Разработка дифференцированных режимов охлаждения для производства тонкостенных отливок из серого чугуна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат наук Белов Артем Алексеевич

• Белов Артем Алексеевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Белов Артем Алексеевич

Введение

Глава 1 Формирование структуры чугуна и методы воздействия на структуру и механические свойства отливок из серого чугуна

1.1 Основные представления о затвердевании железоуглеродистых сплавов

1.2 Методы воздействия на структуру и механические свойства отливок из серого чугуна

1.3 Влияние скорости охлаждения отливок из серого чугуна на структуру и механические свойства

Выводы по главе

Глава 2 Методика проведения исследований

2.1 Общая методика исследования

2.2 Частные методики исследований

2.2.1 Дифференциальный термический анализ экзотермических углеродосодержащих добавок

2.2.2 Исследование газотворности экзотермических углеродосодержащих добавок

2.2.3 Метод определения влажности экспериментальных формовочных смесей

2.2.4 Исследование газопроницаемости экспериментальных формовочных смесей

2.2.5 Оснастка для получения отливок при дифференцированном охлаждении

2.2.6 Плавка металла и контроль температуры

2.2.7 Определение химического состава исследуемых отливок

2.2.8 Приготовление шлифов

2.2.9 Металлографические исследования

2.2.10 Механические испытания образцов

Выводы по главе

Глава 3 Исследование экзотермических углеродосодержащих добавок, используемых в формовочных смесях

3.1 Термогравиметрические исследования экзотермических углеродосодержащих добавок

3.2 Дифференциально-термический анализ экзотермических углеродосодержащих добавок

3.3 Исследование газотворности экзотермических углеродосодержащих добавок

3.4 Определение газопроницаемости опытных смесей

Выводы по главе

Глава 4 Разработка экспериментальной литейной оснастки для получения отливок при дифференцированных режимах охлаждения

4.1 Требования к экспериментальной литейной оснастке

4.2 Разработка, проектирование и изготовление экспериментальной оснастки для получения экспериментальной и контрольной отливок в одной литейной форме

Выводы по главе

Глава 5 Исследование влияния дифференцированных режимов на структуру и механические свойства чугунных отливок

5.1 Исследование влияния замедления скорости эвтектического превращения на структуру и свойства отливок из серого чугуна

5.2 Исследование влияния дифференцированного охлаждения в интервалах дендритной кристаллизации и эвтектического превращения на структуру и свойства отливок из серого чугуна

5.3 Влияние дифференцированного охлаждения в интервалах дендритной кристаллизации, эвтектического и эвтектоидного превращений

на структуру и свойства отливок из серого чугуна

Выводы по главе

Глава 6 Опробование применения дифференцированных режимов

охлаждения отливок из серого чугуна в производственных условиях

Выводы по главе

Заключение

Список используемых источников

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка дифференцированных режимов охлаждения для производства тонкостенных отливок из серого чугуна»

Введение

Актуальность и степень разработанности темы исследования

На сегодняшний день проблема получения чугунных отливок с высокими механическими и служебными свойствами является одной из приоритетных задач при производстве деталей ответственного назначения, таких как блоки и головки цилиндров, картеров, лопаток смесителей, а также подобных им, с преобладающей толщиной стенки от 5 до 15 мм. При этом особый интерес представляет повышение предела прочности чугуна без введения дополнительных дорогостоящих легирующих и модифицирующих добавок. Одним из перспективных направлений является управление процессом затвердевания отливок в литейной форме, так как именно этим определяется получение необходимой структуры чугунных отливок заданного химического состава. Чугун при кристаллизации и дальнейшем охлаждении имеет несколько структурно -чувствительных интервалов, таких как эвтектическое и эвтектоидное превращения. Известно, что в зависимости от скорости охлаждения чугун может затвердевать как по стабильной (Ре-С) системе с образованием аустенито-графитной эвтектики, так и метастабильной (Бе-Ре3С) системе с образованием ледебуритной эвтектики, или одновременно по обеим. Поэтому в данной работе было решено воздействовать на структуру и свойства отливок из серого чугуна в структурно-чувствительных интервалах кристаллизации и дальнейшего охлаждения. При этом для формирования более прочного дисперсного армирующего каркаса чугуна из дендритов первичного аустенита необходимо было увеличивать скорость охлаждения в интервале дендритной кристаллизации, для исключения образования ледебурита в структуре чугуна в интервале эвтектического превращения следовало, напротив, замедлять протекание процесса затвердевания, а в доэвтектоидном и эвтектоидном интервалах температур, снова увеличивать скорость охлаждения для получения дисперсного сорбитообразного перлита. Такое разнонаправленное изменение скорости охлаждения должно

привести к улучшению структуры и увеличению прочностных свойств чугунных отливок.

На данный момент хорошо изучено влияние однонаправленного изменения скорости охлаждения на структуру и механические свойства чугуна. Однако, применение только увеличения скорости охлаждения приводит к увеличению прочности чугуна, но вместе с тем и к отбелу тонкостенных отливок, а применение только замедленного охлаждения приводит к формированию легкообрабатываемой ферритной структуры, но не решает задачу повышения прочности чугуна. Это, например, работы российских ученых Н.Г. Гиршовича, В.А. Ильинского, Г.Ф. Баландина, Б.В. Рабиновича, Б.В. Бабушкина, И.О. Леушина, В.А. Коровина, В.Н. Гущина, зарубежных ученых Е. Пивоварского, К.И. Ващенко, В.С. Дорошенко, M. Gorny, E. Fras, X. Mingguo, Z. Changan, I. Riposan и др.

В связи с этим многие машиностроительные предприятия применяют дорогостоящие легирование и модифицирование, как гарантированный способ получения нужной структуры и повышения механических свойств чугуна.

Поэтому проблема получения высококачественных отливок из серого чугуна с применением ресурсосберегающих технологий является одной из приоритетных задач литейного производства, для достижения которой предложены методы разнонаправленного воздействия на металл в процессе кристаллизации и дальнейшего охлаждения.

Цель исследования - повышение механических свойств и улучшение структуры отливок из серого чугуна без введения дополнительных легирующих и модифицирующих добавок за счет дифференцированного (трехкратного разнонаправленного) охлаждения отливок в песчано-глинистой литейной форме.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- установление возможности изменения структуры и свойств доэвтектического чугуна при разнонаправленном (дифференцированном) изменении скорости затвердевания отливок в структурно-чувствительных интервалах кристаллизации;

- разработка составов формовочных смесей для возможности дифференцированного термокинетического воздействия на металл в процессе охлаждения в структурно чувствительных интервалах кристаллизации;

- разработка и изготовление экспериментальной литейной оснастки для получения отливок при дифференцированных режимах охлаждения;

- разработка технологического процесса литья с дифференцированным охлаждением затвердевающего металла;

- проведение комплексных исследований структуры и механических свойств полученного опытного и контрольного металла чугунных отливок;

- проведение промышленных испытаний разработанного технологического процесса литья с регулируемым охлаждением чугунной отливки.

Объект исследования - тонкостенные отливки из серого чугуна.

Предмет исследования - структурные изменения серого чугуна в условиях дифференцированного изменения скорости охлаждения.

Научная новизна работы:

- впервые установлено, что при дифференцированном (трехкратном разнонаправленном) изменении скорости охлаждения отливок из серого чугуна в структурно-чувствительных интервалах кристаллизации и дальнейшего охлаждения без применения модифицирования и легирования происходит:

• при первом изменении - повышении скорости охлаждения за счет продувки формы в интервале дендритной кристаллизации первичного аустенита с 43 до 81 °С/с - увеличение дисперсности дендритных ветвей, выраженное через расстояние между ветвями второго порядка, с 34 до 25 мкм и увеличение объемной доли дендритов первичного аустенита с 56 до 65 %;

• при втором изменении - замедлении скорости охлаждения литейной формы в интервале эвтектического превращения за счет деструкции (выгорания) органической добавки облицовочной формовочной смеси - изменение температуры эвтектического превращения с 1140 до 1153 °С с образованием аустенито-графитной эвтектики;

• при третьем изменении - повышении скорости охлаждения в интервале доэвтектоидного (образования структурно-свободного феррита) и эвтектоидного превращения от 28 до 37 °С/мин - увеличение дисперсности перлита от 1,3 - 1,6 до 0,3 - 0,8 мкм;

- показано, что путем трехкратного изменения скорости охлаждения в структурно-чувствительных интервалах кристаллизации и дальнейшего охлаждения серого чугуна повышаются механические свойства: временное сопротивление на разрыв на 72 %, твердость на 36 %, относительное удлинение на 10 % и ударная вязкость на 52 % без введения в состав чугуна модифицирующих и легирующих элементов.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- разработан дифференцированный режим охлаждения чугунных отливок в песчано-глинистой литейной форме, заключающийся в двукратной продувке формы сжатым воздухом в интервалах дендритной кристаллизации, доперлитного и перлитного превращения, и замедлении скорости охлаждения в интервале эвтектического превращения, за счет деструкции экзотермической углеродосодержащей добавки;

- разработана новая экспериментальная литейная оснастка для получения отливок при дифференцированном охлаждении, позволяющая оказывать разнонаправленное воздействие на скорость охлаждения чугуна при изначально одинаковых условиях заливки, отличающаяся тем, что кристаллизация и последующее охлаждение каждой из отливок происходит в индивидуальных, независимых друг от друга условиях в одной и той же литейной форме;

- выполнено опытно-промышленное опробование разработанного способа повышения механических свойств отливок из серого чугуна путем дифференцированного режима охлаждения в песчано-глинистой литейной форме.

