Исследование высокоалюминиевых чугунов промежуточной зоны (ВАЧП) и разработка технологии их получения для фасонных отливок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Суханов, Александр Сабирович

• Суханов, Александр Сабирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Суханов, Александр Сабирович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

(обзор литературы)

1.1. Диаграммы состояний Fe-Al и Fe-Al-C сплавов

1.2. Половинчатые чугуны на базе системы Fe-C-Si

1.3. Особенности формирования структуры и свойств высокоалюминиевых чугунов

1.3.1. Влияние алюминия на структуру чугуна

1.3.2. Влияние алюминия на жаростойкость и ростоустойчивость чугуна

1.3.3. Влияние алюминия на физико-механические

свойства чугунов

1.4. Влияние скорости охлаждения на структуру алюминиевых

чугунов

1.5. Выводы, цель и задачи работы

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Методика проведения экспериментов

2.2. Дифференциальный термический анализ (ДТА)

2.3. Разработка методики выявления и оценки фазового состава ВАЧП

2.3.1. Методика выбора металлографических реактивов для выявления структуры ВАЧП

2.3.2. Методика металлографического исследования

образцов ВАЧП

2.3.3. Фазовый качественный анализ образцов ВАЧП

2.4. Методика определения свойств ВАЧП

2.4.1. Методика определения физико-механических

свойств ВАЧП

2.4.2. Методика определения износостойкости

ВАЧП

2.4.3. Методика определения литейных свойств ВАЧП

2.4.4. Определение стойкости ВАЧП в жидком алюминии и

расплаве силумина

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ГРАФИТИЗИРУЮЩЕГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ВАЧП

3.1. Влияние алюминия на структуру и свойства ВАЧП

3.2. Особенности влияния меди и графитизирующего модифицирования на структуру и свойства ВАЧП

3.3. Влияние кремния на структуру и свойства ВАЧП

3.4. Влияние углерода и циркония на структуру и свойства ВАЧП

3.5. Оптимизация состава ВАЧП

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВАЧП С КОМПАКТНЫМ ГРАФИТОМ

4.1. Исследование влияния сфероидизирующего модифицирования ВАЧП и скорости охлаждения на его структуру и свойства

4.2. Определение литейных свойств ВАЧП

4.2.1. Определение жидкотекучести разработанного ВАЧП (ЧКГ)

4.2.2. Определение линейной усадки ВАЧП

4.2.3. Определение объёма усадочной раковины ВАЧП

4.3. Определение физико-механических свойств ВАЧП

4.3.1. Определение электропроводности и прочности ВАЧП

4.3.2. Определение износостойкости ВАЧП

4.3.3. Определение стойкости ВАЧП в жидком алюминии и

расплаве силумина

4.4. Особенности технологии получения ВАЧП и рекомендации по

его применению

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование высокоалюминиевых чугунов промежуточной зоны (ВАЧП) и разработка технологии их получения для фасонных отливок»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время к алюминиевым чугунам проявляется достаточно большой интерес, поскольку современное производство в новых экономических условиях требует неуклонной экономии материалов, снижения удельного веса металлических конструкций при сохранении на достаточно высоком уровне механических свойств.

Ограниченное применение алюминиевых чугунов на сегодняшний день связано с невысоким уровнем их механических свойств, трудностями, связанными с получением стабильной структуры, что в первую очередь относится к высокоалюминиевым чугунам и чугунам промежуточной зоны. Вместе с тем известны работы по стабилизации структуры в половинчатых чугунах на базе системы Ре-С^ [36], так называемых стабильно-половинчатых чугунах (СПЧ), в которых структура не претерпевает коренных изменений в широком диапазоне колебаний химического состава, условий охлаждения и других внешних факторов, а также обеспечивается стабильность структуры в процессе эксплуатации деталей. Исходя из этого весьма интересным представляется выявление областей существования стабильно-половинчатых чугунов в системе Ре-С-А1 и использование их в качестве литейного материала со специальными свойствами. Такой подход позволяет к высокой износостойкости и хорошей обрабатываемости, присущим обычным СПЧ, добавить высокую жаро- и коррозионную стойкость и малый удельный вес, характерные для высокоалюминиевых чугунов.

