Диференціація властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

УДК 621.74.042:669

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ДИФЕРЕНЦІАЦІЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЧАСТИН ВИЛИВКА МОДИФІКУВАННЯМ ЧАВУНУ В ЛИВАРНІЙ ФОРМІ

ФЕСЕНКО МАКСИМ АНАТОЛІЙОВИЧ

Спеціальність 05.16.04 - Ливарне виробництво

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів Національного технічного університету України ,,Київський політехнічний інститут”

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент

Косячков Вячеслав Олександрович,

Національний технічний університет України ,,КПІ”,

доцент кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, с.н.с.

Бубликов Валентин Борисович,

Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України,

завідувач відділу високоміцних і спеціальних чавунів;

доктор технічних наук, професор

Іванова Ліна Олександрівна,

Одеський національний політехнічний університет,

завідувачка кафедри машин і технології ливарного виробництва.

Провідна установа: Національна металургійна академія України, кафедра ливарного виробництва.

Захист відбудеться ,,10” квітня 2007 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.002.12 у Національному технічному університеті України ,,Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ-56, просп. Перемоги, 37, корп. №9, ауд. 203.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного технічного університету України ,,Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ-56, просп. Перемоги, 37.

Автореферат розіслано ,,06”березня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент Л.М. Сиропоршнєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. До окремих частин багатьох литих деталей сучасних машин і механізмів висувають різні, іноді протилежні за функціональним призначенням вимоги щодо механічних і експлуатаційних властивостей. Валки і опорні ролики прокатних станів, щоки дробарок, бронефутерувальні плити кульових млинів, метальні лопатки дробометних і піскометних апаратів, внутрішні стінки бункерів сипких матеріалів, зуби екскаваторів, ножі розпушувачів та землечерпалок, шестерні, канатотягові шківи повинні мати тверду зносостійку поверхню робочих елементів і ударостійку пластичну матричну підкладку або серцевину. Високу зносостійкість робочої поверхні таких деталей може забезпечити вибілений чавун з твердими карбідами заліза в мікроструктурі, а підвищену пластичність та ударну в'язкість підкладки або серцевини - високоміцний феритний чавун з кулястим графітом.

Більшість існуючих технологічних варіантів виробництва двошарових чавунних виливків базуються на виплавлянні різнорідних сплавів в окремих плавильних агрегатах з наступним їх заливанням в певній послідовності в ливарні форми.

Мікроструктуру і властивості сірого або білого чавунів можна суттєво змінити сфероїдизувальним, графітизувальним або карбідостабілізувальним модифікуванням необхідного об'єму базового металу, виплавленого в одному плавильному агрегаті. Але відомості щодо особливостей подібних технологічних процесів виробництва двошарових виливків у технічній літературі вкрай обмежені.

Ідея запропонованого в дисертаційній роботі нового методу диференціації властивостей окремих частин виливка полягає в розділенні вихідного сірого або білого чавуну під час заливання ливарної форми на два потоки, один з яких прямує безпосередньо в її порожнину, а інший - спочатку піддається графітизувальному, сфероїдизувальному або карбідостабілізувальному модифікуванню в реакційній камері ливникової системи, а потім прямує в іншу частину порожнини форми. Можливе також модифікування обох потоків вихідного чавуну в двох реакційних камерах різними за функціональним призначенням модифікаторами.

Інформаційна новизна методу диференціації властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі та відсутність відповідних досліджень дає підставу вважати тему дисертаційної роботи, у якій розглянуті питання щодо встановлення особливостей і закономірностей такого технологічного процесу виробництва двошарових чавунних виливків, актуальною як з наукової, так і з практичної точок зору.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою держбюджетних НДР кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів НТУУ ,,КПІ” № 2658 ,,Теоретичні і технологічні основи диференціації властивостей виливка методами композиційного лиття” (накази МОН України № 663 від 05.11.2002 р. та НТУУ ,,КПІ” № 2-12 від 20.01.2003 р., номер держреєстрації 0103U000223) та № 2903ф ,,Теоретичні і технологічні принципи керування структуроутворенням модифікованих та мікролегованих сплавів у виливках” (накази МОН України № 654 від 16.11.2005 р. та НТУУ „КПІ” № 2-209 від 30.12.2005 р., номер держреєстрації 0106U002362).

Мета і задачі дослідження. Розроблення технологічного процесу диференційованого модифікування рідкого чавуну в реакційних камерах ливникової системи ливарної форми для виробництва виливків з твердим зносостійким поверхневим робочим шаром або боковиною і в'язкою ударостійкою підкладкою або іншою боковиною.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані та вирішені такі наукові та практичні задачі:

1. Змоделювати перспективні конструктивно-технологічні варіанти виробництва двошарових та двобічних виливків диференційованим (роздільним за функціональним призначенням) модифікуванням чавуну в ливарній формі.

2. Оптимізувати хімічний і гранулометричний склад сфероїдизувального, графітизувального та карбідостабілізувального зарядів реакційної камери для різного за функціональним призначенням модифікування сірого або білого чавуну в ливарній формі.

3. Виконати комп'ютерне і фізичне (з використанням прозорих моделей) моделювання кінетики процесів модифікування чавуну в ливарній формі, що досліджуються.

4. Виконати серію експериментальних лабораторних плавок для перевірення можливості реалізації та дослідження особливостей перспективних конструктивно-технологічних варіантів диференціації властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі і встановити практичну цінність кожного з таких варіантів.

5. Розробити та випробувати у промислових умовах технологічний процес виробництва двошарових і двобічних виливків із твердого зносостійкого і пластичного ударостійкого чавунів диференційованим модифікуванням у ливарній формі вихідних сірого або білого чавунів.

Об'єкт дослідження. Технологічний процес виробництва двошарових та двобічних литих деталей з твердого зносостійкого чавуну в одній частині перерізу стінки виливка і пластичного ударостійкого чавуну - в іншій.