Методология и методы исследования

Экспериментальная часть работы выполнена с применением методов термогравиметрического, дифференциально-термического анализа, определения

газотворности экзотермических углеродосодержащих добавок, газопроницаемости опытных смесей, металлографического анализа, определения механических свойств серого чугуна. Обработка полученных результатов осуществлялась с помощью специализированных пакетов прикладных программ.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты сравнительного анализа экзотермических углеродосодержащих добавок (термогравиметрические исследования, дифференциально-термический анализ, газотворность, газопроницаемость смеси), используемых для замедления скорости охлаждения чугунных отливок в песчано-глинистой литейной форме;

- процесс дифференцированного изменения скорости охлаждения тонкостенной отливки из серого чугуна в трех структурно-чувствительных интервалах кристаллизации: дендритная кристаллизация, эвтектическое превращение, доэвтектоидное и эвтектоидное превращение;

- экспериментальные данные по влиянию дифференцированных режимов охлаждения чугунных отливок на их структуру и механические свойства;

- экспериментальная литейная оснастка для дифференцированного охлаждения чугунных отливок в интервалах кристаллизации и последующего охлаждения;

- результаты промышленного опробования применения дифференцированных режимов охлаждения для повышения прочностных свойств и устранения отбела в тонкостенных отливках из серого чугуна.

Личный вклад автора

В диссертационную работу вошли результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором лично или в соавторстве, согласно публикациям, ссылки на которые приведены в тексте диссертации.

Автором выполнены:

- информационно-аналитический обзор по теме диссертации;

- выбор цели и постановка задач исследования;

- выполнение теоретических выкладок и экспериментальной части исследований;

- сравнительный анализ экзотермических углеродосодержащих добавок, используемых в литейном производстве и выбор необходимой для замедления скорости охлаждения чугуна в интервале эвтектического превращения;

- разработка оснастки для получения отливок при дифференцированных режимах охлаждения;

- разработка дифференцированных режимов охлаждения отливок из серого чугуна в экспериментальной литейной оснастке.

Автор принимал личное участие в промышленном опробовании результатов исследования.

Автор выражает благодарность за помощь в подготовке работы доценту кафедры «Машины и технология литейного производства» Волгоградского государственного технического университета, кандидату технических наук Наталье Ильиничне Габельченко.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов обеспечена применением современных методов исследования, использованием высокоточного оборудования при проведении экспериментов, а также совпадением поученных научных результатов с промышленными испытаниями. Работа выполнялась в период с 2016 по 2020 гг. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на IX международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии», Москва, 2017 г.; на IX международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в машиностроении: от проектирования к производству конкурентоспособной продукции (ТМ-2017)», Волгоград, 2017 г.; на международной научно-технической конференции «Пром-Инженеринг», Волгоград, 2019 г.; на XXIV региональной конференции молодых учёных Волгоградской области, Волгоград, в 2019 г.; на XXXI международной инновационно-ориентированной конференции молодых учёных и студентов МИКМУС-2019, Москва, 2019 г. Получен грант на выполнение НИР по программе стратегического развития ВолгГТУ, 2019 г. (Приложение 1).

Соответствие паспорту научной специальности

Диссертация соответствует следующим пунктам научной специальности 05.16.04 - Литейное производство:

- исследование влияния обычных, наномодифицирующих, электрических, магнитных, механических и других видов обработки на свойства расплавов, отливок и литейных форм;

- исследование процессов формирования свойств литейных сплавов и формовочных смесей.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в российских периодических рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ и 4 статьи в изданиях, входящих в базу данных Scopus. По результатам работы получен патент на полезную модель (№ 200131 РФ) (Приложение 2) и положительное решение о выдаче патента на изобретение (Приложение 3).

Объем и структура диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, 4 приложений. Содержит 150 страниц машинописного текста, 71 рисунок, 12 таблиц, список литературы состоит из 173 источников. В приложениях представлена копия промышленного опробования разработки в условиях действующего производства (Приложение 4).

Глава 1 Формирование структуры чугуна и методы воздействия на структуру и механические свойства отливок из серого чугуна

Среди конструкционных материалов, используемых в машиностроении, важное место по-прежнему принадлежит железоуглеродистым сплавам, повышение качественных характеристик которых, является актуальной задачей литейного производства. Существующие методы решения данной проблемы с применением легирования и совершенствования технологии выплавки металла уже во многом исчерпали возможности все более возрастающих требований к прочностным свойствам, а использование новых подходов для улучшения качественных характеристик сталей и чугунов сдерживается недостаточной изученностью процессов кристаллизации, формирования структуры и свойств в период затвердевания.

Обычная кристаллизация низкоуглеродистых и низкокремнистых чугунов не обеспечивает в отливках получение стабильно высоких свойств и сопровождается появлением отбела. Высокие механические свойства в таких чугунах получают за счет модифицирования расплава, в основном ферросилицием или силикокальцием. Для деталей, работающих при повышенных температурах, как правило применяют легированные серые чугуны, которые дополнительно содержат хром, никель, молибден и алюминий [1-17].

Вместе с тем, серый чугун представляет собой конструкционный материал чрезвычайно чувствительный к термокинетическим условиям кристаллизации и охлаждения [5-9]. Происходящие в нем, в зависимости от скорости охлаждения, изменения свойств в общем случае могут быть сопоставимы с применения легирующих добавок.

На увеличение скорости охлаждения в температурном интервале затвердевания чугун реагирует повышениям дисперсности эвтектических ячеек, уменьшением общего количества эвтектической составляющей и увеличением количества дендритных кристаллов первичного аустенита. При больших

скоростях охлаждения эвтектика серого чугуна, т.е. аустенитно-графитная, может стать метастабильной, аустенитно-цементитной (ледебурит) [1-10]. В этом случае чугун из серого становится белым и, следовательно, его свойства меняются качественно. Замедление или ускорение охлаждения чугунной отливки в интервале температур перекристаллизации неизбежно отражается на соотношении в структуре металлической основы перлита и феррита. При повышенных скоростях охлаждения, свойственных тонкостенным отливкам, в структуре увеличивается количество перлита и повышается его дисперсность. При замедлении скорости охлаждения возрастает количество феррита, а перлит становится вначале среднепластинчатым, а затем и грубопластинчатым, существенно утрачивая свою твердость и прочность [5-9].

Таким образом, формирование структуры серого чугуна происходит в нескольких структурно-чувствительных интервалах температур, каждый из которых требует индивидуальной скорости охлаждения для достижения лучшего комплекса прочностных и технологических свойств отливок.

На практике же для достижения требуемых результатов широко используется однонаправленное изменение скорости охлаждения металла отливки [18-27]. В случае увеличения скорости охлаждения возрастает дисперсность структуры и, как следствие, прочность металла, однако велика вероятность получения цементитной эвтектики, приводящей к отбелу. Снижение скорости охлаждения в эвтектическом интервале позволяет гарантировано получить отливки из серого чугуна с образованием графитной эвтектики. Однако влияние скорости охлаждения в локальных интервалах кристаллизации чугуна совсем неоднозначно и принципиально по-разному влияет на формирование структуры с комплексом повышенных прочностных характеристик чугуна. Дифференцируемые режимы охлаждения отливок в этих структурно-чувствительных интервалах, исключающие однонаправленность термокинетических воздействий на металл, могут решить проблему оптимизации структуры и повышения качества чугунных отливок.

