Особенности формирования литой структуры высокопрочных чугунов и разработка эффективных технологий изготовления отливок с высокими параметрами эксплуатационных свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, доктор технических наук Андреев, Валерий Вячеславович

• Андреев, Валерий Вячеславович
• доктор технических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор технических наук Андреев, Валерий Вячеславович

Введение.

1. Современное состояние производства отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом.

2. Методики исследований.

3. Экспериментально-теоретические исследования особенностей формирования литой структуры высокопрочных чугунов.

3.1. Влияние продолжительности затвердевания (или толщины стенки отливки) на структуру и прочностные характеристики высокопрочных чугунов.

3.2. Влияние углеродного эквивалента и перлитостабилизирующих элементов на формирование металлической основы высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом.

3.3. Влияние параметров графитизирующего модифицирования на металлическую основу и получение перлитного чугуна с вермикулярным графитом.

3.4. Механизм формирования литой структуры высокопрочных чугунов.

4. Исследование литейных, прочностных и специальных (эксплуатационных) свойств чугунов с вермикулярным графитом.

4.1. Механические свойства при повышенных температурах.

4.2. Износостойкость.

4.3. Демпфирующая способность.

5. Освоение инновационных технологий промышленного производства отливок из высокопрочных чугунов с повышенными эксплуатационными характеристиками.

5.1. Изготовление из ферритного чугуна с вермикулярным графитом крупногабаритной кокильной и металлургической оснастки и корпусных деталей мощных дизельных двигателей.

5.2. Производство из перлитного чугуна с вермикулярным графитом втулок цилиндров и цельнолитых поршней дизелей.

5.3. Новая технология изготовления двухслойных вертикальных прокатных валков.

5.4. Производство из чугуна с шаровидным графитом холодильных плит новой конструкции для доменных печей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности формирования литой структуры высокопрочных чугунов и разработка эффективных технологий изготовления отливок с высокими параметрами эксплуатационных свойств»

Актуальность проблемы. В свете возрастающих требований к конкурентоспособности отечественного машиностроения в развивающейся инновационной экономике проблема повышения технических и эксплуатационных характеристик выпускаемых машин и оборудования является весьма актуальной.

Учитывая, что почти половину деталей машин составляют литые заготовки и около 80% из них приходится на долю чугунных отливок, становится очевидной актуальность и необходимость решения указанной проблемы за счет разработки новых марок чугунов с более высокими физико-механическими свойствами и создания эффективных технологий изготовления отливок с высокими потребительскими характеристиками.

Разработанные в ЦНИИТМАШ высокопрочные чугуны с шаровидным и вермикулярным графитом по своим техническим характеристикам остаются перспективными конструкционными материалами для широкой номенклатуры ответственных отливок в металлургии и машиностроении.

При этом высокопрочный чугун со своеобразной «вермикулярной» формой графита обладает сочетанием высоких прочностных и теплофизических свойств, которые выдвигают его в число наиболее перспективных конструкционных материалов для литых деталей мощных дизельных двигателей и крупногабаритной металлургической оснастки, работающих в условиях переменных повышенных температур и больших термоциклических и механических нагрузок.

Между тем, известные способы получения такого чугуна не позволяют стабильно получать преимущественно вермикулярную форму графита или требуют особых условий выплавки исходного расплава, методов ввода присадок и тщательного контроля всех операций технологического процесса.

Более надежным и эффективным является разработанный в ЦНИИТМАШ способ обработки исходного расплава редкоземельными металлами (РЗМ), обеспечивающий стабильное формирование графита вермикулярной формы и воспроизводимые свойства чугуна. При этом редкоземельные металлы используются в виде комплексных РЗМ-содержащих лигатур, позволяющих снизить стоимость модификатора, повысить степень усвоения редкоземельных элементов, а также обеспечить экологическую безопасность технологического процесса.

Ранее проведенными в ЦНИИТМАШ исследованиями было установлено, что для получения графита вермикулярной формы необходимо иметь в чугуне определенное остаточное содержание РЗМ. При этом прочностные свойства чугунов с вермикулярным графитом зависят от соотношения в структуре количества вермикулярного и шаровидного графита и от остаточного содержания редкоземельных металлов. Требуемое количество РЗМ для обработки исходного чугуна определяется содержанием серы и температурой расплава.

