CC BY
18
w
Tn=1900K:a =1,11 м/с2:Л =40 Bm/м-К
и cm cm
с учетом свойств пенополистирола
= 7,73 Дж/кг;р =25 кг/м3-,с = 444,5Дж/кг-К
графики зависимости температуры от расстояния от поверхности металла и температура поверхности от времени представлены на рис. 3 и 4. Скорость заливки принята равной 0,04л/ / с [1 ].
Из проведенного изучения параметров процесса заливки удлиненной модели и ее охлаждения можно сделать следующие выводы.
Уравнение теплопроводности, в котором задано воздействие полистирола, подверженного газификации, на металл в процессе заливки, удовлетворительно описывает процесс его охлаждения.
Применение вакуумного отсоса при литье по газифицируемым моделям позволяет существенно улучшить экологические характеристики литейных производств, а также повысить показатели жидкотекучести металла.
Рис.3. Зависимость температуры металла от расстояния от его поверхности в различные моменты времени: вначале процесса взаимодействия металла с моделью; через 60 с и через 180 с
Время, с
Рис.4. Гоафик снижения температуры поверхности металла во времени
Список литературы
1.Шуляк B.C., Рыбаков С.А., Григорян К.А. Производство отливок по газифицируемым моделям. -М.: МГИУ, 2001. - 330 с.
2.Гра6лев А.Н., Шуляк B.C. Течение расплава в узких каналах формы при литье по газифицируемым моделям алюминиевых сплавов // Литейщик России,- 2002.-№6,- С.34-37.
3. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. -
М.:Изд-во МГУ; Изд-во «Наука», 2004. - 798 с.
4. Сарычев В Д., Гопоненко H.A., Ливерц Е.И. Математическая модель
охлаждения слитка//Моделирование, программное обеспечение и
наукоемкие технологии в металлургии. Труды Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 20-летию кафедры «Информационные технологии в металлургии». -Новокузнецк, 2001,- С.310 - 317.
М.Д. Филин ко в, И.С. Шестопалов Курганский государственный университет, г. Курган
КОНСТРУКЦИОННЫЙ РЗМ-ЧУГУН для ОТЛИВОК ПОВЫШЕННОЙ плотности и ПРОЧНОСТИ
При изготовлении отливок во вращающихся металлических формах достигается, как правило, получение структуры с более мелким зерном, исключаются многие виды литейных дефектов, повышаются механические свойства литого металла.
Возрастание механических свойств сплавов в отливках, формирующихся в центробежном поле, является следствием ускоренного охлаждения и кристаллизации расплава, находящегося в поле действия центробежной силы. При этом происходит пропитывание рассеянной пористости утяжеленными частицами жидкого металла и удаление неметаллических включений [1].
Существенное влияние на формирование структуры и механических свойств РЗМ-чугуна и качество отливок, получаемых в условиях непрерывного поворота оси вращения литейной формы, оказывают параметры силового центробежного поля. Однако недостаточность обоснованных данных для определения их величины и разработки оптимальной технологий литья во вращающихся формах затрудняет получение качественных отливок с высокой размерной точностью и заданными параметрами механических и физических свойств.
Для реализации этих целей изучали влияние частоты вращения литейной формы, поворота в пространстве ее оси, температуры жидкого металла и параметров литейной формы на формирование структуры и механических свойств модифицированного РЗМ-чугуна.
Отливки изготовляли по методике [2], которая позволяла изучать влияние технологических факторов при сохранении постоянными других общих условий эксперимента.
Температуру заливки выбирали равной 1340-1360°С, температуру формы поддерживали в пределах 190-210°С, а скорость заливки устанавливали равной 5 кг/с. Частоту вращения формы рассчитывали по уравнению:
(1)
где Н - высота отливки, мм; О и с1 - наружный и внутренний диаметры отливки, мм; р -плотность металла, г/см ; а - угол наклона оси вращения, град.
Механические свойства (предел прочности при растяжении и твердость) РЗМ-чугуна в отливках определяли на стандартных образцах диаметром 10 мм и расчетной длиной 45 мм.
Анализ полученных данных показал, что наиболее высокие значения механических свойств получены для образцов, вырезанных из наружной зоны (о- =300-320МПа). Сравнение значений прочностных характеристик, полученных при испытании образцов, вырезанных из толстостенных отливок (до 30 мм), залитых при различных скоростях вращения формы, показывает, что предел прочности при растяжении для металла наружной
зоны отливок увеличивается с повышением частоты вращения литейной формы и несколько уменьшается для внутренней зоны, расположенной ближе к оси вращения (200-260 МПа).