К настоящему времени в промышленности нашли применение алюминиевые чутуны с содержанием алюминия 1...7% и 19...24% А1. Это две области, в которых алюминий ведёт себя как графитизирующий элемент.

Жаростойкость низкоалюминиевых чугунов колеблется в пределах 650...800°С, поэтому эти чугуны применяются для изготовления пресс-форм для стекольных изделий, деталей печного оборудования, колосников агломерационных машин.

Жаростойкость высокоалюминиевых чугунов может достигать 1200°С, поэтому эти чугуны применяются преимущественно для изготовления деталей арматуры котлов, термических печей и др.

Жаростойкость алюминиевых чугунов промежуточной зоны (7...18%А1) является достаточно высокой, но в промышленности эти чугуны не нашли практического применения, поскольку этот материал обладает низкими конструкционными свойствами из-за сильного карбидообразующего действия алюминия в данной зоне. Вместе с тем именно в этой зоне представляется возможность получения достаточно износостойкого материала, сочетающего в себе практически все преимущества высокоалюминиевых чугунов и позволяющего получить стабильную графито - карбидную структуру. Важно только, чтобы уровень механических свойств соответствовал требованиям, которые предъявляются к деталям, изготавливаемым из этого материала.

В связи с этим возникла необходимость всестороннего исследования структуры и свойств алюминиевых чугунов промежуточной зоны, а также разработки технологии его получения для отливок специального назначения.

Большое внимание в работе уделено исследованию влияния химического состава, модифицирования и скорости охлаждения на структуру и механические свойства алюминиевых чугунов промежуточной зоны (ВАЧП), выявлены условия получения стабильно - половинчатых чугунов и разработана технология их получения для производства фасонных отливок.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Суханов, Александр Сабирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 .Проведён сравнительный анализ структуры и свойств чугунов на базе систем Ре-С-А1 и Ге-С-Б!, обоснована перспективность разработки и использования половинчатых чугунов системы Бе-С-А].

2.Исследовано раздельное и совместное влияние А1 и Си, а также графитизирующего и сфероидизирующего модифицирования на структуру и свойства ВАЧП. Полученные в виде системы регрессионных уравнений математические модели позволили оптимизировать состав и условия получения половинчатых чугунов с заданными структурой и свойствами.

3 .Экспериментально подтверждена применительно к системе Ре-С-А1 созданная Половинчуком В.П. аналитическая модель зернограничной диффузии меди. Установлено, что избыточная в твёрдом растворе медь диффундирует на границы зёрен и на поверхность образца, покрывая шлиф тонкой медистой плёнкой. Разработан режим термообработки, обеспечивающий объемное "омеднение" образцов и отливок из разработанных чугунов, что способствует улучшению их обрабатываемости и позволяет прогнозировать повышение антифрикционных свойств.

4. В результате исследования влияния различных сфероидизирующих модификаторов на структуру и свойства ПВАЧП оптимизированного состава разработан высокоалюминиевый конструкционный половинчатый чугун с компактным графитом, отличающийся, кроме присущих этому классу чугунов жаростойкости, пониженного удельного веса, высокой износостойкости и стойкости в ряде агрессивных сред, также достаточно высокой прочностью (стизг^бООМПа), удовлетворительной обрабатываемостью и хорошими литейными свойствами.

5. Предложен состав реактивов для проведения металлографического анализа структуры ВАЧП.

6. Полученные из разработанных составов чугунов литые заготовки пресс - поршней для машин литья под давлением отправлены для изготовления деталей и промышленного опробования на ОАО КАРЗ (г. С.-Петербург).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Суханов, Александр Сабирович, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров H.H., Клочнев Н.И. Технология получения и свойства жаропрочных чугунов.-М.: Машиностроение. 1964.-169с.

