Исследование причин возникновения обратного отбела в отливках из чугуна с целью улучшения их качества тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Матвеев, Сергей Владимирович

• Матвеев, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Матвеев, Сергей Владимирович

1. ФОРМИРОВАНИЕ ОБРАТНОГО ОТБЕЛА В ОТЛИВКАХ ИЗ ЧУГУНА

1.1. Теоретические основы процесса кристаллизации чугуна

1.1.1 Диаграмма состояния системы железо-углерод

1.1.2 Кристаллизация первичных фаз

1.1.3 Кристаллизация эвтектики

1.2. Соответствие химического состава чугуна и его структуры

1.3. Влияние конфигурации отливки на скорость ее затвердевания

1.4. Возможные причины формирования внутреннего отбела

2. РАСЧЕТ СКОРОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК РАЗЛИЧНОЙКОНФИГУРАЦИИ

2.1. Изменение скорости затвердевания по сечению цилиндрической отливки всравнении с плоской отливкой

2.2. Влияние затвердевшего тонкого сечения отливки на более толстую часть впроцессе ее затвердевания

2.3. Компьютерное моделирование процесса затвердевания отливок разногосечения в программе LVMFlow

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1. Материалы для исследований и способы их приготовления

3.2. Подготовка образцов

3.3. Микроскопические исследования

3.4. Изучение механических свойств

3.5. Определение химического состава

4. ОБРАТНЫЙ ОТБЕЛ В ОТЛИВКАХ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМСЕЧЕНИЕМ

5. 0БРАТНБ1Й ОТБЕЛ В ОТЛИВКАХ С ПЕРЕМЕННЫМ СЕЧЕНИЕМ

6. ВЛИЯНИЕ НРИМЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ ОБРАТНОГООТБЕЛА

7. НРЕДЛАГАЕМБ1Е МЕТОДЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯОБРАТНОГО ОТБЕЛА 127ВБШОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование причин возникновения обратного отбела в отливках из чугуна с целью улучшения их качества»

В настоящее время более двух третей от общего объема литья длямашиностроения составляет чугунное литье. Это обусловлено хорошимилитейными и эксплуатационными свойствами чугуна и низкой себестоимостьюизготовления отливок из него. Кроме того, сейчас широко иснользуетсявысокопрочный чугун с шаровидным графитом, временная прочность наразрыв которого составляет 500-1000 МПа.Главной особенностью чугуна является то, что он представляет собойсплав металлов и неметаллов, причем если кремний находится в твердомрастворе, то углерод может как выделятся в виде графита, так и формироватькарбиды с различными металлами. Вследствие недостаточной изученностипроцессов, протекающих при кристаллизации чугуна, возникают сложности с.получением необходимой структуры, а учитывая то, что одним из недостатковчугуна является сильная чувствительность его структуры к скоростиохлаждения и химическому составу, незначительное изменение'технологических параметров может привести к резкому изменению егоструктуры и свойств. При этом формируется структура белого чугуна, то есть'эвтектическая реакция протекает по метастабильной диаграмме, собразованием грубых карбидов. Механическая обработка отливок с отбеломзатруднена, и они имеют худшие эксплуатационные характеристики.Исправление отбеленных отливок можно осуществить тольковысокотемпературным отжигом, что требует больших энергетических затрат.Устранение отбела позволит повысить качество и снизить себестоимостьчугунного литья.Причины образования поверхностного отбела, такие как химическийсостав чугуна и скорость охлаждения отливки в форме, изучаются достаточнодавно и успешно. В то же время, на некоторых предприятиях в отливкахпериодически появляется так называемый обратный или внутренний отбел, чтовыражается в получении отливки со структурой серого чугуна на поверхности ибелого чугуна в центре. Данное явление изучалось достаточно мало, хотямногие исследователи упоминают о нем как об одном из видов аномальнойструктуры чугуна, однако экспериментальные и теоретические данные,приводимые этими исследователями, противоречивы и не позволяют точноответить на вопрос, что является причиной обратного отбела. Связано это как снедостаточной изученностью строения жидкого чугуна и процессов,протекающих при его кристаллизации, так и с трудностями методическогохарактера при проведении исследований, вследствие многообразия и сложностипроцессов, происходящих при охлаждении и кристаллизации чугунногорасплава.Настоящая работа ставит своей целью выявление основных причинвозникновения обратного отбела, выявление качественных и количественныхзависимостей вероятности образования обратного отбела от факторов на неговлияющих, таких как химический состав и скорость охлаждения и выработкерекомендаций по его предотвращению.1. ФОРМИРОВАНИЕ ОБРАТНОГО ОТБЕЛА В ОТЛИВКАХ ИЗ ЧУГУНА