Предмет дослідження. Процес диференційованого модифікування потоку рідкого металу в реакційних камерах ливникової системи різнорідними за функціональним призначенням модифікаторами з наступною кристалізацією в окремих частинах виливка різнорідних за хімічним складом, мікроструктурою, механічними та спеціальними властивостями чавунів.

Методи дослідження. Мета і поставлені в роботі задачі обумовили проведення комплексних теоретичних і експериментальних досліджень з використанням фізичного моделювання процесу взаємодії твердої і рідкої фази в реакційній камері ливникової системи ливарної форми, математичного комп'ютерного моделювання гідродинамічних і масообмінних процесів, що відбуваються під час виготовлення двобічних і двошарових виливків, з використанням пакету LVMFlow, а також серії лабораторних плавок з математичним плануванням та обробленням результатів експерименту з переважно стандартизованими методами оцінки хімічного складу, мікроструктури і механічних властивостей металу. Стандартизовані методи з обмеженими похибками достовірності і відтвореності результатів дали можливість з використанням отриманих експериментальних даних розробити і випробувати в промислових умовах технологічний процес виробництва двошарових та двобічних чавунних виливків.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше запропонований і теоретично обґрунтований процес диференційованого модифікування однорідного сплаву в реакційних камерах ливарної форми різними за функціональним призначенням модифікаторами. Це дало можливість створити наукові основи для розроблення нового способу виробництва двошарових або двобічних виливків з твердою робочою частиною та пластичною ударостійкою основою.

2. Дістало подальший розвиток уявлення про перевагу пошарового механізму взаємодії твердої і рідкої фаз у реакційній камері ливникової системи, у порівнянні з поверхневим або об'ємним механізмами.

3. Висока графітизувальна ефективність і швидкість перерозподілу кремнію між різнорідними чавунами, модифікованими в ливарній формі, свідчить на користь гіпотези щодо флуктуаційного механізму і кінетики графітизувального модифікування чавуну, всупереч інокуляційній гіпотезі.

4. Кристалізація чавуну, модифікованого в ливарній формі нікель-магнієвим сплавом, без графітизувального кремнію за стабільною системою, підтверджує гіпотезу щодо можливості прямої кристалізації графіту з евтектичної рідини без проміжної кристалізації і наступного ,,самовідпалу” цементиту ледебуриту, а також теоретичне положення щодо переважного впливу вуглецю на процес графітизації чавуну в порівнянні з кремнієм.

Практичне значення одержаних результатів

1. На підставі результатів досліджень розроблено новий спосіб виробництва якісних двошарових та двобічних виливків з різною твердістю поверхні в окремих частинах диференційованим модифікуванням рідкого вихідного сірого або білого чавунів в реакційних камерах ливникової системи ливарної форми.

2. Оптимізовані склади зарядів реакційних камер ливникових систем для диференційованого графітизувального, карбідостабілізувального та сфероїдизувального модифікування чавуну в ливарній формі, що спрощує технологію та гарантує виготовлення виливків з заданою структурою і властивостями окремих частин. Запропоновані методи інтенсифікації розчинення нетехнологічних дрібнодисперсних модифікаторів у потоці чавуну.

3. Випробувані вісім нових конструктивно-технологічних варіантів виробництва двошарових та двобічних виливків диференційованим модифікуванням однорідного рідкого чавуну в ливарній формі. Встановлено вплив основних технологічних параметрів процесу на показники якості виливків. Визначені переваги і недоліки методу.

4. Технологічний процес виробництва двошарових виливків з твердою зносостійкою робочою поверхнею з вибіленого чавуну та в'язкою ударостійкою матрицею з високоміцного чавуну з кулястим графітом пройшов успішні випробування на дослідно-промислових партіях виливків ,,Силова тяга” (Донецький національний технічний університет), ,,Плита бронефутерувальна” (Краматорське ТОВ ,,Лінгвей”), ,,Плита” і ,,Ніж” (ВАТ ,,Старокраматорський машинобудівний завод”). Планова собівартість виробництва двошарових чавунних виливків за новою технологією у 1,45…1,6 рази нижча ніж собівартість виробництва монолітних виливків із зносостійкої сталі 110Г13Л.

Особистий внесок здобувача

Здобувачем складено огляд літератури за темою дисертаційної роботи, зроблені відповідні висновки і сформульовані основні задачі дослідження. Розроблена матриця планування експерименту. Автором вдосконалені методи і методики дослідження та оброблення результатів експериментів, здійснені математичне, фізичне і натурне моделювання процесу диференційованого модифікування чавуну в ливарній формі. Послідовним виконанням серії експериментальних і промислових плавок автором визначені особливості найбільш перспективних конструктивно-технологічних варіантів нового способу виробництва двошарових і двобічних чавунних виливків.

Планування експериментів і обговорення їх результатів, формулювання висновків і рекомендацій за темою роботи проведено здобувачем спільно з науковим керівником та із співавторами публікацій.

Автор щиро вдячний співробітникам та студентам-дипломникам кафедри ливарного виробництва НТУУ ,,КПІ” за допомогу у виконанні експериментальної частини дисертації.

Апробація результатів роботи. Основні наукові положення дисертації доповідались та обговорювались на міжнародних науково-технічних конференціях ,,Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку”, Краматорськ, ДДМА, 9-11.06.2004, 11-12.06.2005, 8-10.05.2006; міжнародних науково-технічних конгресах ,,Ливарне виробництво: високоякісні виливки на основі ефективних технологій”, Київ, ФТІМіС, 2-4.06.2004; 6-7.06.2006; міжнародній спеціалізованій конференції-виставці ,,Лиття. Металообробка. 2005”, Запоріжжя, 16-18.03.2005; міжнародному науково-технічному конгресі ,,Економічний шлях до високоякісного литва”, Запоріжжя, 4-6.06.2005; ІІ міжнародній конференції-виставці ,,Лиття 2006”, Запоріжжя, 15-16.03.2006; ІІ міжнародній науково-практичній конференції ,,Наукові дослідження - теорія та експеримент, 2006”, Полтава, 15-17.05.2006; науково-технічній конференції молодих спеціалістів ,,Азовмаш 2006”, Маріуполь, 9-11.06.2006.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 18 друкованих робіт, з них 8 у фахових виданнях, затверджених ВАК України, і отримано 3 патенти України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 160 аркушах, містить 3 таблиці, 62 рисунка, 142 сторінок основного тексту; складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, переліку використаних літературних джерел із 149 найменувань і 5 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, показаний зв'язок роботи з науковими програмами, наведені наукова новизна та практична цінність роботи, відзначений особистий внесок здобувача в її виконанні, наведені дані щодо публікацій та апробації результатів роботи.