2. Асташкевич Б.М., Булюк A.C. Износостойкость и механические свойства цилиндрового чугуна, легированного медью и бором// Литейное производство. 1992. №1. С.14-15.

3. Бабич Е.П., Севастьянов Н.С., Сабуров В.П. Механические свойства жаростойкого модифицированного чугуна с 20-24% А1.//Литейное производство. 1964. №7. С.4.

4. Беккерт М., Клемм X. Справочник по металлографическому травлению/Под ред. И.Н. Фридляндера.-М.: Металлургия, 1979.-366с.

5. Blachnik R., Cross P., Hayman С.- Frans.Farad.Soc., 1970, v.66, part5, p.1058-1064.

6. Бобро Ю.Г. Алюминиевые чутуны: Изд. Харьковского Государственного университета, 1964,- 196с.

7. Бобро Ю.Г. Легированные чугуны.-М.: Металлургия, 1976.-218с.

8. Бобро Ю.Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны: Машгиз, 1960.-170с.

9. Бобро Ю.Г., Полищук В.П., Гребельник М.П., Трефняк В.А., Примаченко

B.В. Взаимодействие чугунных каналов с алюминием в установках МДМ .//Литейное производство. 1971. №3. С.27.

10. Бобро Ю.Г., Савчук С.А., Шаркин О.П. Природа хрупкости алюминиевого чугуна с фосфором.//Литеиное производство. 1971. №10.

C.32-34.

11. Богомолова H.A. Практическая металлография.-М.: Высшая школа. 1982.-272с.

12. Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения,- М.: Энергоатомиздат, 1988,- 288с.

13.Брус А., Каули Р. Структурные фазовые переходы,- М.: Мир, 1984.- 407с.

14. Бунин К.П., Малиночка Я.Н., Таран Ю.Н. Основы металлографии чугуна.- М.: Металлургия, 1969,- 416с.

15. Верятин У.Д., Маширов В.П., Рябцев Н.Г., Тарасов В.И., РогозкинБ.Д., Коробов И.В. Термодинамические свойства неорганических веществ//Справочник/Под общей ред. А.П.Зефирова. -М.: Атомиздат. 1965.-460C.

16. Воздвиженский В.М., Жуков А.А., Чистяков В.В. Стойкость крупногабаритных чугунных кокилей .//Л итейное производство. 1972. №4. С.33-34.

17. Волощенко М.В., Олейник В.Н., Спепшнский А.Е., Настенко Л.М. Фрикционный износостойкий высокопрочный чугун// Литьё чугунов со специальными свойствами. Сборник научных трудов. Киев: ИГШ. 1987. С.56-58.

18. Галкин В.И., Жевтунов П.П., Соловьёв Е.С. Влияние легирующих элементов на стойкость серого чугуна в алюминиевых расплавах.//Литейное производство. 1973. №10. С.25.

19. Нал Kumar К.С,. Raghavan V. A Thermodynamic Analysis of the Al-C-Fe System.//Journal of Phase Equilibria Vol.12. 1991. №3. p.275-286.

20.Гаркунов Д.Н. Триботехника.-M.: Машиностроение, 1985,- 424c.

21.Гельд П.В., Сидоренко Ф.А. Силициды переходных металлов четвёртого периода.-М.: Металлургия, 1971.-582с.

22. Герек А., Байка Л. Легированный чугун- конструкционный материал.-М.: Металлургия, 1978,- (с. 130).

23. Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках.-М.; Л.: Маш и ностроение, 1966.-562с.

24. Глазов В.М., Павлова Л.М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия.-М.: Металлургия. 1988.-559с.

25. Грузных И.В., Оболенцев Ф.Д. Надёжность и технологичность в производстве стальных отливок.-СПб.: Политехника, 1992. С.62.

26. Гудремон Э. Специальные стали. М.: Металлургиздат, Т2. 1960.