1.1 Основные представления о затвердевании железо-углеродистых сплавов

Структура и свойства литых изделий зависит не только от химического состава жидкого металла, технологии его выплавки, но и от условий кристаллизации и дальнейшего затвердевания в литейной форме. Скорость охлаждения в данных интервалах существенно влияет на повышение или, напротив, на снижение качества получаемого металла.

Колоссальный вклад в изучение процессов кристаллизации и затвердевания железоуглеродистых сплавов внесли такие исследователи как П.П. Аносов, Г.Ф. Баландин, А.А. Бочвар, А.А. Жуков, Ильинский В.А., Н.С. Курнаков А.С. Лавров, Д.К. Чернов и др. [28-32]. Труды академиков А.А. Байкова и Н.Т. Гудцова, посвященные изучению формирования структуры и свойств затвердевшего металла дали огромный толчок развитию теории кристаллизации [33-36].

В реальных сплавах, применяемых в производстве дендриты являются универсальной формой кристаллов, рассмотрению природы которых посвящены многочисленные работы известных ученых. Современные представления о структуре жидких сплавов основываются на теории Френкеля Я. И. об идентичности сил связи и соответствии координации частиц в твердой и жидкой фазах вблизи температуры ликвидуса, которая экспериментально подтверждена работами Данилова В. И. и Швидковского Е. Г. [37-40].

В соответствии с теорией фазовых превращений кристаллизация сплава возможна, когда молярная свободная энергия твердой фазы ниже, чем у жидкой, т.е. когда температура расплава становится ниже температуры ликвидуса [40]. При дальнейшем образовании кристаллов, образовавшаяся поверхность раздела между жидкой и твердой фазами увеличивает свободную энергию системы на величину, пропорциональную площади образованной поверхности и силе поверхностного натяжения. Поэтому, для начала процесса кристаллизации необходимым условием является обязательное переохлаждение сплава

относительно температуры ликвидуса, которое будет достаточно для компенсации поверхностной энергии растущего кристалла. В работе Турнбалла и Чеха показано, что величина переохлаждения расплава может изменяться в достаточно широких пределах [41]. Реальные переохлаждения, наблюдаемые в сплавах, применяемых в промышленности всегда меньше. Переохлаждение стали относительно ликвидуса, по данным [42], не превышает 5 °С. По мнению Байкова А. А., Бочвара А. А., Гудцова Н. Т., Окнова М. Г. и других исследователей в реальных сплавах всегда присутствуют неметаллические включения, которые при достаточном переохлаждении способны стать центрами кристаллизации, таким образом происходит гетерогенное зарождение.

При формировании первичной структуры из дендритного кристалла получается полиэдрический монокристалл, внутри которого нет высокоугловых границ, хотя и возможна некоторая разориентировка блоков (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Схематические изображения дендритного строения кристаллитов, сделанные Д.К. Черновым [31]

Этот известный факт предполагает реализацию 2-х различных механизмов роста твердой фазы при неравновесной кристаллизации сплавов. После полного затвердевания сплава сформировавшиеся кристаллиты могут претерпевать рекристаллизацию, собирательную или выраженную в спрямлении границ зерен. Если сплав претерпевает фазовые превращения, то вновь образующиеся зерна, конечно же, не копируют исходную структуру и, соответственно зеренная структура не обязательно согласуется с дендритной. Из анализа, выполненного в

работе [31] следует, что степень несоответствия дендритной и зеренной структур зависит от условий охлаждения и химического состава стали.

Отличие дендритной кристаллизации чугунов от сталей заключается в стадии ее завершении. Она завершается не в момент взаимной блокировки всех дендритных ветвей, как это происходит в сталях, а несколько раньше - при достижении жидкой фазой эвтектического состава. Чем больше степень эвтектичности чугуна, тем меньше в его структуре будет доля дендритных ветвей относительно эвтектики. Большинством исследователей совершенно не учитывается тот факт, что степень эвтектичности в равновесных и реальных неравновесных системах кардинально отличается. В реальных сплавах количество эвтектики всегда меньше чем количество дендритов. Изменение доли дендритов и эвтектики в структуре железоуглеродистых сплавов зависит не только от химического состава, но и от скорости охлаждения в интервале дендритной кристаллизации и последующего затвердевания. Это учитывают лишь в некоторых структурных диаграммах охлаждения, а чаще и вовсе не рассматривают, хотя это тоже характеризует свойства чугуна. Дендритная кристаллизация большинства промышленных сплавов полностью завершается, примерно, в первой трети интервала температур ликвидуса - солидуса, т.е. при наличии количества жидкой фазы [43, 44].

Исследования [45], выявили четко выраженное отличие кривых охлаждения у сталей и чугунов (рисунок 1.2). У всех исследуемых сталей, независимо от содержания углерода, кривые охлаждения всегда имели положительную кривизну, сопровождаемую тепловыми эффектами (рисунок 1.2а) со сравнительно низкой скоростью протекания кристаллизации дендритов первичного аустенита и напротив, высокой скоростью затвердевания междендритной жидкости.

а б

1- кривые охлаждения, Т(т); кривые кристаллизации, ёТМт(т) Рисунок 1.2 - Кривые ДТА кристаллизации стальных (а) и чугунных (б) проб 036 мм [45]

Кривые охлаждения чугунов (рисунок 1.2 б) в отличие от сталей имели отрицательную кривизну и сравнительно большую скорость кристаллизации дендритов первичного аустенита. Использование программно-аппаратного комплекса «Кристалдиграф» позволило на графики кривых охлаждения исследуемых чугунов и сталей нанести интервалы: интервалы затвердевания ликвидус - солидус (ДТь-б), дендритного роста (ДТд), затвердевания междендритной жидкости (ДТмж) и дендритного «огрубления» (ДТогр) для сталей, а в случае чугунов - затвердевания эвтектики (ДТэвт) [45].

Объяснить полученную разницу между кривыми охлаждения чугунов и сталей их разницей в теплофизических характеристиках не представляется возможным, так как при сопоставлении по справочным данным [46] видно, что значение средней теплоемкости жидкого чугуна - 0,23 ккал/кг°С (при переводе единиц измерения в СИ - 0,962 кДж/кгК), теплопроводность - 14 ккал/мг°С (при переводе единиц измерения в СИ - 16,282 Вт/мК) выше, чем у стали -0,19 ккал/кг°С (при переводе единиц измерения в СИ - 0,795 кДж/кг К) и 10,8 ккал/мг°С (при переводе единиц измерения в СИ - 12,560 Вт/мК), а теплота

кристаллизации чугуна - 55 ккал/кг (при переводе единиц измерения в СИ -230,274 кДж/кг) ниже, чем стали - 65 ккал/кг (при переводе единиц измерения в СИ - 272,142 кДж/кг). Это говорит о том, что качественные отличия кривых охлаждения чугунов и сталей существуют вне связи с теплофизическими свойствами этих сплавов. Скорость охлаждения чугуна должна быть выше на протяжении всего интервала ликвидус - солидус, а на практике выходит, что только в интервале роста дендритов первичного аустенита. Так же эту теорию подтверждает факт увеличения скорости охлаждения в завершающей стадии кристаллизации стали (рисунок 1.2). Измерения скорости дендритной кристаллизации опытных сталей (диаметр образца - 36 мм) с использованием дифференциально-термического анализа показывают, что средняя скорость охлаждения в интервале дендритного роста первичного аустенита оказывается практически в два раза ниже чугуна. Различия же в дисперсности дендритов у сталей и чугунов при этом так велики (рисунок 1.3), что всего лишь двукратной разницы в скорости охлаждения было бы просто недостаточно для образования столь разных структур [45].

Рисунок 1.3 - Дисперсность дендритной структуры в стальных (а) и чугунных (б) образцах 036 мм, *20 [45]

При анализе утолщенных образцов (060мм) стали и чугуна характер кривых ДТА не претерпел качественных изменений, сохранив все отличительные признаки и кривых кристаллизации ёТМх(х) и кривых охлаждения Т(т). Исследование влияния изменения скорости охлаждения сталей и чугунов с использованием образцов диаметром - 60 мм показало, что оно привело к значительному снижению дисперсности структуры стали (рисунок 1.4 а), а дисперсность дендритной структуры (расстояние между ветвями второго порядка) чугуна практически не изменилась (снижение не более 10 %). Объемная доля дендритных ветвей первичного аустенита (1д) в структуре образца чугуна диаметром - 60 мм уменьшилась с 0,66 до 0,61 % (рисунок 1.4 б) [45].