Выявленные зависимости позволили разработать базовую технологию изготовления отливок из чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ) и преимущественно ферритной металлической основой.

Однако остались не решенными такие вопросы, как:

• создание теоретических основ формирования литой структуры высокопрочных чугунов с заданным типом металлической основы;

• выявление зависимости структуры и механических свойств высокопрочных чугунов от продолжительности затвердевания (или толщины стенки) отливки, в том числе в крупнотоннажных литых изделиях;

• исследование влияния параметров легирования и графитизирующего модифицирования расплава на формирование перлитной металлической основы высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом.

Из-за недостатка данных об эксплуатационных характеристиках ЧВГ существенно ограничивалась область его применения в качестве конструкционного материала для широкой номенклатуры литых изделий. Цель и задачи работы. Комплексные исследования процессов кристаллизации и формирования литой структуры высокопрочных чугунов с целью разработки новых марок чугунов перлитного класса и создания эффективных промышленных технологий изготовления отливок с высокими параметрами эксплуатационных свойств при повышенных температурах, в условиях больших динамических и механических нагрузок, а также вибрации, трения и износа.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решались следующие задачи:

1. Установить зависимость изменения микроструктуры и механических свойств высокопрочных чугунов с вермикулярным и шаровидным графитом от продолжительности затвердевания (толщины стенки) отливки, в том числе в тепловых узлах крупнотоннажных литых изделий.

2. Исследовать условия формирования литой структуры чугунов в зависимости от параметров легирования и графитизирующего модифицирования расплава и на этой основе разработать технологию получения перлитного чугуна с вермикулярным графитом.

3. Определить прочностные свойства при повышенных температурах и основные эксплуатационные характеристики перлитного чугуна с вермикулярным графитом.

4. Разработать эффективные технологические процессы изготовления из высокопрочных чугунов крупногабаритной металлургической оснастки (кокили, изложницы, прокатные валки, холодильные плиты) и ответственных деталей мощных (600.6000 л.с.) дизельных двигателей с высоким уровнем эксплуатационных характеристик.

Научная новизна работы:

1. Установлены закономерности кристаллизации и особенности формирования литой структуры высокопрочных чугунов в зависимости от продолжительности затвердевания отливок, в том числе в толстостенных и крупнотоннажных литых изделиях, и показано, что по мере увеличения толщины стенки отливки структура изменяется в направлении укрупнения включений графита, ухудшения формы шаровидного графита и уменьшения его доли в чугуне с вермикулярным графитом. При этом в центральных частях массивных отливок с наибольшей продолжительностью затвердевания наряду с отдельными крупными включениями компактного (или «вырожденного») шаровидного и колониями типичного вермикулярного графита извилистой формы (ВГф2) формируются весьма протяженные колонии тонкодиференцированной эвтектики с вермикулярным графитом междендритного распределения (ВГр4), а также изолированные колонии такого графита (ВГр5) или по иностранной терминологии "СЬипку"-графита.

2. Результатами сравнительных металлографических исследований показано, что в колониях тонкодиференцированной эвтектики мелкие включения графита на поверхности шлифа имеют одинаковую морфологию с графитными включениями типичных колоний вермикулярного графита, но формируются на более поздних этапах затвердевания расплава, отличающихся химическим составом, температурой кристаллизации и степенью переохлаждения. При этом наблюдаемое сильное измельчение включений «междендритного» и особенно "СЬипку"-графита является результатом эвтектической кристаллизации последних переохлажденных микрообъемов расплава, обогащенных за счет ликвации примесными и десфероидирующими графит элементами.

3. Установлены закономерности снижения прочностных свойств высокопрочных чугунов по мере увеличения толщины стенки отливки. При этом чугун с вермикулярным графитом, полученный обработкой исходного расплава редкоземельными металлами (РЗМ), даже в очень крупных отливках с толщиной стенки до 450мм сохраняет достаточно высокую прочность (ов >300 МПа), позволяющую успешно использовать его для изготовления крупных базовых деталей машин и оборудования в различных отраслях машиностроения.