27. Гуляев Б.Б. Синтез сплавов. М.: Металлургия, 1984,- 160с.

28. Деверо О.Ф. Проблемы металлургической термодинамики ,-М.: Металлургия. 1986.-424с.

29. Декро М. О графитообразовани и в чугунах/ 33-й МКЛ. М.: Машиностроение, 1970.

30. Де Си А, Дефранк Ш., Эшем Ж.В. Дальнейшие исследования алюминиевого чугуна, модифицированного добавкой значительного количества кальция/ В сб. докл. 40-го Международного конгресса литейщиков.-М.: НИИМаш, 1975.-Ч.2.-С. 157-173.

31. Дунаева С.А., Пермякова В.Г. Перераспределение Si и AI при аустенгизации чугуна с шаровидным графитом.//Литейное производство. 1970. №1. С.29.

32. Ефимов Ю.В., Варлимонт Г., Мухин Г.Г. и др. Метастабильные и неравновесные сплавы,- М.: Металлургия, 1988,- 383с.

33. Жуков A.A. Геометрическая термодинамика сплавов железа.- М.: Металлургия, 1979,- 232с.

34. Жуков A.A. О термодинамической активности углерода в железоуглеродистых сплавах// Металлургия и топливо. Изд. АН СССР ОТН. 1962, №5.

35. Жуков A.A., Половинчук В.П. Прессующие поршни для машин литья под давлением из стабильно-половинчатого чугунаУ/Ускорение научно-технического прогресса в литейном производстве Дальнего Востока. Тез. докладов всесоюзного семинара. Комсомольск-на- Амуре: Изд-во Хабаровского ЦНТИ, 1986. С.23-24.

36. Жуков A.A., Половинчук В.П., Савицкий В.В., Билан П.Д. Экономолегированный чугун для пресс-поршней машин литья под давлением// Литейное производство. 1990. №3. С.32.

37. Жуков A.A., Сильман Г.И., Половинчук В.П. Получение легированных стабильно половинчатых чугунов.// Литейное производство. 1987. №2. С.7.

38. Жуков A.A., Сильман Г.И. Что такое стабильно- половинчатый чугун?// Литейное производство. 1993. №2-3. С.3-4.

39. Зайцева Л.П., Порохова Т.Г. Цветная металлография в видимых и ультрафиолетовых лучах,- М.: Металлургия, 1964,- 144с.

40. Изосимов В.А. Производство алюминиевого чугуна в Белы ии.//Литейное производство. 1974. №4. С.10.

41. Казакевич А.Г., Косников Г.А., Морозова Л.М., Каплуновский Ю.А. Технологические особенности получения конструкционных

низкоалюминиевых чугунов с компактным графитом./Современные материалы: Технологии и исследования. Труды СПбГТУ №463. С.-Перербург, изд. СПбГТУ. 1996,- С.102-103.

42.Карапетьянц М.Х., Карапетьянц M.JI. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ.-М.: Химия, 1968,-470с.

43. Кейз С .Л., Ван Горн К.Р. Алюминий в чугуне и стали/ Пер. с англ. А.И. Миллера.-М.: НТИчёрн. и цв. металлургии, 1959.-492с.

44. Kelley К., King E.-US Bur.Mines.Bull. №592, Wash., 1962. 149р.

45. Киреев В. А. Методы практических расчётов в термодинамике химических реакций. М.: Химия, 1975.-535с.

46. Ковалевич Е.В. Исследование условий получения и свойства жаростойкого алюминиевого чугуна с шаровидным графитом//Дисс. на соиск. уч. ст. канд.тех.наук.-159с.

47. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник. -М.: Металлургия, 1981.-121с.

48. Комаров О.С., Тульев В.Д. Влияние примесей Bi и А1 на диффузию углерода в расплавах чугуна. 1974. №6. С.32.