У першому розділі проаналізований сучасний стан теорії та технології виробництва двошарових та двобічних чавунних виливків з диференційованими властивостями окремих частин перерізу їх стінок. Наведена номенклатура двошарових і двобічних виливків та основні вимоги до їх матеріалу, залежно від умов експлуатації. Проаналізовані переваги і недоліки основних методів виробництва двошарових та двобічних чавунних виливків. Розглянуті теоретичні і технологічні особливості отримання високоміцного чавуну з кулястим графітом, як одного з найбільш перспективних ударостійких матеріалів для виготовлення двошарових виливків у парі із зносостійким білим чавуном. Проведений аналіз сучасних способів модифікування чавуну та складу модифікаторів, які при цьому використовують. Показано, що спосіб модифікування чавуну безпосередньо в реакційній камері ливарної форми має комплекс переваг у порівнянні з ковшовими методами модифікування. Розглянуті типи модифікаторів, які при цьому використовують. Визначені основні фактори, які лімітують процес розчинення модифікатора в реакційній камері ливникової системи під час заливання ливарної форми чавуном. Відзначені недоліки методу, серед яких - можливість нерівномірного розчинення модифікатора в потоці чавуну і відповідна неоднорідність структури і властивостей сплаву в окремих частинах перерізу стінок виливка.

На підставі відомого принципу перетворення шкоди на користь сформульована основна мета дослідження: розроблення технологічного процесу диференційованого модифікування рідкого чавуну в реакційних камерах ливникової системи ливарної форми для виробництва виливків з твердим зносостійким поверхневим робочим шаром або боковиною і в'язкою ударостійкою підкладкою або іншою боковиною.

У другому розділі проведене моделювання різноманітних конструктивно-технологічних варіантів диференційованого модифікування чавуну в ливарній формі. З усіх можливих змодельованих варіантів для дослідження обрано вісім найбільш перспективних.

Розроблена матриця планування експерименту, а також послідовність її реалізації шляхом математичного і фізичного моделювання та виконання серії дослідно-лабораторних плавок. Спроектовані фізичні та натурні моделі об'єкта дослідження. Обрані вхідні фактори, які потенційно впливають на диференціацію структури і властивостей чавуну, модифікованого в ливарній формі. Як вихідні параметри оптимізації процесу визначені колір зламу, мікроструктура, хімічний склад і твердість чавуну в окремих частинах перерізу стінок виливка.

Мікроструктуру чавуну досліджували на оптичному мікроскопі ММР-4 і фотографували цифровою камерою Sony DCS-W5 з записом на ПЕОМ. Ідентифікацію структурних складових проводили згідно з ГОСТ 2443-87. Вуглецевий еквівалент вихідного рідкого чавуну визначали термографічним експрес-контролем. Вміст вуглецю визначали газооб'ємним методом, кремнію - ваговим солянокислотним, марганцю - об'ємним персульфатно-срібним, фосфору - фотокалориметричним, сірки - об'ємним, магнію - спектральним за методом трьох еталонів. Твердість за Бринелем визначали згідно з ГОСТ 9012-59.

Описані модифікатори і допоміжні матеріали, які використані для проведення досліджень.

Описана методика дослідження кінетики взаємодії рідкої і твердої фаз у реакційній камері в процесі заливання порожнини форми фізичним моделюванням на прозорих моделях.

Для вивчення гідродинамічних процесів взаємодії двох зустрічних потоків різнорідних чавунів у ливарній формі застосоване математичне моделювання з використанням пакету прикладних програм LVMFlow. Математичне оброблення результатів експериментальних досліджень, оцінку достовірності одержаних результатів і закономірностей та побудову графічних залежностей здійснювали на ПЕОМ з використанням пакетів прикладних програм Excel, Grapher.

У третьому розділі викладені результати оптимізації хімічного складу вихідних чавунів для диференційованого модифікування у ливарній формі. Встановлено, що для гарантованої кристалізації за метастабільною системою в перерізах стінок до 50 мм вміст вуглецю у вихідному чавуні необхідно обмежувати 2,6...3,0%, а вміст кремнію - 0,4...0,5%. При цьому твердість немодифікованого вихідного чавуну у відповідних частинах виливка може перевищувати 400НВ. Як другий варіант вихідного сплаву обрано чавун евтектичного складу, схильний до графітизації в литому стані, з вмістом вуглецю 3,9...4,1% і кремнію 0,6...0,9%.

Фізичним моделюванням на прозорих моделях проведені дослідження кінетики процесу взаємодії твердої і рідкої фаз в реакційній камері та у робочій порожнині ливарної форми під час її заливання. Дістало подальший розвиток уявлення щодо більш інтенсивної гідродинамічної взаємодії потоку рідкого металу в ливниковій системі форми з гранульованим зарядом реакційних камер за пошаровим механізмом, у порівнянні з його взаємодією з дрібнодисперсним зарядом за поверхневим механізмом або з кусковим зарядом за об'ємним механізмами.

Результати фізичного моделювання виявилися адекватними результатам лабораторно-дослідних плавок з використанням здвоєної триступінчастої проби. Встановлено, що для модифікування в ливарній формі доевтектичного чавуну, схильного до кристалізації з вибіленням, найбільш ефективним графітизувальним модифікатором є знепилений феросиліцій ФС75 з розміром гранул 7,5±2,5 мм.

