INTRA-MOLD MODIFICATION OF CAST IRON. THE STUDY OF THE INFLUENCE OF MODIFIERS PRODUCED BY PLASMA CHEMICAL AND SHS METHODS ON SERVICE CHARACTERISTICS OF GREY CAST IRON. REPORT 2

Abstract. The studies are devoted to the infl uence of nanopowders produced by plasma chemical method and self-propagating hightemperature synthesis (SHS) on service characteristics of grey cast iron SCh20 at intra-mold modifi cation. Modifi ers (I) in iron matrix of the composition (ά-Fe, TiCxNy , SiC) from natural raw material (titano-magnetite) have been produced by plasma chemical method at the interaction of titano-magnetite powder and methane in the fl ow of hydrogen-nitrogen plasma. Modifi ers of the composition II on conversion to carbides (70 ‒ 80 % WC ÷ 20 ‒ 30 % TiC) with zirconium as metal-protector have been produced by SHS method combined with mechanochemical method. The usage of modifi er I in the amount of 0,002 % increases Brinell hardness by 9,8 %, ultimate tensile strength – by 11,9 %, relative wear resistance – by 21 %, corrosion resistance in hydro-chloric acid – by 12,3 % as compared with check (unmodifi ed) sample of cast iron. The usage of modifi er II in the amount of 0,038 % increases Brinell hardness by 13,1 %, ultimate tensile strength – by 19,8 %, relative wear resistance – by 69 %, corrosion resistance in hydrochloric acid – by 28 %.

1. Сабуров В.П., Черепанов А.Н., Жуков М.Ф. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. – 344 с. Saburov V.P., Cherepanov A.N., Zhukov M.F. Plazmokhimicheskii sintez ul’tradispersnykh poroshkov i ikh primenenie dlya modifi tsirovaniya metallov i splavov [Plasma chemical synthesis of ultra-disperse powders and their application for modifi cation of metals and alloys]. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel’skaya fi rma RAN, 1995. 344 p. (In Russ.).

2. Жуков М.Ф., Черский И.Н. Упрочнение металлических, полимерных и эластомерных материалов ультрадисперсными порошками плазмохимического синтеза. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1999. – 312 с. Zhukov M.F., Cherskii I.N. Uprochnenie metallicheskikh, polimernykh i elastomernykh materialov ul’tradispersnymi poroshkami plazmokhimicheskogo sinteza [Strengthening of metal, polymer and elastomer materials with ultra-disperse powders of plasma chemical synthesis]. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel’skaya fi rma RAN, 1999. 312 p. (In Russ.).

3. Комшуков В.П., Фойгт Д.Б., Черепанов А.Н., Амелин А.В. Модифицирование непрерывнолитой стали нанопорошками тугоплавких соединений // Сталь. 2009. № 4. С. 65 ‒ 68. Komshukov V.P., Foigt D.B., Cherepanov A.N., Amelin A.V. Modifying continuous-cast steel with refractory nanopowder. Steel in Translation. 2009, vol. 39, no. 4, pp. 363–365.

4. Комушков В.П., Черепанов А.Н., Протопопов Е.В. Исследование влияния модифицирования металла нанопорошковыми материалами на качество сортовой непрерывной заготовки // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 8. С. 57 ‒ 64. Komshukov V.P., Cherepanov A.N., Protopopov E.V. Study of the infl uence of metal modifi cation with nano-powdered materials on the quality of profi led continuous billet. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2010, no. 8, pp. 57‒64. (In Russ.).

5. Предтеченский М.Р., Черепанов А.Н., Тухто О.М., Коваль И.Ю., Алексеев А.В. Плазмохимический синтез нанопорошков тугоплавких соединений и их применение для модифицирования конструкционных сталей и сплавов // Литейщик России. 2010. № 3. С. 28, 29. Predtechenskii M.P., Cherepanov A.N., Tukhto O.M., Koval I.Yu., Alekseev A.V. Plasma chemical synthesis of nano-powders of refractory compounds and their application to modify structural steels and alloys. Liteishchik Rossii. 2010, no. 3, pp. 28‒29. (In Russ.).

6. Комушков В.П., Черепанов А.Н., Протопопов Е.В. Модифицирование металла нанопорошковыми инокуляторами в кристаллизаторе сортовой машины непрерывного литья заготовок. Механические и металлографические исследования // Изв. вуз. Черная металлургия. 2008. № 10. С. 21 – 24. Komshukov V.P., Cherepanov A.N., Protopopov E.V. Metal modifi cation with nano-powdered inoculators in the crystallizer of continuous casting machine. Mechanical and metallographic studies. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2008, no.10, pp. 21‒24. (In Russ.).