а б

Рисунок 1.4 - Дисперсность дендритной структуры в образцах 0 60 мм

из стали (а) и чугуна (б), х20 [45]

Сравнение скорости дендритной кристаллизации чугунных образцов диаметром - 60 мм и стальных диаметром - 36 мм, показало, что они практически равны - около 0,7 °С/с. При таком сопоставлении было обнаружено, что обеспечение практически равной скорость охлаждения стальных и чугунных образцов не приводит к одинаковой дисперсности дендритов первичного аустенита (в чугунных образцах дисперсность выше). Это связано и находит свое объяснение в особенностях кристаллизации каждого сплава в отдельности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Белов Артем Алексеевич, 2021 год

Список используемых источников

1. Справочник по чугунному литью / А. А. Жуков [и др.] ; под ред. Н. Г. Гиршовича. - Ленинград : Машиностроение ; Ленингр. отд-ние, 1978. - 758 с.

2. Герек, А. Легированный чугун-конструкционный материал / А. Герек ; под ред. Ю. Н. Тарана. - Москва : Металлургия, 1978. - 207 с.

3. Высококачественные чугуны для отливок / В. С. Шумихин [и др.]; под ред. Н. Н. Александрова. - М. : Машиностроение, 1982. - 222 с.

4. Бобро, Ю. Г. Легированные чугуны / Ю. Г. Бобро. - Москва : Металлургия, 1976. - 287 с.

5. Гиршович, Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках / Н. Г. Гиршович. - Москва : Металлургия, 1979. - 562 с.

6. Чугун : справочник / А. Д. Шерман [и др.] ; под ред. А. Д. Шермана, А. А. Жукова. - Москва : Металлургия, 1991. - 574 с.

7. Бунин, К. П. Строение чугуна / К. П. Бунин, Ю. Н. Таран. - Москва: Металлургия, 1972. - 160 с.

8. Справочник литейщика : Чугунное литье / И. Н. Богачев [и др.] ; под ред. Н. Н. Рубцова. - Москва : Машгиз, 1961. - 774 с.

9. Stefan, E. Application of thermal analysis in solidification pattern control of La-inoculated grey cast irons / E. Stefan, I. Riposan, M. Chisamera // J. Therm. Anal. Calorim. - 2019. - № 138. - P. 2491-2503.

10. Ващенко, К. И., Модифицированный чугун / К. И. Ващенко. - Москва : Машгиз, 1946. - 229 с.

11. Плавка и выпечная обработка чугуна для отливок : учебное пособие / К. И. Ващенко, В. С. Шумихин. - Киев : Вища школа, 1992. - 246 с.

12. Ильинский, В.А. Регулируемое охлаждение чугунных отливок в форме / В.А. Ильинский, Л.В. Костылева // Литейное производство. - 1997. - N5. -C. 25.

13. Баландин, Г. Ф. Литьё тонкостенных крупногабаритных панельных деталей в сырые песчано-глинистые формы / Г. Ф. Баландин, Э. Ч. Гини, Е. А. Соколов, Ю. П. Яковлев // Литейное производство. - 1961 - №8. - С. 12.

14. Бабушкин, Б. В. Регулирование охлаждения в литейной форме / Б. В. Бабушкин, Б. В. Рабинович // Литейное производство. - 1962 - № 11. - С. 24-27.

15. Леушин, И. О. Наследственность и структурообразование в графитизированном чугуне / И. О. Леушин, И. В. Мазульников // Черные металлы.

- 2005 - № 3. - С. 16-21.

16. Коровин, В. А. Взаимосвязь процессов модифицирования и графитообразования в чугуне / В. А. Коровин, И. О. Леушин // Черные металлы. -2010 - № 7. - С. 30-32.

17. Модифицирование, рафинирование и дегазация расплавов чугунов при импульсном воздействии / В. Н. Гущин, В. А. Ульянов, Т. Д. Курилина, Г. А. Геворгян // Черные металлы. - 2018 - № 9. - С. 54-59.

18. Свойства чугуна после обработки его расплава шламом соляных закалочных баков / А. С. Романов, В. А. Коровин, И. О. Леушин, И. В. Гейко, П. А. Слузов, И. Е. Илларионов // Металлургия машиностроения. - 2016 - № 6. - С. 10-11.

19. Влияние модифицирования на структуру и свойства чугуна и стали для прокатных валков / В. А. Коровин, И. О. Леушин, Р. Н. Палавин, А. С. Киров // Литейщик России. - 2011 - № 7. - С. 15-17.

20. Зальцман, Э. С. Исследование структуры и свойств чугунных отливок в зависимости от условий охлаждения / Э. С. Зальцман, О. Ю. Коцюбинский, А. С. Олейников // Литейное производство. - 1975 - № 9. - С. 3-5.

21. Гиршович, Н. Г. Влияние продувки газами на структуру и свойства чугуна / Н. Г. Гиршович, Л. Р. Штейнбергс // Литейное производство. - 1966 - № 4. - С. 22-23.

22. Bockus, S. Utjecaj debljine stjenke i vremena zadrzavanja na grafitne paramétré pri proizvodnji zilavog lijeva / S. Bockus, G. Zaldarys // Metallurgy. - 2009.

- № 48 (1). - P. 19-22.

23. Cast iron / L. Sofroni, I. Riposan, V. Brabie, M. Chisamera // Editura Didactica si Pedagogica Publisher. - 1985. - P. 36-49.

24. Effect of Coating Layer of Sand Casting Mold in Thin-Walled Ductile Iron Casting: Reducing the Skin Effect Formation / B. Suharno, R. Ariobimo, D. Sambodo, D. Dhaneswara // International journal of metalcasting. - 2017. - № 11. - P. 1-8.

25. Characteristic of semi-solid cast iron fabricated by cooling plate / T. H. Kim, J.W. Kang, I.S. Ahn, S.G. Lim // World Foundry Congress. - 2008. - № 68. - P. 365-367.

26. Исследование режимов охлаждения чугунных отливок / Л. В. Костылева, В. А. Ильинский, Н. И. Габельченко, А. В. Пожарский, В. А. Гулевский // Литейное производство. - 1999. - № 2. - C. 9-11.

27. Application of Inclined Cooling Plate to Fabrication of SemiSolid Cast Iron / S. Shim, H. Seong, J. Jeong, S. Lim // Materials Science Forum-MATER SCI FORUM. - 2007. - № 544-545. - P. 195-198.

28. Бочвар, А. А. Исследование механизма и кинетики кристаллизации сплавов эвтектического типа / А. А. Бочвар. - Москва : ОНТИ, 1935. - 82 с.

29. Баландин, Г. Ф. Формирование кристаллического строения отливки / Г. Ф. Баландин. - Москва : Машиностроение, 1973. - 288 с.

30. Аносов, П. П. Собрание сочинений / П. П. Аносов; под ред. А. М. Самарина. -Москва : АН СССР, 1954. - 212 с.

31. Новое в теории графитизации. Связь между первичной и вторичной кристаллизацией графитизирующихся железоуглеродистых сплавов / В.А. Ильинский, А.А. Жуков, Л.В. Костылева, Э.В. Абдуллаев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1988. - N10. - C. 10-16.

32. Введение в физико-химический анализ : учеб. пособие / Н. С. Курнаков [и др.] ; под ред. В. Я. Аносова, М. А. Клочко. - Москва : Изд-во АН СССР, 1940. - 564 с.

33. Байков, А. А. Собрание трудов / А. А. Байков ; под ред. И. П. Бардин. - Ленинград : Изд-во АН СССР, 1948-1952. - Т. 5. - 271 с.

34. Байков, А. А. Избранные труды / А. А. Байков. - Москва : Металлургиздат, 1961. - 328 с.

35. Гудцов, Н. Т. К вопросу об улучшении строения стального слитка / Н. Т. Гудцов // Труды научно-технического общества чёрной металлургии. - Москва, 1955. - Т. 5. - С. 4. 11.

36. Гудцов, Н. Т. Д. К. Чернов и наука о металлах / Н. Т. Гудцов. -Ленинград ; Москва : Металлургиздат, 1950. - 563 с.

37. Френкель, Я. И. Кинетическая теория жидкостей / Я. И. Френкель ; Акад. наук СССР. - Москва ; Ленинград : изд. и 2-я тип. Изд-ва Акад. наук СССР, 1945 (М.). - 424 с.

38. Данилов, В.И. Строение и кристаллизация жидкостей / В. И. Данилов. - Киев : АН. УССР, 1937.- 392 с.

39. Данилов, В.И. О наличии зародышей кристаллизации выше точки плавления и строение жидкостей / В.И. Данилов, Б.Е. Неймарк // Журнал экспериментально-технической физики. 1937-№7. - С. 1161.