Гранули такого розміру без дрібних і пилоподібних частинок забезпечують фільтрацію рідкого металу в проміжки між зернами модифікатора на певну глибину заряду реакційної камери. Інтенсивний теплообмін між твердою фазою з кімнатною температурою і рідкою фазою з температурою заливання 1440±20оС, велика сумарна площа реакційної поверхні і синхронізація швидкості заливання форми зі швидкістю просування в камері двофазного твердо-рідкого реакційного шару зверху вниз забезпечують у комплексі відносно рівномірне пошарове розчинення зерен феросиліцію в потоці чавуну.

Результати внутрішньоформового модифікування чавуну крупнокусковим феросиліцієм за об'ємним механізмом не відзначається стабільністю. Дрібнодисперсний феросиліцій пилоподібної фракції взагалі не реагує з рідким чавуном за поверхневим механізмом взаємодії. Поза головною метою дослідження розроблено декілька нових способів інтенсифікації процесу розчинення дрібнодисперсних модифікаторів в потоці рідкого металу, зокрема додаванням у заряд камери компоненту з низькою температурою кипіння, наприклад 1…2% порошкового магнію, або модифікуванням в реакційній камері, виконаній з використанням пінополістиролу. Але як базовий графітизувальний модифікатор у подальших дослідженнях використовували феросиліцій ФС75 з розміром зерен 7,5±2,5 мм.

Для сфероїдизувального модифікування сірого та білого чавунів у ливарній формі найбільш ефективним виявився знепилений феросиліцій-магнієвий модифікатор марки ФСМг7 з розміром частинок 5,0±2,5 мм. Фактор розчинності сплаву ФРС=5кг/12с16см2=0,026кг/ссм2 за оптимальної температури заливання 1440±20оС забезпечує майже повне пошарове розчинення заряду реакційної камери в потоці чавуну за час заливання форм. Незважаючи на це залишковий вміст магнію в модифікованому чавуні здебільшого знаходиться на нижньому припустимому рівні 0,03...0,04%Mgзал, що виявилось цілком достатнім для сфероїдизації графіту в усіх перерізах стінок виливків.

Як карбідостабілізувальний модифікатор евтектичного чавуну, схильного до графітизації, випробували ферохром ФХ200, механічну суміш порошкового магнію МгПф1 з нейтральним до графітизації наповнювачем у вигляді дрібнодисперсного феромарганцю ФМн78, а також сплав нікелю з 15% магнію марки НМг15.

За всіма технологічно можливими умовами заливання, включаючи інтенсифікацію процесу додаванням до складу заряду плавиковошпатового флюсу ФФС95 або порошкового магнію МгПф1, гранульований ферохром ФХ200 після заливання форм залишається у реакційній камері у вихідному стані. Підвищена температура плавлення (2265оС), а також хіміко-термічна стійкість захисної оксидної плівки Cr2О3 на поверхні зерен перешкоджає розчиненню ферохрому в потоці рідкого чавуну.

Результати внутрішньоформового карбідостабілізувального модифікування чавуну механічною сумішшю феромарганцю з різною концентрацією порошкового магнію не відрізняються стабільністю, а процес заливання форм - безпечністю. При високій концентрації магнію в складі суміші під час заливання відбуваються зворотні виплески рідкого чавуну з ливникової системи та за рознімом форми під тиском його парів.

Найбільш ефективним карбідостабілізувальним модифікатором виявився сплав нікелю з 15% магнію НМг15. Незалежно від розміру зерен у діапазоні від пилоподібної фракції до 10,0 мм, сплав нікелю з магнієм достатньо повно розчиняється в потоці чавуну за час заливання форми. Низька здатність нікелю до утворення оксидних плівок на поверхні частинок, відносно невисока температура плавлення (1140°С) і барботація потоку чавуну в реакційній камері парами магнію, сприяють процесу розчинення цього сплаву в потоці рідкого металу. На відміну від феросиліцій-магнієвого модифікатора ФСМг7, залишковий вміст магнію в чавуні, модифікованому сплавом НМг15, здебільшого перевищує 0,08%. Однак і за таким збитковим вмістом модифікований чавун кристалізувався за стабільною системою з вибіленням переважно в тонких 8-мм перерізах проби. У 32-мм перерізах поряд з карбідами заліза кристалізується кулястий графіт, що знижує твердість чавуну до 340...360НВ, а у масивних 64-мм перерізах проби чавун з кулястим графітом взагалі кристалізується за стабільною системою без вибілення.

У четвертому розділі наведені результати дослідження процесу диференційованого карбідостабілізувального і сфероїдизувального модифікування в ливарній формі вихідного сірого чавуну евтектичного складу, схильного до графітизації, для виробництва двобічних і двошарових виливків.

Об'єктами дослідження обрали виливки двох типів: двобічну плоску плиту розміром 220Ч200Ч25(10) мм з Л-подібним перегином у поперечному перерізі, який попереджав передчасне взаємне перемішування різнорідних чавунів у порожнині ливарної форми та двошаровий брусок розміром 240Ч120Ч50 мм. Маса чавуну в виливках складала 10,0±0,5 кг, а разом з ливниково-живильною системою - 12…16 кг.

Підведення металу в ліву і праву частини порожнини форми плити за площиною розніму проводили від загального стояка крізь симетричну ливникову систему, що розходилась, з однією або двома кубічними реакційними камерами з ребром 40 мм. Підведення металу в порожнину форми бруска проводили крізь дві незалежні ливникові системи, одна або обидві з яких включали кубічну реакційну камеру з ребром 40 мм для модифікатора.