49. Косников Г.А., Морозова Л.М., Каплуновский Ю.А. Исследование высокоалюминиевых конструкционных чугунов и технологии получения из них фасонных отливок./ Фундаментальные исследования в технических университетах. Материалы научно-технической конференции. С.Петербург., изд. СПбГТУ. 1997.- С.289.

50. Косников Г.А., Морозова Л.М., Каплуновский Ю.А., КазакевичА.Г. Алюминиевые конструкционные чугун ы- материал для облегчённых отливок ответственного назначения.//Литейное производство. 1997. №5.

51. Кубашевски Ортруд. Диаграммы состояния систем на основе железа.-Изд.: Металлургия, 1985.52. Кузнецов Б.Л. Введение в литейное металловедение чугуна.-М.:

Машиностроение. 1995.-168с.

53. Кузнецов Б.Л. Исследования доэвтектических Fe-C-Al-сплавов и разработка на их основе промышленного способа получения низкокремниевых алюминиевых чугунов с различными формами графита

в отливках./ Автореф. на соискание уч. ст. к.т.н.-Свердловск: УПИ. 1974.-24с.

54. Кузнецов Б.Л. О некоторых особенностях графитизации в высокопрочных Fe-C-Al чугунах//Теория и практика производства высокопрочного чугуна.-Киев: ИПЛ. 1976.-С.29-37.

55. Кузнецов Б.Л. Технология получения А1-чу гунов с шаровидным и вермикулярным графитом//Литейное производство. 1978.-№6.-С.29-31.

56. Мазур В.И., Таран Ю.Н. О модифицировании структуры белых чугунов// Литейное производство. 1970. №6. С.6-7.

57. Материалы в машиностроении. Справочник в 5-ти т./Под ред. И.В.Кудрявцева.-М.: Машиностроение, 1969.Т.4.-С.211.

58. Маюрников A.B., Юдицкий А.И. Влияние состава и структуры на износостойкость и механические свойства высокохромистых сплавов// Литейное производство. 1970. №6. С. 10-11.

59. Микрюков В.Е. Теплопроводность и электропроводность металлов и сплавов-М.: Металлургиздат. 1959.-260с.

60. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика железоуглеродистых сплавов.-М.: Металлургия. 1972.-328с.

61. Молдавский О.Д. Роль кремния и алюминия в ослаблении вредного влияния фосфора на качество стали.-М.: Металлургия. 1964.

62. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия. 1979,- 640с.

63. Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Руководство к выполнению термодинамических расчётов,- Л.: Изд. ЛПИ. 1975.- 68с.

64. Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Термодинамические расчёты в металлургии//Справочник.-М.: Металлургия. 1985.-137с.

65. Наумов Г.Н., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин (для геологов). М.: Атомиздат. 1971.-239с.

66. Новое в металлографии чугуна.- Сборник научных трудов.- Киев: Изд. АН УССР, 1981,- 136с.

67. Новосёлова A.B. Фазовые диаграммы, их построение и методы исследования.-Изд. Московского университета, 1987,- 152с.

68. Овчинников В.И., Тютин Д.В., Зволинский A.C. Влияние меди на структуру и свойства высокопрочного чугуна// Литейное производство. 1992. №1. С.10-11.

69. Петриченко A.M., Сухо дольская Е.А., Гладкий И.П. Повышение износостойкости чугунных кокильных отливок.//Литейное производство. 1972. №7. С.35.

70. Погодаев Л.И., Клименко В.М. Износостойкость аустенитного марганцевого чугуна.//Литейное производство. 1972. №6. С.33.

71. Половинчук В.П., Жуков A.A. Влияние меди на триботехнические свойства чугуна в условиях термоциклирования. Техническое сообщение на 57-м Всемирном Конгрессе литейщиков. Осака. 1990.

72. Половинчук В.П. Износостойкий стабильно половинчатый чугун, используемый при термоциклировании// Литейное производство. 1992. №1. С.15-16.

73. Прикладная химическая термодинамика модели и расчёты.- М.: Мир, 1988,- 281с.