40. Чалмерс, Б. Теория затвердевания / Б. Чалмерс. - Москва : Металлургия, 1968. - 288 с.

41. Turnbull, D. Microscopic Observation of the Solidification of Cu-Ni Alloy Droplets / D. Turnbull, R. Cech // Journal of Metals. - 1951. - № 3. - P. 242-243.

42. Хворинов, Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали / Н. И. Хворинов. - Москва : Машгиз, 1958. - 392 с.

43. Катаржин, А. И. Термокинетические особенности структурообразования в интервалах локальной кристаллизации стальных и чугунных отливок / Е. А. Суханова, Л. В. Костылева, В. А. Ильинский // Металлургия машиностроения. - 2003. - N 5. - C. 23-26.

44. Ильинский, В. А. Исследование сплавов, затвердевающих в режиме принудительного удаления междендритной жидкости / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2001. - N 4. - С. 31-34.

45. Исследование затвердевания сталей и сплавов / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, Е. А. Санталова // Литейное производство. -2000. - N 4. - C. 5-7.

46. Головин, С. Я. Краткий справочник литейщика / С. Я. Головин. -Ленинград ; Москва : Машгиз, 1960. - 375 с.

47. Леках, С. Н. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении / С. Н. Леках, Н. И Бестужев. - Минск : Наука и техника, 1992. -269 с.

48. Ершон, Г. С. Строение и свойства жидких и твердых металлов / Г. С. Ершон, В. А. Черняков. - Москва : Металлургия, 1978. - 248 с.

49. Архаров, В. И. Теория микролегирования сплавов / В. И. Архаров. -Москва : Машиностроение, 1975. - 61 с.

50. Поута, Дж. М. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / перев. с англ. Н. К. Мышкина [и др.] ; под ред. А. А. Углова. - Москва : Машиностроение, 1987. - 424 с.

51. Proskurovsky, D. I. Use of low-energy, high-current electron beams for surface treatment of materials / D. I. Proskurovsky, V. P. Rotshtein, G. E. Ozur // Surface and Coatings Technology. - 1997. - № 96. - P. 117-122.

52. Гольдштейн, Я. Е. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали / Я. Е. Гольдштейн, В. Г. Мизин. - Москва : Металлургия, 1986. - 272 с.

53. Шуб, Л. Г. О целесообразности модифицирования стального литья / Л. Г. Шуб, А. Ю. Ахмадеев // Сб. докладов ЛК №1 «Модифицирование как эффективный метод повышения качества чугунов и сталей». - Челябинск : Челябинский дом печати, 2006. - С. 15.

54. Гиршович, Н. Г. Чугунное литье: учеб. пособие для металлург. специальностей высш. учеб. заведений / Н. Г. Гиршович. - Москва : Металлургиздат, 1949. - 708 с.

55. Smil, V. Still the Iron Age / V. Smil. - Oxford : Butterworth-Heinemann, 2016. - 280 p.

56. Quintana, M. J. Solidification and Solid-State Transformations of Metals and Alloys / M. J. Quintana, J. A. Pero-Sanz. - Amsterdam : Elsevier, 2017. - 382 p.

57. Seetharaman, S. Treatise on Process Metallurgy, Vol. 3: Industrial Processes / S. Seetharaman. - Amsterdam : Elsevier, 2013. - 1810 p.

58. Campbell, J. Complete Casting Handbook / J. Campbell. - Oxford : Butterworth-Heinemann, 2011. - 1220 p.

59. Beeley, P. Foundry Technology / P. Beeley. - Oxford : ButterworthHeinemann, 2011. - 719 p.

60. Francis, L. Materials Processing / L. Francis. - Cambridge : Academic Press, 2015. - 614 p.

61. Glicksman, M. E. Principles of solidification, an introduction to modern casting and crystal growth concepts / M. E. Glicksman. - New York : Springer-verlag, 2010. - 520 p.

62. Thermal analysis control of in-mould and ladle inoculated grey cast irons / M. Chisamera, I. Riposan, S. Stan, E. Stefan, C. Costache // China Foundry. - 2009. -№ 6 (2) - P. 145-151.

63. Muumbo, A. Processing of Semi-Solid Gray Cast Iron Using the Cooling Plate Technique / A. Muumbo // Materials Transactions. - 2003. - № 44. - P. 893-900.

64. Mingguo, X. Bidirectional impact of undercooling on eutectic structural formation of hypoeutectic grey iron and its physical connotation / X. Mingguo, Z. Changan, Z. Jianxin // Materials Research Innovations. - 2015. - № 19. - P. 51575162.

65. Tadesse, A. Volume change during the solidification of grey cast iron: its relation with the microstructural variation, comparison between experimental and theoretical analysis / A. Tadesse // International Journal of Cast Metals Research. -2017. - № 30. - P. 159-170.

66. Gorny, M. Effect of Cooling Rate on Microstructure and Mechanical Properties of Thin-Walled Ductile Iron Castings / M. Gorny // Journal of Materials Engineering and Performance, January. - 2013. - № 22. - P. 300-305.

67. Mingguo, X. Effect on Solidification Structure of Hypoeutectic Grey Cast Iron by Vacuum Condition in Lost Foam Casting / X. Mingguo // International Conference on Manufacturing Science and Engineering. - 2015. - № 6. - P. 14961500.

68. Fras, E. Chilling Tendency and Chill of Cast Iron / E. Fras, M. Gorny // Tsinghua Science and Technology, April. - 2018. - № 13. - P. 177-183.

69. Fras, E. Eutectic Transformation in Ductile Cast Iron. Part I / E. Fras, M. Gorny, H. Lopez // Metallurgy and Foundry Engineering. - 2005. - № 31 (2). - P. 113116.

70. Fras, E. The Transition from Gray to White Cast Iron during Solidification: Part III. Thermal Analysis / E. Fras, M. Gorny // Metall and Mat Trans A. - 2005. - №3 6. - P. 3093-3101.

71. Tadesse, A. The effect of inoculation on the thermal expansion/contraction during solidification of gray cast iron / A. Tadesse, H. Fredriksson // Mater Sci Forum. - 2014. - № 790. - P. 447-451.

72. Experimental studies of gray cast iron solidification with Linear Variable Differential Transformer. Advances in the Science and Engineering of Casting Solidification / A. Tadesse, H. Fredriksson, L. Nastac, L. Baicheng, F. Hasse // MPMD Symposium Honoring Doru Michael Stefanescu. - 2015. - P. 305-312.

73. Stefanescu, D. The use of combined liquid displacement and cooling curve analysis in understanding the solidification of cast iron / D. Stefanescu, M. Moran, S. Boonmee // AFS Trans. - 2012. - № 120. - P. 365-374.

74. Alonso, G. Understanding graphite expansion during the eutectic solidification of cast iron through combined Linear Displacement and Thermal Analysis / G. Alonso, D. Stefanescu, R. Suarez // Int Foundry Res. - 2014. - № 66 (4). - P. 212.

75. Alonso, G. Kinetics of graphite expansion during eutectic solidification of cast iron / G. Alonso, D. Stefanescu, R. Suarez // Int J Cast Met Res. - 2014. - № 27 (2). - P. 87-100.

76. Nakae, H. Formation mechanism of chunky graphite and its preventive measures / H. Nakae, S. Jung, H. Shin // J Mater Sci Tec. - 2008. - № 24 (3). - P. 289295.

77. Influence of Si, Ce, Sb and Sn on chunky graphite formation / H. Nakae, M. Fukami, T. Kitazawa, Y. Zou // China Foundry. - 2010. - № 8 (1). - P. 96-100.

78. Svidro, P. On problems of volume change measurements in lamellar cast iron / P. Svidro, A. Dioszegi // Int J Cast Met Res. - 2013. - № 27. - P. 26-37.

79. Stefanescu, D. Computer simulation of shrinkage related defects in metal castings / D. Stefanescu // Int J Cast Met Res. - 2005. - № 18 (3). - P. 129-143.

80. Chisamera, M. Shrinkage evaluation in ductile iron as influenced by mould media and inoculant type / M. Chisamera, I. Riposan, S. Stan // Int J Cast Met Res. -2011. - № 24 (1). - P. 28-36.

81. Петроченко, Е. В. Анализ взаимосвязи химического состава, условий охлаждения при затвердевании с особенностями строения сплавов, окисленной поверхности и свойствами комплексно-легированных белых чугунов / Е. В Петроченко, О.С. Молочкова // Вестник МГТУ им. Н.Г.Носова. - 2011. - N 4. - С. 50-53.