Форми протягом 12±2 с заливали чавуном евтектичного складу, вуглецевий еквівалент якого в діапазоні 4,2...4,4% контролювали і стабілізували за допомогою термографічного експрес-контролю додаванням у тигель сталевого брухту. У серії лабораторних плавок у кислій індукційній печі ІСТ-006 хімічний склад вихідного чавуну коливався у межах 3,9...4,1%С; 0,6...0,9%Si; 0,4...0,5%Mn; 0,03...0,04%P; 0,02...0,03%S. Колір зламу в контрольних 25-мм плитах з вихідного чавуну всіх плавок був сірим.

Встановили, що карбідостабілізувальне модифікування сірого чавуну в одній боковині ливарної форми сплавом НМг15 і сфероїдизувальне модифікування сплавом ФСМг7 в іншій боковині призводить до диференціації структури і двократній різниці твердості різнорідних чавунів лише в плиті з перерізом стінки 10 мм.

Колір зламу, мікроструктура і твердість лівої і правої боковин виливка 25-мм плити з чавуну, роздільно модифікованого в ливарній формі різнорідними за функціональним призначенням сплавами, незалежно від температури заливання в діапазоні 1350...1550оС, практично ідентичні. В обох боковинах виливка графіт має кулясту форму, металева матриця на 85...95% складається з перліту. Твердість чавуну, модифікованого сфероїдизувальним і карбідостабілізувальним сплавом НМг15 лише на 10...15НВ перевищує твердість чавуну, модифікованого сфероїдизувальним і графітизувальним сплавом ФСМг7. Але в усіх ділянках перерізу плити первинні карбіди заліза ледебуриту відсутні.

Відомо, що без додаткового модифікування графітизувальним феросиліцієм чавун, модифікований тільки металевим магнієм або нікель-магнієвим сплавом, завжди кристалізується з вибіленням.

Припустили, що графітизація чавуну, модифікованого у ливарній формі сплавом НМг15, відбулась внаслідок дифузії кремнію з чавуну, модифікованого висококремнієвим сплавом ФСМг7, з правої боковини плити в ліву крізь 25-мм Л-подібний перегин за час їх взаємного торцевого контакту в рідкому і рідко-твердому станах. Для перевірки цього припущення площу взаємного торцевого контакту чавунів у Л-подібному перегині формуванням за шаблоном штучно зменшували від 50 см2 до 0. Однак і в цьому випадку, навіть за відсутністю торцевого контакту, структура і твердість чавуну з кулястим графітом в обох боковинах виливка плити перерізом 25 мм практично не відрізняються.

Повна графітизація магнієвого чавуну, модифікованого в ливарній формі без графітизувального кремнію, при мінімальному інтервалі часу між додаванням магнію і початком кристалізації сплаву свідчить на користь гіпотези про можливість прямої кристалізації графіту з евтектичної рідини без проміжної кристалізації і наступного ,,самовідпалу” цементиту ледебуриту.

Кристалізація немодифікованого кремнієм чавуну евтектичного складу після модифікування магнієм за стабільною системою також підтверджує теоретичні і практичні положення про переважаючий вплив вуглецю на процес графітизації чавуну, в порівнянні з кремнієм. Висока схильність до графітизації, можливо, пов'язана зі специфікою внутрішньоформового методу модифікування, за якою інтервал часу між додаванням елементів-модифікаторів у вихідний сплав і початком його кристалізації мінімальний.

Аналогічні результати мали місце після карбідостабілізувального модифікування в реакційній камері частини потоку сплавом НМг15, коли інша частина потоку вихідного сірого чавуну прямувала в порожнину форми без модифікування сфероїдизувальним модифікатором ФСМг7. Сполучення сірого і білого чавунів з різницею твердості між боковинами 140...160НВ отримали лише у плитах перерізом 10 мм. У 25-мм плитах кристалізується безперспективна для експлуатації в умовах абразивного зносу пара сірого і високоміцного чавуну однаково низької твердості 201...217НВ. Така сама безперспективна пара у 10-мм та 25-мм плитах кристалізується і в разі заміни карбідостабілізувального сплаву НМг15 в реакційній камері сфероїдизувальним модифікатором ФСМг7.

Комп'ютерним моделюванням гідродинамічних потоків спрогнозували, що симетрична диференціація структури і властивостей у лівій і правій частинах горизонтальних плит з Л-подібним перегином досягається за умови забезпечення одночасної і однакової швидкості заповнення розплавом обох частин виливка крізь симетричну ливникову систему. Під час заповнення боковин ливарної форми з різною швидкістю можливе часткове перетікання розплаву з однієї частини порожнини форми в іншу.

Одним із перших нових варіантів виробництва виливків двошарових брусків передбачалось заливання вихідного чавуну крізь загальну ливникову систему з частковим його модифікуванням у реакційній камері зменшеною кількістю карбідостабілізувального сплаву НМг15 і наступним спрямуванням немодифікованого чавуну крізь порожню камеру у верхній шар виливка.

Однак комп'ютерним моделюванням і результатами лабораторних плавок встановлена неможливість реалізації подібного методу з причини гідродинамічного і теплоконвекційного перемішування та дифузійного вирівнювання хімічного складу модифікованого і немодифікованого чавунів у порожнині форми.

Комп'ютерним моделюванням гідродинамічних і теплових процесів встановили, що в умовах лабораторного експерименту оптимальний час подібного витримування повинен знаходитися в межах 80…90 с.

За подібним конструктивно-технологічним варіантом в експериментальних плавках після часткового заливання форми вихідним сірим чавуном у кількості 22...25% від маси проби крізь ливникову систему з карбідостабілізувальним модифікатором НМг15 за кривими охолодження верхнього шару неповністю залитої проби з модифікованого чавуну встановили, що час його знаходження в рідкому стані складає 20…30 с, а у рідко-твердому від початку теплової зупинки за температурою ліквідус до закінчення евтектичної кристалізації за температурою солідус - 50…60 с.

Тому після паузи у 70...90 с і доливанням форми через другу ливникову систему без реакційної камери стабільно отримували двошарові виливки з сірого чавуну твердістю 170…187НВ з вибіленим нижнім шаром висотою 8...12 мм та твердістю 375...401НВ. Часткова графітизація з утворенням кулястого графіту дещо зменшує твердість модифікованого чавуну в нижньому шарі відносно твердості повністю вибіленого чавуну.