4. На основе полученных экспериментальных данных и современных представлений о процессах кристаллизации эвтектических сплавов предложена гипотеза механизма формирования литой структуры высокопрочных чугунов, включающая два основных экспериментально установленных положения: форма кристаллизующегося графита при затвердевании чугуна определяется физико-химическими свойствами расплава; - тип металлической основы, при прочих равных условиях, определяется главным образом количеством вводимого кремния при графитизирующем модифицировании и степенью ликвации кремния в аустените.

5. Разработаны параметры легирования и графитизирующего модифицирования исходного расплава, обеспечивающие получение перлитной матрицы чугуна с вермикулярным графитом в литом состоянии.

6. Определены зависимости изменения механических свойств чугунов с вермикулярным графитом при повышенных температурах (300.500°С) и эксплуатационные характеристики при работе в условиях высоких переменных температур, вибрации, трения и износа, позволяющие значительно расширить рекомендуемые области применения этих материалов в металлургии и машиностроении.

7. Результатами эксплуатационных испытаний натурных деталей показано, что высокопрочные чугуны могут быть эффективно использованы: для изготовления ряда деталей дизельных двигателей, работающих при повышенных температурах в условиях трения и интенсивного износа, с целью повышения прочностных и эксплуатационных характеристик путем замены широко применяемых низколегированных чугунов с пластинчатым графитом;

- для производства крупногабаритных отливок металлургической оснастки с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Практическая значимость работы:

Выполненные комплексные исследования позволили:

Впервые в мировой практике разработать технологию получения чугуна с вермикулярным графитом и перлитной металлической основой в литом состоянии.

Определить литейные, прочностные и основные эксплутационные (износостойкость, демпфирующая способность, термоциклическая стойкость) характеристики чугунов с вермикулярным графитом.

Разработать конкретные промышленные технологии производства из высокопрочных чугунов с вермикулярным и шаровидным графитом ответственных отливок с высоким уровнем прочностных и служебных характеристик, в том числе:

- крупногабаритных отливок кокильной и металлургической оснастки с повышенной эксплуатационной стойкостью,

- литых деталей мощных (600.6000 л.с.) форсированных дизельных двигателей для транспортных и маневровых тепловозов, большегрузных самосвалов и стационарных дизель-генераторных электростанций.

Показать реальную возможность изготовления из чугуна с вермикулярным графитом качественных сложных фасонных отливок массой от нескольких килограммов до десятков тонн.

Разработать Государственный стандарт ГОСТ 28394-89 «Чугун с вермикулярным графитом для отливок. Марки».

Достоверность результатов и сделанных выводов обеспечивается: применением комплекса современных методов исследования и анализа чугунов, в том числе электронной микроскопии, рентгенографии и рентгеноскопии в сочетании со специальными методами подготовки и травления образцов; использованием аттестованной измерительной и испытательной аппаратуры;

- обработкой экспериментальных данных с привлечением методов математической статистики; согласованностью результатов лабораторных и промышленных экспериментов, натурных и эксплуатационных испытаний отливок.

На защиту выносятся:

Результаты комплексных исследований процессов формирования металлической основы высокопрочных чугунов в литом состоянии в зависимости от углеродного эквивалента, параметров легирования и графитизирующего модифицирования расплава и продолжительности затвердевания отливки.

Теоретические основы механизма формирования литой структуры высокопрочных чугунов с вермикулярным и шаровидным графитом.

Результаты исследований прочностных свойств (статическая, усталостная и длительная прочности) при повышенных температурах, а также основных эксплутационных характеристик (демпфирующая способность, термоцикличекая стойкость, износостойкость) перлитного чугуна с вермикулярным графитом. Новые конкретные промышленные технологии производства из высокопрочных чугунов с вермикулярным и шаровидным графитом отливок различного назначения с высоким уровнем механических и служебных характеристик, обеспечивающих требуемую надежность и работоспособность машин и оборудования в эксплуатации.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на шести Всесоюзных научных конференциях (1979. 1992 г.г.), на II Всесоюзном научно-техническом съезде литейщиков (Ленинград 1983 г.) и на II (Москва 1995 г.), VII (Новосибирск 2005 г.), VIII (Ростов на Дону 2007 г.) и IX (Уфа 2009 г.) съездах литейщиков России, на межрегиональной научной конференции (5-7 октября 2010 года, г. Набережные Челны) и на научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». (15-16 июня 2011 года г. Екатеринбург).

Публикации.