Следовательно, для получения равномерных значений механических характеристик металла в отливках по толщине стенки не рекомендуется применение повышенных частот вращения. Благоприятное сочетание прочностных свойств по сечению толстостенных отливок имеет место при частоте вращения 600-750 об/мин. При частоте вращения менее 450 об/мин возросла разница в свойствах как в осевом,так и радиальном направлениях отливки.
В результате определений твердости по Бринеллю на внутренней и наружной поверхностях центробежных изделий установлено, что для толстостенных отливок с возрастанием частоты вращения формы твердость на наружной поверхности несколько увеличивается (до 2410 МПа), в то время как на внутренней поверхности она практически не менялась и составила 1870-2290 МПа. При этом отмечается, что твердость центробежных отливок заметно превышает соответствующий показатель в отливках из того же сплава, полученных в стационарных формах при воздействии только гравитационного поля и металлостатического напора (до 1870-2070 МПа).
Исследование макро- и микроструктуры сплава производили на темплетах, вырезанных из средней по высоте и толщине части отливки.
В толстостенных отливках структуры наружной и внутренней поверхностей, как правило, отличаются размерами графитных включений. На наружной поверхности имеется четко выраженная зона мелких включений пластинчатого графита типа ГФ2, длиной включений Граз 45, в то время как на внутренней поверхности обнаруживаются более крупные пластины типа Граз 180.Микрострук-туры, показанные на рис. 1 и 2, являются характерными для всех исследованных условий получения отливок (частоты вращения, температуры заливки металла, скорости заливки и внепечного модифицирования).
Рис. 1. Микроструктура не модифицированного чугуна СЧ20 * 100 (не травлен)
Размер графитовых включений в наружной и внутренних зонах отливки менялся в зависимости от параметров технологии получения литых заготовок. Например, увеличение частоты вращения формы способствовало некоторому их росту на внутренней поверхности и значительному измельчению на внешней (до Граз 25). Вследствие ускоренной кристаллизации сплава во вращающихся формах формирующаяся структура отливок получалась более плотной и мелкозернистой.
Следовательно, изменением частоты вращения формы можно управлять структурой сплавов, затверде-
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
вающих во вращающихся формах, и их механическими свойствами в наружных и внутренних слоях отливки, обеспечивая достаточную равномерность по сечению.
Рис.2. Микроструктура модифицированного чугуна СЧ20 х 100 (не травлен)
Для получения во вращающейся форме стабильных результатов по твердости и прочности и снижения износа рабочей поверхности в условиях сухого трения чугун состава, %: С=3,34; Si=2,00, №1п=0,60; Р=0,075; S=0,094 обрабатывали РЗМ-лигатурой ФС50РЗМ20, ТУ 14-5-16787 из расчета 0,08 - 0,10 % от массы жидкого металла.
При этом в структуре металла как наружной, так и внутренней поверхности отливок происходит некоторое выравнивание графитных включений.
Выполненные исследования позволили установить зависимость между технологическими параметрами и механическими характеристиками металла. Возрастание механических свойств в наружных слоях толстостенных отливок с увеличением частоты вращения формы обусловлено повышением однородности состава сплава по толщине стенки, измельчением графита в поверхностном слое, снижением пористости. На внутренней поверхности механические свойства при этом понижаются, что обусловлено увеличением пористости, укрупнением графита. Полученные результаты объяснялись тем, что с увеличением частоты вращения формы при постоянной скорости заливки создаются более благоприятные условия для ускорения затвердевания наружных слоев отливки за счет обеспечения хорошего питания кристаллизующейся области поступающим в форму металлом. В таких условиях кристаллизации формируется мелкий графит, повышается плотность и уменьшается ликвация компонентов сплава. Внутренние слои отливки кристаллизуются в условиях, когда скорость затвердевания снижается и в форму прекращается поступление жидкого металла. При этом ухудшается питание кристаллизующего слоя, что вызывает увеличение пористости. При замедленном охлаждении растет размер графита. Все это приводит к понижению механических свойств внутреннего слоя толстостенных отливок.
Плотность металла изучали методом гидростатического взвешивания в керосине при Т=18-20°С. Усредненные результаты измерений плотности в зависимости от количества вводимого модификатора приведены в таблице 1.
Видно, что с увеличением количества РЗМ плотность чугуна возрастает на величину до 2,4%.
Увеличение плотности обусловлено улучшением структуры металлической основы, уменьшением размеров графитных включений (до ПГд 25).
75
Таблица 1
Средняя плотность серого чугуна
п/п Количество РЗМ, % по массе Масса темптета на воздухе, г Масса темптета в керосине, г Разность масс темплетов, г Средняя плотность, г/см
1 0,02 100,15 86,07 14,03 7,11
2 0,04 101,85 87,66 14,08 7,17
3 0,06 96,24 83,16 13,08 7,19
4 0,08 97,83 84,54 13,29 7,25
Время выдержки расплава в ковше 180 с
В связи с переводом изготовления части деталей во вращающиеся металлические формы исследовали влияние модификатора ФС5-РЗМ20 на склонность РЗМ-чугу-на к отбелу.
