам.
4. Определить оптимальную номенклатуру деталей из ЧВГ, методы повышения качества и снижения себестоимости отливок из ЧВГ.

В конференции приняли участие более 130 человек, в том числе из России – более 120, Японии – 6, Беларуси – 3, Польши – 1, Норвегии – 1, Великобритании – 1 человек. Представители науки и образования - более 40 человек, в том числе 11 докторов наук, 19 кандидатов наук из городов Набережные Челны, Москва, Брянск, Минск, Ярославль, Екатеринбург, Челябинск, Тольятти, Смоленск, Новосибирск, Красноярск, Эльверум, Лондон. Наиболее представительным сектором участников конференции стал производственный – более 60 человек от предприятий-производителей изделий из чугуна: КАМАЗ (Наб. Челны), АВТОВАЗ (Тольятти), ГАЗ (Нижний Новгород), Феникс (Тутаев), Новые Технологии (Чистополь), ТутМЗ (Тутаев), ФЛАКС (Орёл), Модуль (Ульяновск), ИжНефтепласт (Ижевск), Транспневматика (Первомайск), ЗТЛ (Ульяновск), ЛИТДЕТАЛЬ (Наб. Челны), БКМЗлит (Борисоглебск). На конференции собрались практически все ведущие отечественные производители модификаторов, а также ведущие производители модификаторов из Японии и Норвегии, всего – более 20 человек от предприятий ТоёДэнка (Япония), НПП Технология (Челябинск), ЭЛКЕМ (Норвегия), МТП (Иркутск), Ферросплав (Челябинск), Эвтектика (Минск), СО РАЛ (Смоленск), Фортуна (Новосибирск), НИИМ (Челябинск).

Мощным и эффективным органом работы конференции стал блок специа-листов по контролю и стандартизации: представители лабораторных методов и оборудования - 11 человек, в том числе от предприятий НЧИ КФУ (Набережные Челны), СИАМС (Екатеринбург), ОптоЭлектронные системы (Минск), РИГАКУ (Япония), Термо-Техно (Швейцария), ИСО (Екатеринбург), ИНТЕРТЕХ (США), ВМК-Оптоэлектроника (Новосибирск), и специалисты в области стандартизации - 6 человек от НЧИ КФУ (Наб. Челны), ЯГТУ (Ярославль), ИСО (Екатеринбург), БНТУ (Минск).

Изначально тема конференции представлялась сугубо специальной. Количество участников планировалось не более 50 человек, но по мере приближения к её началу становилось очевидным, что участников будет значительно больше. Поэтому было принято решение разделить всех участников во второй день конференции на две секции по технологии и по лабораторному контролю. Для участников, которые по тем или иным обстоятельствам не смогли приехать в Набережные Челны для докладов и их обсуждения, были организованы Skype-конференции, в частности, с Челябинском (ОАО НИИМ) и Череповцом (ПАО Северсталь).

Тема конференции оказалась настолько интересной, а участники – настроенными на результат, что обсуждение докладов в оба основных дискуссионных дня затягивалось до позднего вечера.

Подводя итоги конференции, участники единодушно поддержали мнение о том, что конференция прошла успешно, и главная её цель достигнута. Удалось собрать большинство заинтересованных в развитии ЧВГ в России специалистов, которые, несмотря на большое количество трудных (а для некоторых участников – неудобных) вопросов, смогли конструктивно их обсудить и выработать решения по дальнейшим совместным действиям.

Участниками конференции отмечено следующее:

1. Теория формирования графита определённой формы продолжает отставать от практики литейного производства, требуется её дальнейшее развитие.
2. При разработке технологии модифицирования чугуна необходимо учитывать следующие факторы:
   2.1. Основными элементами, контролирующими форму графита при кристаллизации в чугуне, являются поверхностно-активные (S, O, Mg, РЗМ, ЩЗМ, Bi, Te, …), их следует учитывать в микросоставе чугуна. Также следует учитывать все элементы, обладающие высоким к ним сродством, в частности, микропримесь азота, особенно при выплавке чугуна в дуговой печи. При длительной выдержке чугуна в печи с кислой футеровкой происходит накопление взвешенных в расплаве и трудно удаляемых из расплава оксидов кремния, повышающих содержание кислорода.
   2.2. Вермикулярный, также, как и шаровидный, графит может образовываться в чугуне при кристаллизации без специального модифицирования веществами (модификаторами). Условиями для реализации такой ситуации могут быть высокие скорости охлаждения при кристаллизации, низкие и короткие перегревы расплава, полученного из шихты, содержащей шаровидный и вермикулярный графит, и, наоборот, длительный высокотемпературный контакт расплава с магнезитовой футеровкой в дуговой печи с естественным рафинированием расплава и восстановлением магния из футеровки.
3. Факторы, влияющие на структуру и свойства отливок из ЧВГ: наследственное структурное состояние расплава перед модифицированием (оцениваемая по жидкотекучести, склонности к отбелу и т.п.), условия модифицирования (температура, метод, размер и конструкция ковша, элементный, фазовый и фракционный состав сфероидизирующих и графитизирующих модификаторов), условия кристаллизации (материал и масса формы, конструкция литниково-питающей системы, характеристические сечения, разностенность и длинномерность отливок). Для получения стабильной структуры и свойств отливок необходимо стабилизировать параметры металлургического процесса на каждой операции, либо исполь-зовать термический анализ предварительно модифицированного расплава с возможностью последующей домодифицирующей корректировки по результатам термоанализа.
4. По мнению ф. Toyo Denka Kogyo Ltd (Япония), для автомобилестроения Японии ЧВГ не считается перспективным материалом из-за высокой стоимости изделий по причине высокого уровня литейного брака.
5. Однако, по мнению всех остальных специалистов, ЧВГ могут иметь в ближайшем будущем широкие перспективы, по крайней мере, в двух направлениях их применения. Во-первых, для производства деталей, требующих его уникальных свойств, получаемых при высокой доле (более 80%) графита вермикулярной формы, особенно для высоконагруженных деталей, работающих в условиях теплосмен, даже при возрастающей при этом себестоимости 1 кг изделия. Во-вторых, для увеличения эксплуатационного ресурса, снижения веса, улучшения обрабатываемости, демпфирующей способности деталей, традиционно изготавливаемых из серых чугунов высоких марок, литые заготовки которых не склонны к литейной усадке при более высоком содержании в структуре ЧВГ графита шаровидной формы до 40% и более, что значительно расширяет технологическое окно литейного процесса, уменьшает количество брака отливок из ЧВГ и незначительно меняет себестоимость 1 кг изделия. По мере накопления опыта и совершенствования технологии модифицирования ЧВГ, обеспечивающей стабильность процесса, в дальнейшем возможен выход на качественно новый уровень отечественного машиностроения и станкостроения за счёт массового применения деталей из ЧВГ.
   ©ИЦМ(www.modificator.ru)
6. Имеется мировой опыт получения отливок из ЧВГ практически в любых условиях чугунолитейного производства, в том числе с приготовлением расплава в вагранках, однако в последнем случае необходимо строже обычного учитывать качество используемого в технологическом процессе кокса.
7. Отечественный ГОСТ28394-89, в отличие от всех остальных мировых стандартов на отливки из ЧВГ, разработанных в аналогичный период времени, ни разу не перерабатывался и в настоящее время не отвечает современным требованиям, требует существенной переработки, в том числе, с учётом проработанных на конференции решений.
8. Отечественный ГОСТ3443-87, несмотря на то, что последний раз он переиздавался в 2005 году, в части шкал для контроля микроструктуры ЧВГ также сильно устарел. Для объективной оценки микроструктуры ЧВГ его применять нельзя, требуется его срочная переработка. При переработке стандарта необходимо учитывать последние достижения в области металлографии, в частности, цифровой микроскопии, которая даёт возможность получения и обработки большого количества измерений параметров микроструктур.
9. Количественный химический анализ (КХА) чугунов с неотбелённой структурой с достаточной для литейного производства точностью принципиально возможен, в частности, методом индуктивно-связанной плазмы. Экспресс-КХА методом оптической спектрометрии также возможен путём применения специальных электрических режимов, однако такой контроль современными методами может дать результат лишь с погрешностью, превышающей требования литейного производства, и может в перспективе рассматриваться как полуколичественный экспресс-метод. Для реализации перечисленных методов требуется продолжение исследований и разработка соответствующих методик и стандартных образцов.
10. Современные приборы дают возможность качественно и количественно оценивать неметаллические включения в сталях и чугунах методом оптической спектрометрии. Для развития теории кристаллизации чугуна представляет интерес исследование взаимосвязи качественного и количественного состава неметаллических включений с параметрами микроструктуры графита в ЧВГ.
11. По модификаторам чугуна не существует стандартов ни на их классификацию, ни на их терминологию, ни, тем более, на их марки, составы и свойства. Как следствие, не существует объективной отечественной нормативной документации как на модификаторы для ЧВГ, так и на стандартные образцы модификаторов, а также методики контроля параметров их качества. При этом методики КХА литых модификаторов физическими методами должны разрабатываться с учётом закономерностей явления структурной наследственности литых изделий. С применением метода индуктивно-связанной плазмы для КХА модификаторов можно избежать необходимости учёта в методиках контроля особенностей структуры модификаторов, изготовленных различными методами. Однако для подтверждения этого вывода требуются дальнейшие исследования.