82. Granat, K. The influence of microwave heating and water glass kind on the properties of molding sands / K. Granat, D. Nowak // Arch Foundry Eng. - 2008. - № 8 (1). - P. 119-122.

83. Fras, E. Eutectic cell and nodule count in cast iron Part II. Experimental verification / E. Fras, M. Gorny, H. Lopez // ISIJ Int. - 2007. - № 47 (2). - P. 269-276.

84. Пивоварский, Е. Высококачественный чугун / Е. Пивоварский ; перев. с нем. Е. К. Захарова [и др.] ; под ред. И. Н. Богачева, Б. Г. Лившица, 1965. - 650 с.

85. Fredriksson, H. Solidification and crystallization processing in metals and alloys / H. Fredriksson, U. Akerlind // Springer Series in Materials Science book series. SSMATERIALS. - 2012. - № 273. - P. 361-432.

86. Evaluating melt iron features by computer aided recognition of thermal analysis cooling curves. / Y.X. Li, X.R. Xu, Q. Wang, B.C. Liu // International Journal of Cast Metals Research. - 2003. - № 16. - P. 40-45.

87. Stefanescu, D. Thermal analysis - theory and applications in metalcasting / D. Stefanescu // IJMC. - 2015. - № 9 (1). - P. 7-22.

88. A rapid approach to estimate the mechanical properties of grey cast iron castings / P. Ferro, T. Borsato, F. Bonollo, S. Padovan // Acta Metallurgica Slovaca. -2018. - № 24 (3). - P. 213-222

89. Muhmond, H. Relationship between inoculants and the morphologies of MnS and graphite in gray cast iron / H. Muhmond, H. Fredriksson // Metall Mater Trans B. - 2012. - № 44. - P. 283-298.

90. Elmquist, L. Relation between SDAS and eutectic cell size in grey iron / L. Elmquist, A. Dioszegi // Int J Cast Met Res. - 2010. - № 23 (4). - P. 240-245.

91. Jabbari, M. Effect of cooling rate on microstructure and mechanical properties of gray cast iron / M. Jabbari, P. Davami, N. Varahram // Mater SciEng A. -2010. - № 528 (2). - P. 583-588.

92. Stefanescu, D. Science and engineering of casting solidification / D. Stefanescu. - New York : Springer. - 2015. - 533 p.

93. Dioszegi, A. Fracture Mechanics of Gray Cast Iron. / A. Dioszegi, V. Fourlakidis, I. Svensson // Materials Science Forum. - 2010. - № 649. - P. 517-522.

94. Mechanical and Fatigue Properties of Heavy Section Solution Strengthened Ferritic Ductile Iron Castings / T. Borsato, P. Ferro, F. Berto, C. Carollo // Advanced Engineering Materials. - 2016. - № 18 (12). - P. 2070 - 2075.

95. Дорошенко, В. С. Предпосылки создания базы данных на основе концепции «регулирование скорости охлаждения отливки в форме - структура металла - металлосберегающие конструкции отливок» / В. С. Дорошенко, В. О. Шинский, Е. В. Токовая // Металл и литье Украины. - 2017. - N 11-12. - C. 39-46.

96. Fatigue strength improvement of heavy-section pearlitic ductile iron castings by in-mould inoculation treatment / T. Borsato, P. Ferro, F. Berto, C. Carollo // Int. J. Fatigue. - 2017. - № 102. - P. 221-227.

97. Mechanical and fatigue properties of pearlitic ductile iron castings characterized by long solidification times / T. Borsato, P. Ferro, F. Berto, C. Carollo // Engineering Failure Analysis. - 2017. - № 79. - P. 902-912.

98. Fatigue properties of solution strengthened ferritic ductile cast irons in heavy section castings / T. Borsato, P. Ferro, F.Berto, C. Carollo // La Metallurgia Italiana. - 2017. - № 10. - P. 25-32.

99. Ferro, P. Fatigue properties of ductile cast iron containing chunky graphite / P. Ferro, P. Lazzarin, F. Berto // Materials Science and Engineering A. - 2012. - № 554. - P. 122-128.

100. Lan, P. Study on the mechanical behaviors of grey iron mould by simulation and experiment / P. Lan, J. Zhang // Materials and Design. - 2014. - № 53. -P. 822-829.

101. Olofsson, J. Casting and stress-strain simulations of a cast ductile iron component using microstructure based mechanical behavior / J. Olofsson, I. Svensson, // Iop Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2012. - № 33. - P. 8

102. Olofsson, J. Incorporating predicted local mechanical behaviour of cast components into finite element simulations / J. Olofsson, I. Svensson // Mater. Des. -2012. -№ 34. - P. 494-500.

103. Evaluation of the Mechanical Properties of Gray Cast Iron Using Electrical Resistivity Measurement / M. Bieronski, O. Krasa, M. Koza, D. Ksi^zek, R. Kus // Archives of Foundry Engineering. - 2016. -№16 (4). - P. 29-32.

104. Jabbari Behnam, M. Effect of cooling rate on microstructure and mechanical properties of gray cast iron / M. Jabbari Behnam, P. Davami, N. Varahram // Materials Science and Engineering A. - 2010. - № 528. - P. 583-588.

105. Qetinarslan, C. Study in the variation of mechanical properties of nodular cast iron depending upon section thickness / C. Qetinarslan, S. Karaman Genf // Materilal Science & Enginnering Technology. - 2014. - №45 (2). - P. 106-113.

106. Kumar, V. Simulation of Cooling Rate of Gray Cast Iron Casting in a Sand Mold and its Experimental Validation / V. Kumar, A. Kumar // Materials Science Forum. - 2012. - № 710. - P. 20-213.

107. Development Trend and Status of Lost Foam Casting Technology / Z. Fan, W. Jiang // China Foundry. - 2012. - № 6. - P. 583-591.

108. Shinsky, I. Efficiency of influence of a metal macroreinforcing phase on process of solidification of large-sized castings / I. Shinsky, I. Shalevska, J. Musbah // ТЕКА. Commission of motorization and energetics in agriculture. - 2015. - № 15 (2). -P. 51-58.

109. Shinsky, O. Principles of construction and identification of a multilevel system for monitoring parameters of technological cycle of casting / O. Shinsky, I. Shalevska // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2018. - № 1 (95). - P. 43-56.

110. Рабинович, Б. В. Экспериментальное исследование затвердевание отливок из белого чугуна и определение размеров боковых прибылей / Б. В. Рабинович // Затвердевание металлов. - 1958. - С. 428-445.

111. Митичев, И. В. Отливка тяжелых станочных деталей с принудительным воздушным охлаждением и пустотелыми оболочковыми стержнями / И. В. Митичев. - Москва : ЦБТИ. - 1956. - 22 с.

112. Хинчин, А. С. Исследование тепловых процессов, протекающих в отливке и литейной форме / А. С. Хинчин. - Москва : Центр. ин-т науч.-техн. информации. - 1959. - 46 с.

113. Дорошенко, В. С. Интенсификация теплообмена отливки с дисперсным наполнителем литейной формы при применении хладогента и вынужденной конвекции / В. С. Дорошенко, О. И. Шинский, В. П. Кравченко // Процессы литья. - 2009. - N 5. - С. 74-82.

114. Дорошенко, В. С. Регулирование охлаждения отливки в вакуумируемой форме фильтрацией хладагентов и движением частиц песка / В. С. Дорошенко // Литейное производство. - 2013. - N 10. - С. 32-37.

115. Шинский, О. И. Регулирование свойств литых конструкций интенсификацией теплообмена в литейной форме с газифицируемой моделью / О. И. Шинский, В. С. Дорошенко // Литейное производство. - 2017. - N 4. - С. 60-67.

116. Дорошенко, В. С. Технологические принципы создания скоростных процессов литья в вакуумируемые формы для роторно-конвейерных комплексов / В. С. Дорошенко, П. Б. Калюжный // Процессы литья. - 2018 - N 3 - С. 3-14.

117. Дорошенко, В. С. Интенсификация теплоотвода при охлаждении отливок в литейной форме с сыпучим наполнителем методом его псевдоожижения / В. С. Дорошенко, С. И. Клименко // Металл и литье Украины. -2016. - N 6. - С. 22-26.

118. Дорошенко, В. С. Структура исследований и технологических разработок по регулированию скорости охлаждения отливок и переход к конструированию легковесных отливок / В. С. Дорошенко // Металл и литье Украины. - 2016. - N 8-10. - С. 58-63.

119. Последние разработки Физико-технологического института металлов и сплавов НАН Украины в области литья по газифицируемым моделям / В. С. Дорошенко [и др.] // Литейное производство. - 2016. - N 11. - С. 34-39.