Излом клиновидный пробы немодифицированного чугуна сопровождался отбелом по всему сечению. Введение в ковш модификатора в количестве 0,08% (по массе) способствовало полному устранению отбела проб с толщиной острия клина 6 мм.
Точность размеров отливок оценивали величиной постоянных и случайных отклонений от чертежных размеров.
Постоянные отклонения устраняли корректировкой металлической формы.
Случайные отклонения линейных размеров по наружной поверхности укладывались в поле допуска на размер по II классу. Однако размеры отливок по внутреннему диаметру в результате отклонений при дозировании расплава и других причин, вызывающих образование эллипс-ности, имели отклонения от чертежа, укладывающиеся только в пределы III класса точности в 93,2% случаев.
Статистическая обработка результатов измерений внутреннего диаметра показала, что при более строгом дозировании количество размеров, укладывающихся в допуск II класса точности, составило 89%.
Возрастание физико-механических характеристик чугуна, модифицированного РЗМ-лигатурой в силовом центробежном поле, обусловлено повышением плотности сплава по толщине стенок отливки, измельчением графита до Граз 25, снижением пористости.
Полученные итоги являются результатом применения вращения металлической формы и внепечного модифицирования расплава, при которых создаются при постоянной скорости заливки благоприятные условия для ускоренного затвердевания жидкого металла. В таких условиях, как правило, формируется мелкий графит. Замедление затвердевания и прекращение действия лигатуры РЗМ во всех случаях вызывают рост и огрубление включений графита, снижение плотности металла отливки и точности линейных размеров, ускорения износа рабочих поверхностей.
Список литературы
1.Жуков А.А. Некоторые вопросы теории графитизации железоуглеродистых сплавов//Известия вузов. Машиностроение.-1981.- №10. - С. 21.
2.Филинков М.Д., Афонаскин А.В., СавиныхЛ.М. и др. Влияние РЗМ на плотность и износостойкость серого чугуна //Литейное производство.- 1997.- №5. - С. 27-28.
М.Д. Филинков
Курганский государственный университет, г. Курган
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ В СИЛОВОМ ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ
При изготовлении отливок во вращающихся литейных формах достигается, как правило, повышение механических свойств литого металла, исключаются многие виды литейных дефектов.
Считают, что повышение механических свойств сплавов в центробежных отливках является следствием специфических условий охлаждения и кристаллизации находящегося в центробежном поле расплава [1]. Например, отмечается увеличение плотности сплава под действием центробежных сил [2], пропитывание рассеянной пористости утяжеленными частицами жидкого металла и удаление неметаллических включений [3], ускоренное охлаждение, проявляющееся в измельчении структуры.
Влияние основных параметров центробежного литья на структуру и механические свойства алюминиевок-ремниевых сплавов, а также качество отливок, получаемых в условиях непрерывного поворота оси вращения литейной формы, исследовано недостаточно и требует более углубленного изучения. Поэтому отсутствие обоснованных данных для разработки оптимальной технологии литья во вращающихся формах затрудняет получение качественных отливок более высокой точности с повышенным уровнем механических свойств.
С этой целью было исследовано влияние скорости вращения литейной формы и поворота в пространстве ее оси, температуры жидкого металла и металлической изложницы на формирование структуры и механических свойств алюминиевокремниевых в центробежных отливках.
Опытные отливки изготавливали по методике [2], которая позволяла изучить влияние технологического фактора при сохранении постоянными общих условий эксперимента.
Температуру заливки сплава выбирали равной 720 - 740°С, температуру, формы - 95 - 110°С, скорость заливки регулировали в пределах 1,5 кг/сек.
Механические свойства сплавов определяли на стандартных образцах диаметром 6 ± 0,02 мм и расчетной длиной 30 мм, вырезанных из экспериментальных отливок.
Применение указанных образцов дало возможность определить предел прочности при растяжении в наружной и внутренней зонах толстостенных отливок.
Анализ полученных данных, приведенных на рис. 1, показывает, что в алюминиевокремниевом сплаве, близком к эвтектическому составу, наиболее высокие значения предела прочности при растяжении получены для образцов, вырезанных из наружной зоны отливок. Сравнение значений прочностных характеристик, полученных при испытании образцов, вырезанных из толстостенных отливок, залитых при различных скоростях вращения формы, показывает, что предел прочности при растяжении для наружной зоны значительно увеличивается с повышением частоты вращения и соответственно уменьшается для внутренней зоны. Рост частоты вращения приводит к возрастанию отношения механических характеристик металла наружной поверхности к внутренней.
Поэтому для получения более равномерных значений механических свойств центробежной отливки по тол-