7. Крушенко Г.Г., Черепанов А.Н., Полубояров В.А., Кузнецов В.А. Результаты опытно-промышленных исследований повышения свойств черных и цветных металлов с помощью тугоплавких нанопорошковых материалов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2003. № 4. С. 23 – 29. Krushenko G.G., Cherepanov A.N., Poluboyarov V.A., Kuznetsov V.A. The results of half-industrial studies for improving the properties of ferrous and non-ferrous metals with the help of refractory nanopowdered materials. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2003, no. 4, pp. 23‒29. (In Russ.).

8. Еремин Е.Н., Жеребцов С.Н. Центробежное электрошлаковое литье фланцевых заготовок с применением инокулирующего модифицирования // Современная электрометаллургия. 2004. № 3. С. 15 – 17. Eremin E.N., Zherebtsov S.N. Centrifugal electroslag casting of fl ange billets with the use of inoculating modifi cation. Sovremennaya elektrometallurgiya. 2004, no. 3, pp. 15‒17. (In Russ.).

9. Hossein Nedjad S., Farzaneh A. Formation of fi ne intragranular ferrite in cast plain carbon steel inoculated by titanium oxide nanopowder // Scripta Materialia. 2007. № 57. Р. 937 – 940.

10. Крушенко Г.Г., Ямских И.С., Бонченков А.А., Мишин А.С. Повышение качества чугунных отливок с помощью нанопорошков // Металлургия машиностроения. 2002. № 2(9). С. 20,21. Krushenko G.G., Yamskikh I.S., Bonchenkov A.A., Mishin A.S. Improvement of the quality of cast iron castings with the help of nanopowders. Metallurgiya mashinostroeniya. 2002, no. 2 (9), pp. 20–21. (In Russ.).

11. Хрычиков В.Е., Калинин В.Т., Кривошеев В.А., Доценко Ю.В., Селиверстов В.Ю. Ультрадисперсные модификаторы для повышения качества отливок // Литейное производство. 2007. № 7. С. 2 – 5. Khrychikov V.E., Kalinin V.T., Krivosheev V.A., Dotsenko Yu.V., Seliverstov V.Yu. Ultra-disperse modifi ers for increasing the quality of castings. Liteinoe proizvodstvo. 2007, no. 7, pp. 2‒5. (In Russ.).

12. Пинкин В.Ф., Каренгин А.Г., Осиненко С.А. Модифицирование высокохромистого чугуна ИСЦ ультрадисперсным порошком // Литейное производство. 1994. № 3. С. 7. Pinkin V.F., Karengin A.G., Osinenko S.A. Modifi cation of high-chromium cast iron with ultra-disperse powder. Liteinoe proizvodstvo. 1994, no. 3, p. 7. (In Russ.).

13. Влас М.И., Калинин В.Т., Хрычиков В.Е., Кривошеев В.А., Меняйло Е.В., Кондрат А.А. Модифицирование износостойких чугунов ультра- и нанодисперсными материалами // Системные технологии. 2010. 1 (66). С. 150 – 162. Vlas M.I., Kalinin V.T., Khrychikov V.E., Krivosheev V.A., Menyailo T.V., Kondrat A.A. Modifi cation of wear-resistant cast iron with ultra- and nano-disperse materials. Sistemnye tekhnologii. 2010, no. 1 (66), pp. 150‒162. (In Russ.).

14. Jian-wei Lia, Mei-ling Chenb, Hong Gaob, Ying-hua Zhaoc. Structures and Properties of Cast Irons Reinforced by Trace Addition of Modifi ed SiC Nanopowders // Сhinese journal of chemical physics. 2007. Vol. 20. Р. 625 – 631.

15. Пат. 2508249 РФ. Способ получения нанодисперсных порошков карбидов вольфрама и титана методом СВС / Полубояров В.А., Мали В.И., Коротаева З.А., Жданок А.А., Паули И.А., Степанова Н.В.; опубл. 27.02.14. Бюл. № 6. Poluboyarov V.A., Mali V.I., Korotaeva Z.A., Zhdanok A.A., Pauli I.A., Stepanova N.V. Sposob polucheniya nanodispersnykh poroshkov karbidov vol’frama i titana metodom SVS [Method for production of nano-disperse powders of tungsten and titanium carbides by SHS method]. Patent RF no. 2508249. Byulleten’ izobretenii. 2014. no. 6. (In Russ.).