120. Марукович, Е. И. Повышение качества деталей из чугунов путем создания оптимальных условий формирования отливки / Е. И. Марукович, В. Ф. Бевза, В. П. Груша // Литейщик России. - 2017. - N 11. - С.6-12

121. Лукьяненко, И. В. Исследование технологических параметров процесса получения чугунных отливок для работы в условиях износа / И.В. Лукьяненко // Металл и литье Украины. - 2019. - N 3-4 (310-311). - С. 34-40.

122. Свободно распространяемый программный комплекс SIGMA_FW для моделирования гидродинамики и теплообмена / А. А. Дектерев, К. Ю. Литвинцев, А. А. Гаврилов [и др.] // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. - 2017. - N 10 (4). - С. 534-542.

123. Investigation of cooling conditions for iron castings / Л. В. Костылева, В. А. Ильинский, Н. И. Габельченко, А. В. Пожарский, В. А. Гулевский // Tuliao gongye [Paint & Coatings Industry]. - 1998. - N 28 (12). - C. 9-11.

124. Исследование режимов охлаждения чугунных отливок / Л. В. Костылева, В. А. Ильинский, Н. И. Габельченко, А. В. Пожарский, В. А. Гулевский // Литейное производство. - 1999. - N 2. - C. 9-11.

125. Гейгер, К. Литейное дело / К. Гейгер. - Ленинград : ОНТИ, 1934. -

106 с.

126. Способ получения высококачественных отливок из чугуна : заявка : 99109855/02 РФ : МПК В 22 D 27/04 / В. А. Ильинский, В. А. Гулевский, Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, А. В. Пожарский; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ. - № 99109855/02, заявл. 12.05.99 ; опубл. 03.09.93.

127. Смеси формовочные и стержневые. Метод определения газотворности : ГОСТ 23409.12-78. - Введ. 1980-01-01. - Москва : Изд-во стандартов, 1986. - 2 с.

128. Пески формовочные, смеси формовочные и стержневые. Метод определения влаги : ГОСТ 23409.5-78. - Взамен ГОСТ 2189-62; введ. 1980-01-01.

- Москва : Изд-во стандартов, 1986. - 2 с.

129. Пески формовочные, смеси формовочные и стержневые. Метод определения газопроницаемости : ГОСТ 23409.6-78 - Взамен ГОСТ 2189-62; введ. 1980-01-01. - Москва : Изд-во стандартов, 1985. - 5 с.

130. Чугун, сталь и сплавы. Метод отбора проб для определения химического состава : ГОСТ 7565-81. - Взамен ГОСТ 7565-73 ; введ. 1982-01-01.

- Москва : Стандартинформ, 2009. - 13 с.

131. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры : ГОСТ 3443-87. - Взамен ГОСТ 3443-77 ; введ. 1988-07-01. - Москва : Стандартинформ, 2005. - 42 с.

132. Металлы. Методы испытаний на растяжение : ГОСТ 1497-84. -Взамен ГОСТ 1497-73 ; введ. 1986-01-01. - Москва : Стандартинформ, 2008. -22 с.

133. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах : ГОСТ 9454-78. - Взамен ГОСТ 9454-60, ГОСТ 9455-60 и ГОСТ 9456-60 ; введ. 1979-01-01. - Москва : Издательство стандартов, 1994. - 10 с.

134. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю : ГОСТ 9012-59. -Введ. 1960-01-01. - Москва : Стандартинформ, 2007. - 39 с.

135. Дериватограф системы Ф. Паулик, И. Паулик и Л. Эрдей. Теоретические основы //ВОЗ. Будапешт, 1980. - 54 с.

136. Калориметрия. Теория и практика: Пер. с англ./ В. Хеммингер, Г. Хёне. - М.: Химия," 1990. -. Пер. изд.: ФРГ, 1984. - с. 176.

137. Берг, П. П. Формовочные материалы / П. П. Берг. - Москва : Машгиз, 1963. - 408 с.

138. Технология литейного производства: литье в песчаные формы : учебник для вузов / А. П. Трухов [и др.]. - Москва : Академия, 2005. - 524 с.

139. Кукуй, Д. М. Теория и технология литейного производства. В 2 ч. Ч. 1. Формовочные материалы и смеси : учебник / Д. М. Кукуй, В. А. Скворцов, Н. В. Андрианов. - Москва : ИНФРА-М, 2011. - 384 с.

140. Илларионов, И. Е. Формовочные материалы и смеси Ч. 1. / И.Е. Илларионов, Ю.П. Васин. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. гос. ун-т им. И. Н. Ульянова, 1992. - 223 с.

141. Дорошенко, С. П. Взаимодействие песчаной формы с отливкой : Учеб. пособие для спец. «Литейн. пр-во чер. и цв. Металлов» / С. П. Дорошенко. -М-во высш. и сред. спец. образования УССР, Учеб.-метод. каб. по высш. образованию, Киев. политехн. ин-т им. 50-летия Великой Окт. соц. революции. -Киев : УМКВО, 1991. - 75 с.

142. Медведев, Я. И. Газовые процессы в литейной форме / Я. И. Медведев. - М. : Машиностроение, 1980. - 197 с.

143. Воронин, Ю. Ф. Атлас литейных дефектов. Чёрные сплавы. Монография. / Ю.Ф.Воронин, В.А.Камаев // М.: Машиностроение - 1, 2005, - 328 с.

144. П. м. 200131 Российская Федерация, МПК B22C9/22, B22D27/04 Литейная оснастка для исследования затвердевания отливок / Н. И. Габельченко, Н. А. Кидалов, А. А. Белов, М. Д. Безмогорычный, А. П. Рыжко ; ФГБОУ ВО ВолгГТУ. - 2020.

145. Коваленко, В. С. Металлографические реактивы : справочник / В. С. Коваленко. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Металлургия, 1981. - 121 с.

146. Большаков, В. И. Атлас структур металлов и сплавов: учеб. пособие для ВУЗ / В. И. Большаков, Г. Д. Сухомлин, Н. Э. Погребная. - Днепропетровск : Gaudeamus, 2001. - 114 с.

147. Отходы нефтепереработки. Глина отработанная формовочная : ТУ 38.30112-83 ; введ. 1983-01-12.

148. Углерод технический для производства резины. Технические условия : ГОСТ 7885-86. - Взамен ГОСТ 7885-77 ; введ. 1988-01-01. - Москва : Издательство стандартов, 1997. - 16 с.

149. Мука древесная. Технические условия : ГОСТ 16361-87. - Взамен ГОСТ 16361-79 ; введ. 1989-01-01. - Москва : Издательство стандартов, 1988. - 11 с.

150. Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия : ГОСТ 10585-2013.

- Взамен ГОСТ 10585-99 ; введ. 2015-01-01. - Москва : Стандартинформ, 2014. -14 с.

151. Графит кристаллический литейный. Технические условия : ГОСТ 5279-74. - Взамен ГОСТ 5279-61 ; введ. 1976-01-01. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2003. - 5 с.

152. Кокс литейный каменноугольный производства ОАО «Москокс». Технические условия : ТУ 0761-028-00187852-2015. ; введ. 2010-01-01.

153. Пек каменноугольный электродный. Технические условия : ГОСТ 10200-83. - Взамен ГОСТ 10200-73 ; введ. 1985-01-01. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2002. - 10 с.

154. Коксы нефтяные прокаленные для алюминиевой промышленности : ТУ 38.1011341-90. - Взамен ТУ 38.401-66-46-89 ; введ. 1991-01-01. - 12 с.

155. Уголь древесный. Технические условия : ГОСТ 7657-84. - Взамен ГОСТ 7657-74 ; введ. 1986-01-01. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2002.

- 8 с.

156. Состав противопригарной эмульсии для литейного производства : заявка 4105547 СССР : МПК В 22 С 1/02 / М. И. Курилина, П. П. Ковалев, Ж. С. Кульба, Л. Ф. Зайцева, А. И. Мнухин; заявитель и патентообладатель:

Белорусский политехнический институт. - № 4105547; заявл. 22.05.86 ; опубл. 15.09.88. - Бюл. № 34.

157. An Introduction to Thermal Analysis Techniques H. K. D. H. Bhadeshia [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2002/thermal.analysis.html (дата обращения 21.02.2020).

158. Выбор экзотермических углеродосодержащих добавок, используемых для регулирования скорости охлаждения чугунных отливок / Н. А. Кидалов, Н. И. Габельченко, А. А. Белов, В. А. Савоськин, А. С. Кравченко // Известия ВолгГТУ. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. -Волгоград, 2019. - № 4 (227). - C. 92-95.