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Матвеев, Сергей Владимирович

выводы

1. Установлено, что возникновение обратного (внутреннего) отбела в цилиндрических и сферических отливках (обладающих выпуклой поверхностью) происходит при кристаллизации расплава по метастабильной диаграмме состояния с выделением, цементита вместо графита. Что вызывается уменьшением коэффициента диффузии углерода из-за высокой скорости охлаждения в центре отливке, вследствие действия геометрического фактора.

2. Выявлено, что обратный отбел может образовываться в месте смыкания тонкой части отливки с толстой, например, в месте подвода питателей и выпоров, вследствие их более быстрого затвердевания по сравнению с телом отливки.

3. Установлено, что в цилиндрических отливках изготовленных, из чугуна с повышенным содержанием кремния, обратный отбел образуется только вместе с поверхностным отбелом.

4. Показано, что ввод элементов, снижающих активность углерода и не образующих карбидов, может привести к образованию обратного отбела, при достаточно высокой скорости кристаллизации.

5. Проведенное комплексное исследование позволило выработать рекомендации по предотвращению образования обратного отбела, что позволяет снизить энергозатраты и себестоимость при производстве отливок из чугуна. Предлагается проводить объемное графитизирующее модифицирование непосредственно перед заливкой, либо другую обработку, способствующую объемной кристаллизации расплава (ультразвуковую, вибрационную и т.п.), оптимизировать конфигурацию отливки и избегать накопления примесей в шихте.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Матвеев, Сергей Владимирович, 2007 год

1. Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. - М.: Машиностроение, 1966.

2. Тодоров Р.П. Графитизированные железоуглеродистые сплавы. М.: Металлургия, 1981.

3. Иванова B.C., Иванов C.B., Оксогоев A.A. Фуллерены самоорганизующиеся замкнутые молекулы углерода// В сб. Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии. - М.: РАН, 1996. -с.206.

4. Кимстач Г.М., Уртаев A.A., Молодцова Т.Д. Об образовании карбина в Fe-C сплавах // МиТОМ. 1988.- № 4- с. 9-12.

5. Кимстач Г.М., Уртаев A.A., Молодцова Т.Д. О существовании карбина в структуре аустенитного чугуна // МиТОМ.-1991.- №2- с. 17-18.

6. Кузеев И.Р., Закирничная М.М., Самигуллин Г.Х., Мекалова Н.В. Фуллеренная модель структуры железо-углеродистых сплавов /В сб.: Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии. Тезисы докладов. -М.: РАН, 1996. -с.206.

7. Давыдов C.B. Наномодификатор — инструмент инженерии структурного состояния расплава чугуна. М.: Металлургия машиностроения, № 6,2006

8. Комаров О.С. Формирование структуры чугунных отливок. Минск: Наука и техника, 1977.

9. Гиршович Н.Г. Справочник по чугунному литью. Л.: Металлургия, 1978.

10. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. -М.: Металлургиздат, 1962. -690 с.

11. Каменецкая Д.С. Рост кристаллов. М.: Машиностроение, 1960.

12. Кришталл М.А., Волков А.И. Многокомпонентная диффузия в металлах. -М.: Металлургиздат, 1985. -176 с.

13. Ленинских Б.М., Кайбичев A.B., Савельев Ю.А. Диффузия элементов в жидких металлах группы железа. М.: Наука. 1974. -192 с.

14. Отливки из специальных чугунов: Учеб. пособие / Под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006.

15. Григорян В.А., Белянчиков JI.H., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1979. -256 с.

16. Худокормов Д.Н., Комаров О.С. // Литейное производство. 1963, №4, с. 21.

17. Шенк Г., Фройберг М.Г. Изменение активности в двухкомпонентных рас творах при добавках других элементов. -Физико-механические основы металлургических процессов. -М.: Металлургиздат. 1964. -с. 227-246.

18. Кривошеев А.Е., Белай Г.Е., Лев И.Е., Стовиченко М.П. Распределение модификаторов и их влияние на структуру чугуна // Литейное производство. 1969, №2, с. 19-23.