Основное содержание диссертации в виде научного доклада опубликовано в 74 печатных работах, в том числе в 63 научных статьях и в 11 авторских свидетельствах и патентах. Личный вклад автора заключается:

- в постановке и решении задач, поставленных в данной работе; в разработке методик исследований и личном участии в проведении экспериментов;

- в анализе полученных экспериментальных данных и обосновании основных положений научной новизны и практической значимости работы;

- в разработке теоретических основ формирования литой структуры высокопрочных чугунов;

- в личном участии во внедрении разработанных новых технологий при промышленном производстве отливок из высокопрочных чугунов с вермикулярным и шаровидным графитом.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Андреев, Валерий Вячеславович

Основные результаты работы представлены в публикациях:

1. Александров H.H., Милъман Б.С., Ильичева Л.В., Андреев В.В., Моисеев С.Д., Косынкин В.Д., Супруненко В.В. Модифицирование чугуна комплексными лигатурами с РЗМ и иттрием. // Литейное производство. - 1975.-№7.-С. 3-5.

2. Александров H.H.,. Милъман Б.С, Андреев В.В., Ильичева JI.B. Получение, особенности кристаллизации и свойства нового вида высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом. / Сб. «Технология пр-ва, научная организация труда и управления». НИИМАШ. М. - 1975. - Вып. 9. b.Андреев В.В., Бобылев Ф.К., Глинкин A.C. Ковшевая обработка ваграночного чугуна в процессе продувки металла газами. /Сб. «Технология пр-ва, научная организация труда и управления», НИИМАШ, 1975, вып. 11, c. 1-3

4. Александров H.H., Милъман Б. С., Осада Н.Г.,Ильичева Л.В., Андреев В.В. Кристаллизация и строение вермикулярного графита в чугуне. // Литейное производство. - 1975. - №9 - С. 5-6.

5. Александров H.H., Милъман Б. С., Андреев В.В., Ильичева JI.B. Получение и свойства высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом. // Литейное производство. - 1976. - №8, - С. 12-14.

6. Александров H.H., Милъман Б. С., Ильичева JI.B., Соленков В.Т., Андреев В.В. Совместное влияние магния, бария и РЗМ на структуру и свойства чугуна. Литейное производство. - 1977. - №1. - С. 4-5.

7. Андреев В.В. Чугун с вермикулярным графитом и перспективы его применения. / Труды ЦНИИТМАШ. М.-1977. - №139. - С. 159-165.

8. Александров H.H.,. Милъман Б.С. ,Андреев В.В., Ильичева JI.B. Современные способы получения и свойства высокопрочных чугунов. / Сб. «Технология, организация пр-ва и управления». НИИЭинформэнергомаш. М. - 1977. - №37.

9. Александров Н. Н., Милъман Б. С., Андреев В.В., Ильичева Л.В., Лебедев Ю.А., Александров ИИ, Королев В.А ,Герасимов A.B. Применение высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом для деталей дизельных двигателей. // Литейное производство - 1977 - №7 - С. 9-12.

10. Александров H.H., Андреев В.В., Ильичева Л.В., Милъман Б.С. Чугун с вермикулярным графитом. / В кн. Справочник по чугунному литью. Л.: Машиностроение, 1978-С. 79-81.

11. Андреев В.В., Ильичева Л.В. Чугун с вермикулярным графитом - новый литейный конструкционный материал. // Двигателестроение - 1980 - №3. -С. 33-36.

12. Милъман Б.С.Бармыков А.С, Андреев В.В., Ильичева Л.В. Влияние сорбционных явлений в процессе кристаллизации расплава на форму графита, состояние межзеренных границ и пластические свойства чугуна. /Труды ЦНИИТМАШ. М. - 1980. - №160.

13. Андреев В.В., Александров H.H., Милъман Б.С., Ильичева Л.В. Исследование особенностей образования вермикулярного графита в чугуне. // Литейное производство-1980 -№5.-С.5-6.

14. Андреев В.В., Ильичева Л.В., Батырев В.А. Распределение иттрия в чугуне с вермикулярным графитом. // Литейное производство - 1981-№2 - С. 6-7.

15. Андреев В.В., Герасимов A.B., Малышев В.В. Заварка дефектов отливок из высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом. // Литейное производство - 1981- №5-С. 23.