74. Применение математических методов для исследования многокомпонентных систем/ Под ред. Зедгинидзе И.Г., Новика Ф.С., Чемлевой Т.А.- М.: Металлургия, 1974,- 176с.

75. Рогачевская З.М. Диаграммы состояния металлических систем 1961.//Выпуск УП, ВИНИТИ, 1963.

76. Рузинов Л.П., Гуляницкий Б.С. Равновесные превращения металлургических реакций.-М.: Металлургия, 1975.-416с.

77. Рыжов Б.М. Таблицы термодинамических функций (Справочник).- М.: Машиностроение, 1982,- 288с.

78. Сабирзянов Т.Г.//ЖФХ. 1970, Т.44. №5. С.1313-1314.

79. Селиванов Н.Ф., Чесноков Ю.В. Припылы для форм А1-сплавов.//Литейное производство. 1971. №8. С.40.

80. Справочник по чугунному литью/Под ред. Н.Г. Гиршовича. 3-е изд.-Л.: Машиностроение, 1978,- 758с.

81. Суходольская Е.А., Затолокин Е.А., Даниленко Е.А. Применение низкокремнистых алюминиевых чугунов для отливок деталей моторной группы.//Литейное производство. 1974. №2. С. 19.

82. Сычёв B.B. Дифференциальные уравнения термодинамики.-М.: Изд. Наука, 1981,- 196с.

83.Тавадзе Ф.Н., Беджиташвили M.JI. Износостойкий высокофосфористый антифрикционный чугун с шаровидным графитом.//Литейное производство. 1972. №4. С. 19-20.

84. Термодинамические константы веществ/ Под ред. В.П. Глушко.-М.: Наука,-1965-1972. вып.1. 1965.-145с.

85. Тихонович В.И., Коваленко О.И., Бобро А.Ю., Новицкий В.Г. Особенности формирования литой структуры сплавов системы Fe-Cr-Cu-С//Процессы литья. 1994. №3. С.23-29.

86. Treverton J., Margrave J.-J.Chem. Thermodyn. 1971. V.3. №4. p.473-481.

87. Турчанин А.Г., Турчанин M.А. Термодинамика тугоплавких карбидов и карбонитридов.-М.: Металлургия. 1991.-353с.

88. Фарафонов И.Е., Бобро Ю.Г. Ростоустойчивость и жаростойкость кремнистого чугуна с шаровидным графитом .//Литейное производство. 1955. №3. С.21-24.

89. Федосов А.И. Влияние Al, Bi,Sb на структуру и свойства чугуна при термоциклировании. 1973. №9. С.32-33.

90. Федосов А.И. Влияние добавок AlJBi и Sb на термостойкость серого чугуна.//Литейное производство. 1971. №10. С.41-42.

91. Хариф Я.Л., Ковтуненко П.В., Майер A.A. Расчёт диаграмм состояния с применением модели квазиидеальных растворов,- М.: Металлургия, 1988.-87с.

92. Цибрик А.Н., Семенюк Л.А., Цибрик В.А. Физико-химические постоянные материалов и параметры процессов литья//Справоч н ик. -Киев : Наукова Думка. 1987.-270с.

93. Чернов. В.М., Ларина Л.С., Сердюк С.П. Легирование Fe-Ni-Al-сплавов бором .//Литейное производство. №8. 1970. С.24.

94. Черных О.Г., Сумцов В.Ф. Влияние присадки цериевого сплава ММ5 на свойства жаростойких алюминиевого-кремниевых чугунов.//Литейное производство. 1966. №1. С.45.

95. Чугун. Справочник./Под ред. А.Д. Шермана, A.A. Жукова.-М.: Металлургия. 1991. 575с.

96. Шапиро А. А. Местное модифицирование алюминием отливок из ковкого чугуна.//Литейное производство. 1962. №8. С.35.

97. Эллиот Р. Управление эвтектическим затвердеванием/ Пер. с англ. Б.Б. Страумала.-М.: Металлургия. 1987.-352с.