Фесенко Максим Анатолійович. Диференціація властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі

brief description

Фесенко Максим Анатолійович. Диференціація властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі : Дис... канд. наук: 05.16.04 2007

Фесенко М. А. Диференціація властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі: - Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.04 Ливарне виробництво. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2007 р.
Встановлені оптимальні склади зарядів реакційних камер для диференційованого графітизувального, карбідостабілізувального та сфероїдизувального модифікування чавуну в ливарній формі. Досліджені особливості нових перспективних конструктивно-технологічних варіантів виготовлення двошарових та двобічних виливків із зносостійкого білого та ударостійкого високоміцного або сірого чавунів диференційованим модифікуванням вихідного сірого або білого чавунів у ливарній формі.
Установлені функціональні залежності основних показників якості двошарових та двобічних чавунних виливків від технологічних параметрів процесу модифікування рідкого металу в реакційних камерах ливникової системи форми.

1. Сучасна техніка потребує значної кількості деталей, які повинні мати тверду зносостійку робочу поверхню або робочий елемент і пластичну ударостійку матричну підкладку або серцевину. Зносостійкість литих деталей машин і механізмів забезпечує вибілений чавун з твердими карбідами заліза в мікроструктурі, а підвищену пластичність та ударну в’язкість високоміцний феритний чавун з кулястим графітом.
2. Більшість відомих технологічних процесів виробництва двошарових виливків базується на виплавлянні різнорідних чавунів в окремих плавильних печах з наступним їх послідовним заливанням у загальну ливарну форму або виливницю відцентрового лиття.
У роботі досліджені особливості нового способу диференціації мікроструктури і властивостей сплаву в окремих частинах виливка з чавуну, виплавленого в одній печі. Спосіб полягає в розділенні вихідного білого або сірого чавуну на два потоки, один з яких спрямовується безпосередньо у форму, а інший спочатку піддається графітизувальному, сфероїдизувальному або карбідостабілізувальному модифікуванню в реакційній камері ливникової системи, а потім спрямовується в іншу частину форми. Можливе також модифікування обох потоків вихідного чавуну в двох реакційних камерах різними за функціональним призначенням модифікаторами.
3. Оптимальні результати внутрішньоформового графітизувального модифікування чавуну масою 10 кг, схильного до кристалізації з вибіленням, досягаються при використанні знепиленого феросиліцію ФС75 з розміром зерен 7,5±2,5 мм. Як заряд реакційної камери, який стабілізує карбіди заліза в структурі чавуну, схильного до кристалізації з графітизацією, рекомендовано нікель-магнієвий модифікатор НМг15 з розміром зерен до 10 мм, включаючи і пилоподібну фракцію. Для сфероїдизувального модифікування чавуну в ливарній формі доцільно застосовувати знепилений сплав ФСМг7 з розміром зерен 5,0±2,5 мм.
4. Карбідостабілізувальне модифікування сірого чавуну в одній боковині ливарної форми сплавом НМг15 і сфероїдизувальне модифікування сплавом ФСМг7 в іншій боковині призводить до диференціації структури і двократної різниці твердості білого і високоміцного чавунів лише в двобічній плиті з перерізом стінки 10 мм. За такими самими умовами в обох боковинах плити з перерізом стінки 25 мм кристалізується високоміцний чавун без вибілення однакової твердості 190210НВ.
5. Після сфероїдизувального модифікування частини потоку білого чавуну сплавом ФСМг7 між боковинами двобічної плити з вихідного білого і модифікованого високоміцного чавунів досягається різниця у твердості у 140170НВ. Однак у перехідній зоні термічного вузла виливка формується зона половинчастого чавуну. Зменшення площі контакту різнорідних чавунів знижує відносну площу перехідної зони. Графітизувальне модифікування частини потоку феросиліцієм ФС75 призводить до кристалізації двобічного виливка з сірого та білого чавунів з вузькою перехідною зоною половинчастого чавуну.
6. У результаті карбідостабілізувального модифікування сірого чавуну нижньої за розташуванням у формі частини виливка, паузи тривалістю 6090 с для утворення на поверхні залитого метала твердої фази і доливання форми крізь другу ливникову систему без реакційної камери кристалізується двошаровий виливок висотою 50 мм з сірого чавуну з вибіленим нижнім шаром. Двократне модифікування вихідного сірого чавуну спочатку карбідостабілізувальним, а після паузи сфероїдизувальним модифікаторами призводить до кристалізації в верхній частині порожнини форми перлітного високоміцного чавуну з кулястим графітом, а в нижній вибіленого чавуну. За обома конструктивно-технологічними варіантами твердість зносостійкого шару складає 370390, а матричної підкладки 180230НВ.
7. Диференціацією структури і властивостей білого чавуну сфероїдизувальним модифікуванням його частини досягається різниця твердості протилежних поверхонь двошарової плити 140150НВ, яка може бути підвищена до 170180НВ низькотемпературним феритизувальним відпалом. За аналогічним конструктивно-технологічним варіантом з графітизувальним модифікуванням кристалізуються двошарові виливки з білого і сірого чавунів з різницею твердості 200220НВ.
8. Новий спосіб потребує індивідуальної оптимізації технологічних параметрів заливання форм і внутрішньоформового модифікування чавуну для кожного типорозміру виливків. Порушення відпрацьованих режимів може викликати появу оксидних плівок, усадкових і газових раковин, шлакових і піщаних включень в перехідній зоні між шарами виливка з білого та високоміцного або сірого чавунів.
9. Розроблений технологічний процес виробництва двошарових чавунних виливків витримав успішні промислові випробування на підприємствах. Планова собівартість виробництва двошарових чавунних виливків у 1,451,6 рази нижча, ніж монолітних виливків, виготовлених із сталі 110Г13Л.