Більш перспективну пару з білого і високоміцного чавунів у лабораторних плавках отримали заливанням вихідного сірого чавуну спочатку крізь ливникову систему з карбідостабілізувальним модифікатором НМг15, а після паузи у 70…80 с - доливанням форми крізь іншу ливникову систему із сфероїдизувальним модифікатором ФСМг7.

За таким конструктивно-технологічним варіантом у верхньому шарі виливка кристалізується перлітний високоміцний чавун з кулястим графітом, а в нижньому - перлітний чавун з ледебуритною евтектикою та окремими вкраплинами кулястого графіту з твердістю верхнього і нижнього шару, відповідно, 223...235НВ і 375 …388НВ.

За результатами виконаних досліджень теоретично обґрунтовано і практично реалізовано технологічний процес диференціації структури і властивостей сплаву в окремих частинах двобічних і двошарових виливків карбідостабілізувальним і сфероїдизувальним модифікуванням сірого чавуну евтектичного складу в ливарній формі.

У п'ятому розділі представлені результати дослідження процесу диференційованого графітизувального і сфероїдизувального модифікування в ливарній формі вихідного білого чавуну доевтектичного складу, схильного до кристалізації за метастабільною системою з вибіленням.

Враховуючи пряму пропорційну залежність зносостійкості від твердості, а твердості від кількості карбідів заліза в мікроструктурі, хімічний склад вихідного сплаву підтримували в діапазоні 2,6...3,0%С; 0,4...0,5% Si; 0,2...0,4%Mn; 0,04...0,06%Р; 0,02...0,03%S.

Обробленням результатів експериментів з двобічною плитою з Л-подібним перегином з прямуванням частини вихідного чавуну в одну боковину форми крізь реакційну камеру зі сфероїдизувальним модифікатором ФСМг7, а в іншу - без модифікування визначили, що твердість поверхні однієї боковини плити з високоміцного чавуну з кулястим графітом складає 217…229НВ, а твердість поверхні іншої боковини плити з немодифікованого білого чавуну досягає 388…401НВ. При цьому твердість обох боковин дещо збільшується в напрямі торців і зменшується в напрямі центрального перегину.

У центральних зонах поперечного перерізу виливків поряд з мікроструктурами білого і високоміцного чавуну з кулястим графітом спостерігаються ділянки мікроструктур половинчастого, а також сірого чавуну з різноманітними формами графіту.

Було висунуто припущення, що подібне явище викликане дифузією магнію і кремнію крізь Л-подібний перегин у рідкому і рідко-твердому сплаві з однієї частини плити в іншу. Для перевірки цього припущення в серії плавок висоту перегину послідовно зменшували з 25 до 5 мм, тим самим площу торцевого контакту двох зустрічних потоків різнорідних чавунів штучно скорочували у п'ять разів.

Аналіз результатів проведених експериментів показав, що при зменшенні площі торцевого контакту різнорідних потоків чавунів у ливарній формі відносна площа перерізу плити з половинчастого чавуну закономірно скорочується з 25% практично до нуля. При цьому диференціація структури і твердості чавунів у лівій і правій частинах біметалевих виливків стає більш вираженою. Хімічним аналізом встановлено, що за час від зіткнення двох потоків різнорідних чавунів до закінчення їх евтектичної кристалізації незначна частина сфероїдизувального магнію і графітизувального кремнію дифундують із чавуну однієї частини виливка в іншу його частину. При цьому в результаті перерозподілу елементів-модифікаторів в осьовій зоні виливка порушуються оптимальні технологічні умови кристалізації суто білого або суто високоміцного чавуну.

Висока швидкість дифузії кремнію в рідкому і рідко-твердому чавуні підтверджує гіпотезу щодо флуктуаційного механізму і кінетики графітизувального модифікування чавуну, всупереч інокуляційної зародкової гіпотези.

Якщо в реакційну камеру замість сфероїдизувального модифікатора ФСМг7 завантажувати графітизувальний феросиліцій ФС75, одна з боковин плити стабільно кристалізується з сірого, а інша - з білого чавунів з різницею твердості до 180НВ.

Встановили, що позитивні результати диференціації властивостей двошарового виливка з вихідного білого чавуну з його частковим сфероїдизувальним модифікуванням сплавом ФСМг7 за двохетапним методом заливання досягаються після витримки між етапами 60…120 с.

Проте і в діапазоні витримок 60...120 с якість біметалевих виливків не однакова. Зокрема, після витримки протягом 60 с товщина вибіленого шару не рівномірна і збільшується в усі боки від термічного вузла виливка. У процесі витримки протягом 120 с на поверхні металу в недолитій формі утворюється проміжна оксидна плівка, яка призводить до часткового розшарування двох різнорідних чавунів.

При надмірно зайвій тривалості витримки в результаті відшарування формувальної суміші у порожнині неповністю залитої форми між шарами з білого і високоміцного чавунів може виявитися нерівномірний безформний прошарок спеченого кварцового піску.

При первинному пропусканні чавуну крізь реакційну камеру залишки її заряду, що не розчинилися, і продукти реакції модифікування затримуються в шлаковловлювачах, розташованих вище площини розніму форми. Переривання процесу заливання може призвести до виходу частини таких продуктів у робочу порожнину форми.

При подальшому доливанні вихідного чавуну на дзеркало металу з частинками модифікатора, що не розчинився, реакція модифікування може поновитися. У результаті поновлення реакції верхній шар вибіленого чавуну вражається великими газовими раковинами, утвореними парами магнію.