16. Александров H.H., Милъман Б. С., Андреев В.В., Ильичева Л.В., Капустина Л. С. Пути повышения надежности и долговечности чугунных деталей машин и оборудования. / Сб. Повышение прочности отливок в машиностроении. -М.: Наука, 1981.-С. 117-121.

17. Андреев В.В., Ильичева Л.В., Александров H.H. Особенности кристаллизации и морфологии графито-аустенитной эвтектики в чугуне с вермикулярным графитом. / В кн. Материалы 2-й всесоюзной научной конференции «Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа». Днепропетровск.-1982-С. 122-123.

18. Андреев В.В., Эксанов В.А., Хамбазаров A.M., Бармыков A.C. Применение высокопрочного чугуна в отливках для грузовых автомобилей. // Литейное производство. -1982- №1.- С. 16-18.

19. Андреев В.В., Хамбазаров A.M. Контроль механических свойств высокопрочного чугуна на литых образцах без механической обработки. // Литейное производство - 1982-№6-С. 14-16

20. Андреев В.В., Ильичева JI.B. Структура и свойства чугуна в толстостенных отливках. // Литейное производство - 1982 - №9 - С.10-12.

21. Ильичева Л.В., Андреев В.В., Фролов В.К., Беспалов Н. С. Перлитный чугун с вермикулярным графитом. // Литейное производство - 1983-№6.-С. 5-7.

22. Андреев В.В. Перлитный чугун с вермикулярным графитом - новый материал для деталей цилиндро-поршневой группы дизелей. / Сб. «Тезисы докладов 2-го всесоюзного съезда литейщиков» НИИМАШ. М. -1983. -С. 42-44.

23. Герасимов A.B., Андреев В.В. Циклическая прочность низколегированных чугунов с различной формой графита. // Литейное производство-1983 -№8. -С. 31.

24. Андреев В.В., Ильичева Я.В., Платонов В.Н. Длительная прочность и термостойкость чугуна с вермикулярным графитом. // Литейное производство - 1984-№4-С. 4-5.

25. Андреев В.В., Бармыков A.C. Оценка параметров графита и структурных составляющих матрицы в высокопрочном чугуне. / Труды ЦНИИТМАШ. М. - 1984.-№182.

26. Андреев В.В., Бармыков A.C. Влияние параметров графита и структурных составляющих матрицы на механические свойства высокопрочного чугуна. // Литейное производство.- 1984.- №7.- С. 2-4.

27. Андреев В.В., Ильичева Л.В., Герасимов A.B., Фролов В.К. Технология получения и свойства перлитного чугуна с вермикулярным графитом. Труды ЦНИИТМАШ,- 1985.- №190.- С.42-51.

28. Александров H.H., Андреев В.В., Черепов A.A. Чугун с вермикулярным графитом. / НИИМАШ. М - 1986.- 52с.

29. Андреев В.В., Александров H.H., Косынкин В.Д., Супруненко В.В. Улучшение качества чугуна лигатурами, содержащими РЗМ. // Литейное производство - 1986-№8 - С. 2-5.

30. Александров H.H., Андреев В.В., Ковалевич Е.В., Черепов A.A. Производство крупногабаритных отливок из чугуна. НИИЭинформэнергомаш. М. - 1987 - №3 (6-87-03).- 65с.

31. Андреев В.В. . Особенности структуры и свойств втулок цилиндров из чугуна с вермикулярным графитом, полученных методом центробежного литья в жидкостекольных формах. / Сб. «Современные направления повышения качества литых заготовок при литье в песчаные формы», МДНТП. М. - 1990. - С.101-103.

32. Андреев В.В. Свойства втулок цилиндров из чугуна с вермикулярным графитом. // Литейное производство - 1991- №2- С. 17-18.

33. Беляков А.И.Андреев В.В. Выбор размеров проб для контроля ЧШГ в отливках.// «Литейное производство», - 1998. - №12. - С. 31.

34. Зеленский В.Н., Перепечко Н.Ф. , Барохвостова Т.А., Андреев В.В., Бложко Н.К. Производство отливок ответственного назначения для дизельных двигателей. // Литейное производство - 1999 - №10 - С. 33-34.

35. Андреев В.В. Термообработка низколегированного высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом. // Литейное производство - 1999-№10.-С. 15-17.