159. Selection of exothermic carbon-containing additives for regulating the cooling mode of iron castings / N. A. Kidalov, N. I. Gabelchenko, A. A. Belov, A. I. Savchenko // Chernye Metally. - 2020. - № 7. - P. 23-27.

160. Study of the effect of differentiated cooling modes on the structure and mechanical properties of gray cast iron / N. I. Gabelchenko, N. A. Kidalov, A. A. Belov, A. I. Savchenko, N. V. Grigoreva // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 747 : International Conference of Young Scientists and Students «Topical Problems of Mechanical Engineering» (Moscow, 4-6 Dec., 2019) / IMASH RAS. - [IOP Publishing Ltd], 2020. - 7 p.

161. Роль первичной структуры в формировании механических свойств стальных отливок / Н. И. Габельченко, А. А. Белов, А. И. Савченко, И. А. Чуваев // Известия ВолгГТУ. Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. - Волгоград, 2019. - № 4 (227). - C. 75-79.

162. Исследование влияния замедления скорости охлаждения в интервале эвтектического превращения на структуру и механические свойства отливок из серого чугуна / Н. И. Габельченко, Н. А. Кидалов, А. А. Белов, М. Д. Безмогорычный, А. И. Габельченко // Известия ВолгГТУ. Сер. Металлургия. -Волгоград, 2020. - № 7 (242). - C. 51-55.

163. Способ получения высококачественных отливок из серого чугуна / Н. И. Габельченко, Н. А. Кидалов, В. А. Гулевский, А. А. Белов ; патентообладатель

ФГБОУ ВО ВолгГТУ. - заявка № 2019142992 ; дата приоритета 23.12.2019 ; решение о выдаче патента на изобретение от 27.11.2020.

164. Gabelchenko, N. I. Production of High-Quality Castings from Gray Iron by Differentiated Cooling in Iron Mould / N. I. Gabelchenko, A. A. Belov, O. A. Meshcheryakova // Materials Science Forum. - 2019. - Vol. 973. - P. 15-20.

165. Габельченко, Н. И. Исследование локальных интервалов кристаллизации железоуглеродистых сплавов с помощью дифференциально-термического анализа / Н. И. Габельченко, Е. Ю. Карпова, А. А. Белов // Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2014 : сб. науч. тр. VI междунар. науч. конф. (Волгоград, 16-18 сент. 2014 г.) / ВолгГТУ [и др.]. -Волгоград, 2014. - C. 254-255.

166. Габельченко, Н. И. Повышение механических свойств отливок из серого чугуна путём дифференцированного охлаждения в литейной форме / Н. И. Габельченко, А. А. Белов, Н. А. Кидалов // Прогрессивные литейные технологии : тр. IX междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва , 13-17 нояб. 2017 г.) / МИСиС» [и др.]. - Москва, 2017. - C. 214-215.

167. Белов, А. А. Регулирование скорости охлаждения литейной формы в периоде первичной кристаллизации чугунных отливок / А. А. Белов, М. Д. Безмолгорычный // XXIV Региональная конференция молодых учёных и исследователей Волгоградской области (г. Волгоград, 3-6 дек. 2019 г.) : сб. материалов конф. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2020. - C. 166.

168. Gabelchenko, N. I. Increasing the Strength Properties of Gray Iron Castings without Introducing Additional Modifying and Alloying Additives into Its Composition / N. I. Gabelchenko, N. A. Kidalov, A. A. Belov. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 969 : International Russian Conference on Materials Science and Metallurgical Technology 2020) (Chelyabinsk, 22-24 September 2020). - [IOP Publishing], 2020. - 7 p.

169. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И. Е. Идельчик. -2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Машиностроение, 1975. - 559 с.

170. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны : ГОСТ 12.1.005-88. - Взамен ГОСТ 12.1.005-76 ; введ. 1989-01-01. - Москва : Стандартинформ, 2008. - 111 с.

171. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности : ГОСТ 12.1.007-76 ; введен впервые 1977-01-01. - Москва : Стандартинформ, 2007. - 10 с.

172. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Системы вентиляционные. Общие требования : ГОСТ 12.4.021-75; введен впервые 1977-0101. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2001. - 8 с.

173. Работы литейные. Требования безопасности : ГОСТ 12.3.027-2004. -Взамен ГОСТ 12.3.027-92 ; введ. 2006-01-01. - Москва : Стандартинформ, 2005. -73 с.

Приложения

УТВЕРЖДАЮ ам. главного инженера IBM. Пан ф tio'i rcyi гото в к е производства

Д. О. Алиев «22» сентября 2020 г.

АКТ

о промышленном опробывании дифференцированного охлаждения тонкостенных отливок из серого чугуна в условиях ОАО «Волгограднефтемаш»

Настоящим подтверждается, что на производственной базе ОАО «Волгограднефтемаш» в период с 14 сентября 2020 г. по 17 сентября 2020 г. рабочей группой волгоградского государственного технического университета при непосредственном участии соискателя Белова A.A. было проведено опробование применения дифференцированного охлаждения затвердевающего металла отливки № 810.07 «Корпус подшипника» массой 37 кг с преобладающей толщиной стенки - 12 мм, состава: 3,34 % С; 0,70 % Мп; 1,70 %Si; 0,043 %Сг, 0,052 % Р; 0,036 % S; Fe-основа.

Шихту доэвтектического чугуна указанного выше состава расплавляли в среднечастотной индукционной нагревательной установке «УИП-400». Для сравнения одновременно заливались две формы - контрольная, соответствующая действующей технологии с использованием модифицирования для устранения отбела и экспериментальная без модифицирования при температуре 1420 °С ±10 точность показаний термопары. В каждой форме располагали по две отливки. Уплотнение формовочной смеси осуществлялась на формовочной машине «265М» методом встряхивания. Плотность смеси после уплотнения - 1600 кг/м3. Состав формовочной смеси: бентонитовая глина БС1Тг - 6%, кварцевый песок марки 2КгОзОЗ - 94%, влажность - 3%. В состав облицовочного слоя экспериментальной формы вводили добавку мазута топочного М-100 (зольность 0,05 %, массовая доля содержания серы не более 0,5 % в соответствии с ГОСТ 10585-2013) в количестве - 3 % сверх массы. Форма в сборе герметично устанавливалась на поддон (ресивер). Одновременно с заливкой осуществляли продувку воздухом под избыточным давлением -0,3 МПа в течение 11 с. Для повышения эффективности отвода газов от отливки в верхней полуформе устанавливались выпора. Увеличение скорости

охлаждения опытных отливок, осуществляли одновременно с заливкой формы жидким чугуном и завершали после выпадения кристаллов первичного аустенита при 1150 °С. К моменту эвтектического превращения проходила активация экзотермической углеродосодержащей добавки и выделение теплоты на этапе формирования эвтектики. Далее отливки охлаждались без внешнего воздействия и формы поступали на выбивку.

Шероховатость поверхности контрольных и опытных отливок после обработки литой дробью составила Яг 160 соответственно, что не превышает предельно допустимую шероховатость необрабатываемых поверхностей по нормативной документации предприятия. При визуальном осмотре газовые раковины на поверхности и контрольных и опытных отливок не обнаружены. Из полученных отливок вырезались образцы для выявления действительной структуры чугуна и проведения механических испытаний. По сравнению с базовой технологией предел прочности металла опытной отливки на 21 % превышает предел прочности контрольной. При этом твердость металла практически не изменилась. Структура металла опытной отливки полностью соответствует серому чугуну и не содержит ледебуритной эвтектики в тонкостенных частях отливки склонных к отбелу.

Экологическая безопасность и условия труда при использовании предложенной технологии для получения отливок из серого чугуна без применения легирования и модифицирования не меняются по сравнению с базовой технологией. По итогам оценки были получены следующие результаты: выбросы в атмосферу - СОг (14605 мг/м3); СО (18,36 мг/м3); Б02 (5,62 мг/м3); N0: (0,59 мг/м3). Максимально разовая предельно допустимая концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны не превышена.

Ожидаемый экономический эффект за счет снижения себестоимости изготовления отливки без применения модифицирования составил 1080 рублей на тонну литья.

В итоге подтверждена целесообразность практического применения дифференцированного охлаждения тонкостенных отливок из серого чугуна для повышения прочностных характеристик и снижения отбела.

Начальник литейного производства

ОАО «Волгограднефтемаш» / V В.А. Жохов

Главный металлург

ОАО «Волгограднефтемаш»

С.Ю. Юрченко