Итоги конференции показали, что, несмотря на возможность перехода отечественного машиностроения на качественно новый уровень за счёт массового освоения ЧВГ, проблема развития производства изделий из этого материала в России является достаточно сложной. Для решения её ключевых аспектов требуются инвестиции, время, квалифицированные кадры. Полностью и быстро решить эту проблему без поддержки государства, по всей видимости, не удастся.

Однако для развития ЧВГ в России с учётом сил участников конференции приняты следующие решения:

1. Распространить материалы по итогам работы конференции, в том числе по согласованию с редакциями опубликовать основные доклады участников в виде статей в журналах "Литейное производство" и "Литейщик России", а также издать монографию по современной теории и практике получения изделий из ЧВГ, для написания которой сформировать творческий коллектив из числа участников конференции.
2. Переработать отечественный стандарт ГОСТ28394-89 (разработать новый межгосударственный) на отливки из чугуна с вермикулярным графитом, для чего сформировать творческий коллектив из числа участников конференции в следующем составе: к.т.н. Иванова В.А., д.т.н. Панов А.Г., д.т.н. Андреев В.В.
3. Переработать отечественный стандарт ГОСТ3443-87 (разработать новый межгосударственный) в части контроля микроструктуры чугуна с вермикулярным графитом, для чего сформировать творческий коллектив из числа участников конференции.
4. Изучить мировой опыт и оценить возможность разработки межгосударственного стандарта на модификаторы чугуна, для чего сформировать творческий коллектив из числа участников конференции.
   ©ИЦМ(www.modificator.ru)
5. Изучить возможность и разработать методики КХА неотбелённых образцов ЧВГ, модификаторов типа ФСМг, ЖНМг, БСК, для чего сформировать творческий коллектив из числа участников конференции.
6. Рекомендовать для стабилизации технологии модифицирования ЧВГ:
   a. на этапе приготовления расплава - его обработку карбонатами бария и стронция с целью повышения его структурной стабильности;
   b. на этапе модифицирования – модификаторы типа ЖНМЦ с целью стабилизации усвоения магния и РЗМ из модификаторов;
   c. для особо ответственных деталей (головка блока цилиндра, тормозные диски электропоездов и т.п.) – технологию корректировки модифицирования проволокой по результатам термоанализа методом SinterCast;
   d. продолжить исследование возможности повышения эксплуатационных свойств ЧВГ методом изотермической закалки.
7. Результаты работы по принятым решениям обсудить на следующей конференции в октябре 2018 года.

Автор: Панов А.Г.
23 октября 2017

[на главную] | [новости] | [конференция] | [книги] | [статьи] | [патенты] | [вопрос-ответ] | [экология] | [персоны] | [предприятия] | [выставки] | [справочник] | [ссылки] | [реклама] | [галерея] | [форум] | [контакты]