36. Попов A.M., Сачек С.М., Сорокина Л.Д, Андреев В.В. Производство чугунных отливок в металлических формах.// Литейное производство. - 2001. - №3. - С. 13-16.

37. Андреев В.В. Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом. Машиностроение. Энциклопедия. Том II-2. Стали и чугуны. Гл. 3.4.- М.: Машиностроение, 2001 -С. 583-601.

38. Андреев В.В. Технология и перспективы производства отливок из чугуна с вермикулярным графитом. //Металлургия машиностроения -2004-№3-С. 26-33.

39. Андреев B.B. Влияние толщины стенки отливки на прочностные характеристики и микроструктуру высокопрочных чугунов с вермикулярным и шаровидным графитом. // Литейное производство.- 2004. - №2.- С. 2-6.

40. Лубяной Д. А., Макаров Э. С., Коллерова Т.Н., Андреев В.В. Внепечная обработка доменного жидкого чугуна для производства высококачественных отливок.// Литейное производство-2004- №10. С.4-5

41 .Чичков В.И., Самсонов Ю.Н., Дробышев А.Н. Федоренко Е.М. Андреев В.В. Особенности структуры сортопрокатных валков из чугуна с шаровидным графитом. //«Литейное производство». -2004. - №12. - С. 3-5.

42. Андреев В.В. Условия формирования и морфология графито-аустенитных эвтектик в чугунах. / Труды VII съезда литейщиков России. Т. I. 23-27 мая 2005 - С.139-142.

43. Андреев В. В. О роли деглобуляризирующих элементов в составе модифицирующих присадок для производства чугуна свермикулярным графитом. // Литейное производство - 2005 - №1- С. 6-7.

44. Чичков В.И., Соловьев С.А., Самсонов Ю.Н., Требинская В.В., Андреев В.В., Александров H.H. Производство из чугуна с шаровидным графитом холодильных плит для доменных печей. // Литейное производство. - 2005. -№5.-С. 2-3.

45. Лубяной Д. А., Требинская В.В., Самсонов Ю.Н., Коллерова Т.Н., Андреев В.В. Влияние технологии выплавки и внепечной обработки чугуна на эксплуатационную стойкость изложниц для кузнечных слитков. //Заготовительные производства в машиностроении. - 2005 - №8 - С. 3-5.

46. Андреев В.В. Особенности формирования и морфология графито-аустенитных эвтектик в чугунах. // Литейное производство - 2006 - №4- С. 15-17.

47. Андреев В.В., Капустина Л. С. Роль активных элементов в повышении эффективности графитизирующих железо-кремниевых лигатур. //«Литейное производство». -2006. - №4. - С. 18-20.

48. Усманов Р.Г., Рябчиков В.И., Андреев В.В., Капустина Л. С. Сравнительные исследования эффективности графитизирующих модификаторов с различным содержанием бария. // Литейное производство.-2006,-№4.-С. 21-22.

49. Чичков В.И., Соловьев СЛ., Самсонов Ю.Н.,Федоренко Е. М, Андреев В.В. Опыт производства холодильных плит для доменных печей из чугуна с шаровидным графитом на Западно-Сибирском металлургическом комбинате.//«Литейщик России». -2006. - №6 - С. 23-25.

50. Андреев В.В., Коряженов Д.Н., Портнов Л.В., Чичков В.И. Холодильные плиты из чугуна с шаровидным графитом отечественного производства для доменных печей. //«Металлург». - 2008. - №7 - С. 42-45.

51 .Андреев В.В. Современные технологии изготовления из чугунов с вермикулярным графитом отливок с высокими эксплуатационными характеристиками. «Вестник МГТУ им. Г.И. Носова».- 2008. - №4(24). - С. 14-18. //«Черная металлургия». Бюллетень научно-технической информации. 2008. Вып. 11, (1307), с. 42-46.

52. Королев С.П., Панфилов Э.В., Гуртовой Д.А., Андреев В.В. Способ управления технологическим процессом производства чугуна с вермикулярным графитом. /«Труды IX съезда литейщиков России». Уфа 20-24 апреля 2009 г С. 66-68.

53. Андреев В.В., Ковалевич Е.В. Экологические и экономические аспекты производства из чугуна с шаровидным графитом холодильных плит для доменных печей. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. -2009.-№3.-С. 96-101.