19. Воронова И. А., Могилевцев A.B., Грайфер М.З. Исследование поведения церия и серы в жидком чугуне // Литейное производство. 1962, №12, с. 1619

20. Затуловский С.С., Носова Е.И., Крылов Э.С. и др. В кн.: Вопросы теории и применения редкоземельных металлов. - М.: Наука. 1964, -226 с.

21. Сирота H.H. Кристаллизация и фазовые переходы. Минск: Наука и техника, 1962.

22. Худокормов Д.Н. Роль примесей в процессе в процессе графитизации чугунов. Мн.: Наука и техника, 1968.

23. Худокормов Д.Н., Королев М.В. Влияние некоторых примесей на графити-зацию синтетического чистого Fe-C сплава // Диффузия в металлах и сплавах (Труды III международной конференции). Под ред. Проф. д.т.н. Кришталла М.А., 1968, -448 с.

24. Григорович В.К. Влияние легирующих элементов на устойчивость цементита и графитизацию чугунов. М.: Литейное производство, № 12, 1964.

25. Леви Л.И., Стаменов С.Д. Особенности эвтектической кристаллизации в метастабильной системе Fe-Fe3C-Si и ликвации Si в белом чугуне.-М.: Литейное производство, № 5,1967.

26. Вейник А.И. Теория затвердения отливки. -М.: Машгиз, 1960, с. 435.

27. Коцюбинский О.Ю. Охлаждение отливок типа цилиндра и шара в песчаной форме. -М.: Литейное производство, № 12,1966.

28. Трошин Ф.С. Влияние химического состава чугуна на внутренний отбел поршневых колец индивидуального литья. М.: Литейное производство, №11,1964.

29. Бунин К.П., Калинина Л.Т. О структурной неоднородности чугуна. М.: Литейное производство, № 2,1964.

30. Бунин К. П., Калинина Л. Т. «Доклады АН УССР», 1960, №9, с. 57.

31. Бунин К. П., Калинина Л. Т. «Известия высших учебных заведений. «Черная металлургия», 1961, № 7, с. 29.

32. Черновол А. В., Ланчина Т. О. «Доклады АН УССР», 1962, № 4.

33. Бунин К.П., Малиночка Я.Н., Таран Ю.Н. Основы металлографии чугуна. -М.: Металлургия, 1969.

34. Малиночка Я.Н. Некоторые «аномалии» макро- и микроструктуры чугунных отливок. М.: Литейное производство, № 12,1963.

35. Малиночка Я. Н. -М.: «Изв. АН СССР, ОТН», 1959, № 6, с. 47.

36. Жегалов А. К., Тагеев В. М. -М.: «Металлург», 1938, №2, с.23.

37. Hughes J. С. Н. «BORA Journal», 1955, vol. 5, Febr., p. 29.

38. Гуляев Б. В., Магницкий О. Н. Сб. «Физико-химические основы производства сталей». Изд. АН СССР, 1957.

39. Семикин И. Д., Гольдфарб Э. М. -М.: «Литейное производство», 1956, № 2, 18 с.

40. Грейнер Е. С, Марш Дж. С. Стаутон Б. Сплавы железа с кремнием. ОНТИ, 1936.

41. Heyke W, May G. «Giesserei», 1929, № 28-29, p. 125.

42. Ferry E.M., Margerie J. С «Fonderie», 1964, № 108, p. 4299.

43. Gilbert G. N. J. «BCIRA Journal», 1959, vol. 7, №12, p. 27.

44. Morrogh H., Oldfield W. «Journal Iron and Steel Institute», 1959, vol. 32, № 10-11, p. 35.

45. Бунин К.П. -M.: «Металлург», № 5,1938,14 с.

46. Богачев И. Н. «Металлография чугуна» -М.: Машгиз, 1952.

47. Долинская JI. А. Сборник трудов Днепропетровского металлургического института, выпуск XXXI, с. 37.

48. Oldfield W. — «BCIRA Journal», 1959, vol. 7, № 15, p. 23.

49. Пикунов M.B. Плавка металлов. Кристаллизация сплавов. Затвердевание отливок. М.: МИСиС, 2005.

50. Пикунов М.В., Юдин В.А. Решение задачи затвердевания отливки с цилиндрической и сферической поверхностью М.: Литейное производство, № 9,2000.

51. Пикунов М.В., Балашова Н.П. О расчете показателей процесса затвердевания отливок различной конфигурации. М.: Известия вузов. Черная металлургия, № 1,2006.

52. Панченко Е.В., Скаков Ю.А., Кример Б.И. и др. Лаборатория металлографии. М.: Металлургия. 1965, -440 с.