Якісний щільний злам з рівномірним за товщиною вибіленим шаром і чіткою перехідною зоною між білим і високоміцним чавунами забезпечує витримка між закінченням першого і початком другого етапу заливання форм крізь реакційну камеру з модифікатором протягом 90 с. Диференціація мікроструктури призводить до різниці твердості між верхньою і нижньою базовими площинами виливка до 140…150НВ. При цьому твердість верхньої поверхні плити в литому стані складає 220…240НВ, а нижньої - 370…390НВ.

Додатковий низькотемпературний відпал подібних двошарових виливків при 760°С протягом 4 годин з подальшим повільним їх охолоджуванням разом з піччю збільшує різницю твердості протилежних площин до 170…180НВ внаслідок повної феритизації металевої матриці чавуну з кулястим графітом.

За аналогічним конструктивно-технологічним варіантом з графітизувальним модифікуванням кристалізуються двобічні виливки з білого і сірого чавунів з різницею твердості 200...220НВ.

У шостому розділі наведені результати розроблення технологічних процесів виготовлення промислових двошарових і двобічних виливків із структурою і властивостями в'язко-пластичного високоміцного чавуну з кулястим графітом в одній частині і білого зносостійкого чавуну - в іншій частині деталі. Розроблена технологія пройшла успішні промислові випробування на Краматорському ТОВ ,,Лінгвей”, ВАТ ,,Старокраматорський машинобудівний завод”, Донецькому національному технічному університеті на двобічних і двошарових чавунних виливках ,,Плита бронефутерувальна”, ,,Ніж”, ,,Силова тяга”. Планова собівартість виробництва двошарових чавунних виливків у 1,45…1,6 рази нижча ніж монолітних виливків, виготовлених із зносостійкої сталі 110Г13Л.

ВИСНОВКИ

виливок чавун ливарний двошаровий

1. Сучасна техніка потребує значної кількості деталей, які повинні мати тверду зносостійку робочу поверхню або робочий елемент і пластичну ударостійку матричну підкладку або серцевину. Зносостійкість литих деталей машин і механізмів забезпечує вибілений чавун з твердими карбідами заліза в мікроструктурі, а підвищену пластичність та ударну в'язкість - високоміцний феритний чавун з кулястим графітом.

2. Більшість відомих технологічних процесів виробництва двошарових виливків базується на виплавлянні різнорідних чавунів в окремих плавильних печах з наступним їх послідовним заливанням у загальну ливарну форму або виливницю відцентрового лиття.

У роботі досліджені особливості нового способу диференціації мікроструктури і властивостей сплаву в окремих частинах виливка з чавуну, виплавленого в одній печі. Спосіб полягає в розділенні вихідного білого або сірого чавуну на два потоки, один з яких спрямовується безпосередньо у форму, а інший - спочатку піддається графітизувальному, сфероїдизувальному або карбідостабілізувальному модифікуванню в реакційній камері ливникової системи, а потім спрямовується в іншу частину форми. Можливе також модифікування обох потоків вихідного чавуну в двох реакційних камерах різними за функціональним призначенням модифікаторами.

3. Оптимальні результати внутрішньоформового графітизувального модифікування чавуну масою 10 кг, схильного до кристалізації з вибіленням, досягаються при використанні знепиленого феросиліцію ФС75 з розміром зерен 7,5±2,5 мм. Як заряд реакційної камери, який стабілізує карбіди заліза в структурі чавуну, схильного до кристалізації з графітизацією, рекомендовано нікель-магнієвий модифікатор НМг15 з розміром зерен до 10 мм, включаючи і пилоподібну фракцію. Для сфероїдизувального модифікування чавуну в ливарній формі доцільно застосовувати знепилений сплав ФСМг7 з розміром зерен 5,0±2,5 мм.

4. Карбідостабілізувальне модифікування сірого чавуну в одній боковині ливарної форми сплавом НМг15 і сфероїдизувальне модифікування сплавом ФСМг7 в іншій боковині призводить до диференціації структури і двократної різниці твердості білого і високоміцного чавунів лише в двобічній плиті з перерізом стінки 10 мм. За такими самими умовами в обох боковинах плити з перерізом стінки 25 мм кристалізується високоміцний чавун без вибілення однакової твердості 190…210НВ.

5. Після сфероїдизувального модифікування частини потоку білого чавуну сплавом ФСМг7 між боковинами двобічної плити з вихідного білого і модифікованого високоміцного чавунів досягається різниця у твердості у 140…170НВ. Однак у перехідній зоні термічного вузла виливка формується зона половинчастого чавуну. Зменшення площі контакту різнорідних чавунів знижує відносну площу перехідної зони. Графітизувальне модифікування частини потоку феросиліцієм ФС75 призводить до кристалізації двобічного виливка з сірого та білого чавунів з вузькою перехідною зоною половинчастого чавуну.

6. У результаті карбідостабілізувального модифікування сірого чавуну нижньої за розташуванням у формі частини виливка, паузи тривалістю 60…90 с для утворення на поверхні залитого метала твердої фази і доливання форми крізь другу ливникову систему без реакційної камери кристалізується двошаровий виливок висотою 50 мм з сірого чавуну з вибіленим нижнім шаром. Двократне модифікування вихідного сірого чавуну спочатку карбідостабілізувальним, а після паузи - сфероїдизувальним модифікаторами призводить до кристалізації в верхній частині порожнини форми перлітного високоміцного чавуну з кулястим графітом, а в нижній - вибіленого чавуну. За обома конструктивно-технологічними варіантами твердість зносостійкого шару складає 370…390, а матричної підкладки - 180…230НВ.

7. Диференціацією структури і властивостей білого чавуну сфероїдизувальним модифікуванням його частини досягається різниця твердості протилежних поверхонь двошарової плити 140…150НВ, яка може бути підвищена до 170…180НВ низькотемпературним феритизувальним відпалом. За аналогічним конструктивно-технологічним варіантом з графітизувальним модифікуванням кристалізуються двошарові виливки з білого і сірого чавунів з різницею твердості 200…220НВ.