54. Ковалевич Е.В., Андреев В.В. Управляемый экологически безопасный процесс получения чугуна с шаровидным графитом. // Проблемы черной металлургии и материаловедения - 2009. - №4. -С. 18-22.

55. Андреев В.В., Фролов В.К. Износостойкость перлитного чугуна с вермикулярным графитом в условиях ограниченной смазки и сухого трения. // Литейное производство - 2009 - №10 - С. 14-16.

56. Андреев В.В., Королев С.П., Панфилов Э.А. Новые эффективные технологии изготовления отливок из чугуна с вермикулярным графитом. // Литейное производство. - 2009 - №12 - С. 5-7.

57. Андреев В.В. Формирование литой структуры нелегированных чугунов с вермикулярным графитом. // Литейное производство - 2010 - №9. - С. 7-14.

58. Андреев В.В. Перлитный чугун с вермикулярным графитом -перспективный конструкционный материал для литых деталей цилиндро-поршневой группы дизельных двигателей. // «Литейщик России», — 2010. — №12.-С. 29-35.

59. Андреев В.В. Физико-химические основы формирования включений графита в высокопрочных чугунах. //«Вестник МГТУ им. Носова» -2011-№1-С. 17-26.

60. Андреев В.В. . Новая технология изготовления вертикальных прокатных валков методом центробежного литья. /Труды научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». Т2. Екатеринбург: УрО РАН,2011. С. 493-498.

61. К.В. Григорович, В.В. Андреев, В.Г. Мизин, ИГ. Родионова, И.В. Рябчиков. Модификаторы нового поколения для повышения потребительских свойств отечественной металлопродукции. // Труды научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». Т2. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. С. 337-341.

62. В.В. Андреев, А.Я. Дынин, И.В. Рябчиков, Р.Г. Усманов, Е.А. Иванчиков. Эффективность графитизирующих модификаторов нового поколения для повышения качества чугунных отливок. / Труды научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». Т2. Екатеринбург: УрО РАН,2011. С. 422-426.

63. Андреев В.В. Особенности технологии изготовления толстостенных двухслойных чугунных заготовок методом центробежного литья на машине с вертикальной осью вращения. //«Литейщик России» -2011. - №8. - С. 12-17.

64. Чугун: A.c. №501109 СССР: М.кл.2 С22С 37/10. - №1977418/22-1; заявл. 20.12.73; опубл. 30.01.76, Бюл. №4.

65. Лигатура : A.c. №573508 СССР: М. Кл.2 С22С 35/00. - №2367234/02; заявл. 26.05.76; опубл. 25.09.77, Бюл. №35.

66. Чугун : A.c. №719158 ССССР: М. Кл.2 С22С 37/10.-№2594419/22-02; заявл. 13.02.78 (непубликуемое).

67. Способ получения легированного чугуна с вермикулярным графитом: A.c. №829681 СССР: М.кл.3 С21С 1/08.-№2458207/22-02; заявл. 07.01.77; опубл. 15.05.81, Бюл. №18.

68. Способ получения высокопрочного чугуна: A.c. №1399349 AI :— №3972199/23-02; заявл. 01.11.85; опубл. 30.05.88, Бюл. №20.

69. Модификатор чугуна: A.c. №1458412 AI:- №4072761/23-02; заявл. 30.05.85; опубл. 15.02.89, Бюл. №6.

70. Состав огнеупорной массы для ремонта изложниц и поддонов к ним: A.c. №1616764 AI. Бюл. №48, 1990.

71. Форма для отливки изложниц: A.c. №1678515. Бюл. №35. 1991.

72. Устройство для отливки слитков: A.c. №1785782. Бюл. №1. 1993.

73. Износостойкий чугун. Патент РФ №2234553. 2004.

74. Литейная форма. Патент РФ №2284245. 2006.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлены закономерности кристаллизации и особенности формирования литой структуры высокопрочных чугунов в зависимости от продолжительности затвердевания отливок, в том числе в толстостенных и крупнотоннажных литых изделиях. При этом показано, что по мере увеличения толщины стенки отливки микроструктура чугуна изменяется в направлении укрупнения включений графита, ухудшения формы шаровидного графита и уменьшения его доли в чугуне с вермикулярным графитом, а в центральных частях массивных отливок с наибольшей продолжительностью затвердевания наряду с отдельными крупными включениями компактного (или «вырожденного») шаровидного и колониями типичного вермикулярного графита извилистой формы (ВГф2) формируются весьма протяженные колонии тонкодиференцированной эвтектики с вермикулярным графитом междендритного распределения (ВГр4), а также изолированные колонии такого графита (ВГр5) или по иностранной терминологии "СЬипку"-графита.

2. Результатами сравнительных металлографических исследований установлено, что в тонкодиференцированной эвтектике мелкие включения графита имеют одинаковую морфологию на поверхности шлифа с вермикулярными включениями типичных колоний вермикулярного графита, но формируются на более поздних этапах затвердевания расплава, отличающихся химическим составом, температурой кристаллизации и степенью переохлаждения. При этом наблюдаемое сильное измельчение включений «междендритного» и особенно "С1шпку"-графита является результатом эвтектической кристаллизации последних переохлажденных микрообъемов расплава, обогащенных за счет ликвации примесными и десфероидирующими графит элементами.

3. Установлены закономерности снижения прочностных свойств высокопрочных чугунов по мере увеличения толщины стенки отливки. При этом чугун с вермикулярным графитом, полученный обработкой исходного расплава редкоземельными металлами (РЗМ), даже в очень крупных отливках с толщиной стенки до 450мм сохраняет достаточно высокую прочность (ав >300 МПа), позволяющую успешно использовать его для изготовления крупных базовых деталей машин и оборудования в различных отраслях машиностроения.

4. Впервые в мировой практике исследованы параметры и разработана технология, обеспечивающая надежное получение перлитной матрицы чугуна с вермикулярным графитом в литом состоянии.

5. На основе результатов исследований и современных представлений о процессах кристаллизации эвтектических сплавов предложена гипотеза механизма формирования литой структуры высокопрочных чугунов, включающего два основных экспериментально установленных положения: форма кристаллизующегося графита при затвердевании чугуна определяется физико-химическими свойствами расплава; - тип металлической основы, при прочих равных условиях, определяется главным образом количеством вводимого кремния при графитизирующем модифицировании и степенью ликвации кремния в аустените.

6. Определены зависимости изменения механических свойств чугунов с вермикулярным графитом с повышением температуры в интервале 300.500°С и эксплуатационные характеристики при работе в условиях высоких динамических и механических нагрузок, переменных температур, вибрации, трения и износа, позволяющие значительно расширить рекомендуемые области применения этих чугунов в металлургии и машиностроении.

7. Созданы, защищены авторскими свидетельствами и патентами и внедрены новые эффективные промышленные технологии производства из высокопрочных чугунов конкурентоспособных отливок различного назначения с высоким уровнем механических и служебных характеристик, обеспечивающих требуемую надежность и долговечность деталей в эксплуатации, в том числе:

- крупногабаритной кокильной и металлургической оснастки с повышенной в 1,5 раза эксплуатационной стойкостью;

- корпусных отливок и деталей цилиндро-поршневой группы мощных (600.6000 л.с.) дизельных двигателей для маневровых и магистральных тепловозов и большегрузных самосвалов;

- сортовых прокатных валков с отбеленным рабочим слоем с повышенной в 1,5.3,0 раза эксплуатационной стойкостью;

- холодильных плит доменных печей с высокой охлаждающей способностью и сроком службы до 15 лет.

8. Новые технологии полностью отвечают требованиям техники безопасности и промышленной санитарии литейных цехов и обеспечивают экологическую безопасность производства литья.

9. На основании результатов исследований физико-механических и эксплуатационных свойств чугунов с вермикулярной формой графита разработан Государственный стандарт «Чугун с вермикулярным графитом для отливок. Марки» ГОСТ 28394-89.

10. Совокупный экономический эффект от внедрения в производство разработанных новых технологий изготовления ответственных отливок из высокопрочных чугунов взамен чугунов с пластинчатым графитом за счет экономии легирующих элементов, повышения надежности и увеличения срока службы изделий в сопоставимых ценах составляет не менее 5 млн. рублей в год.

11. Полученные в работе результаты экспериментальных исследований представляют научный и практический интерес как при создании новых марок чугунов, так и инновационных технологий изготовления чугунных отливок с высоким уровнем потребительских свойств, в том числе крупнотоннажных литых изделий ответственного назначения.