8. Новий спосіб потребує індивідуальної оптимізації технологічних параметрів заливання форм і внутрішньоформового модифікування чавуну для кожного типорозміру виливків. Порушення відпрацьованих режимів може викликати появу оксидних плівок, усадкових і газових раковин, шлакових і піщаних включень в перехідній зоні між шарами виливка з білого та високоміцного або сірого чавунів.

9. Розроблений технологічний процес виробництва двошарових чавунних виливків витримав успішні промислові випробування на підприємствах. Планова собівартість виробництва двошарових чавунних виливків у 1,45…1,6 рази нижча, ніж монолітних виливків, виготовлених із сталі 110Г13Л.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Косячков В. А., Фесенка М. А., Денисенко Д. В. Перспективы производства биметаллических отливок модифицированием чугуна в литейной форме // Процессы литья.- 2004. - №4. - С. 80-84.

2. Фесенко М. А. Оптимизация состава присадки для графитизирующего модифицирования чугуна в литейной форме // Литейное производство. - 2005. - №10. - С. 13-15.

3. Косячков В. А., Фесенко М. А., Денисенко Д. В. Оптимизация присадок для дифференцированного графитизирующего, карбидостабилизирующего и сфероидизирующего модифицирования чугуна в литейной форме // Процессы литья. - 2005. - №4. - С. 34-40.

4. Модифицирование чугуна в литейной форме сфероидизирующими присадками / А. П. Макаревич, М. А. Фесенко, А. Н. Фесенко, В. А. Косячков // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. - 2005. - №2. - С. 101-106.

5. Косячков В. А., Фесенко М. А., Чайковский А. А. Дифференциация структуры и свойств сечения стенки отливки модифицированием чугуна в литейной форме // Процессы литья. - 2006. - №1. - С. 85-90.

6. Чернега Д. Ф., Косячков В. А., Фесенко М. А. Нові технологічні варіанти сфероїдизуючого модифікування чавуну в ливарній формі // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета и Северо-Восточного научного центра Транспортной академии Украины: Сборник научных трудов.- Харьков, 2006. - Выпуск 33. - С. 9-11.

7. Косячков В. А., Фесенко М. А. Интенсификация растворения мелкодисперсной присадки при модифицировании чугуна в литейной форме // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2006. - 5 /1 (23). - С. 41-45.

8. Косячков В. А., Фесенко М. А. Взаимодействие белого и магниевого чугуна, модифицированного в литейной форме // Процессы литья. - 2006. - №4. - С. 40-47.

9. Патент України №6778. МПК. 7С21С1/00. Спосіб модифікування чавуну у реакційній камері ливарної форми / В. О. Косячков, О. П. Макаревич, М. А. Фесенко - Заявл. 19.11.2004; Опубл. 16.05.05; Бюл. № 5.

10. Патент України №09104. МПК. В22D27/00 Спосіб обробки чавуну в ливарній формі / А. М. Фесенко, М. А. Фесенко - Заявл. 26.09.2005; Опубл. 17.04.06; Бюл. № 5.

11. Патент України № 09284. МПК. В22D27/00. Спосіб обробки рідкого металу в ливарній формі / А. М. Фесенко, М. А. Фесенко - Заявл.03.10.2005; Опубл. 17.04.06; Бюл. № 5.

12. Макаревич А. П., Фесенко М. А., Фесенко А. Н. Технология получения отливок повышенного качества для тяжелого машиностроения // Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку: Матеріали II міжнародної науково-технічної конференції 1-3 червня 2004 р. - Краматорськ: ДДМА, 2004. - С. 92.

13. Косячков В. А., Фесенко М. А., Фесенко А. Н. Оптимизация гранулометрического состава модификатора при внутриформенном модифицировании чугуна // Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку: Матеріали третьої міжнародної науково- технічної конференції 31 травня - 3 червня. 2005 р. - Краматорськ: ДДМА, 2005. - С. 59.

14. Сфероидизирующее модифицирование чугуна в литейной форме / А. П. Макаревич, М. А. Фесенко, В. А. Косячков, А. Н. Фесенко // Материалы Международной специализированной конференции-выставки „Литье. Металлообработка 2005”. 16-18 марта 2005 г. -Запорожье, 2005. - С. 40-51.

15. Косячков В. А., Фесенко М. А., Денисенко Д. В. Оптимизация заряда реакционной камеры при модифицировании чугуна в литейной форме // Экономический путь к высококачественному литью: Тез. докл. Международного научно-технического конгресса. - Киев, 2005. - С. 89-91.

16. Косячков В. А., Фесенко М. А. Дифференциация свойств локальных частей отливок модифицированием чугуна в литейной форме // Международный научно-технический конгресс “Процессы плавки, обработки и разливки металлов: отливки, слитки, заготовки”. - Тез. докл. - 6-7 июня 2006 г. - Киев: ФТИМС, 2006. - С. 66-68.

17. Фесенко А. Н., Косячков В. А., Фесенко М. А. Технологические особенности модифицирования чугуна в литейной форме // Матеріали другої Міжнародної науково-практичної конференції „Наукові дослідження - теорія та експеримент 2006”. 15-17 травня 2006 р.- Полтава: “ІнтерГрафіка”, 2006. - С. 71-74.

18. Косячков В. А., Фесенка М. А. Дифференциация структуры и свойств чугунных отливок методом внутриформенного модифицирования // Сб. материалов первой международной научно-технической конференции молодых специалистов “Азовмаш 2006”. - С. 67.

Особистий внесок здобувача в опублікованих у співавторстві роботах:

[1, 3-8] - планування експерименту, розроблення методики, проведення експериментальних досліджень, оброблення і оцінка результатів.

[9, 10, 11] - проведення експериментальних перевірок нових технічних рішень, покладених у формулу винаходу, оформлення заявок на винахід.

[12-18] - проведення експериментальних досліджень, оброблення і оцінка результатів, написання тез доповідей.

АННОТАЦИЯ

Фесенко М.А. Дифференциация свойств частей отливки модифицированием чугуна в литейной форме: Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.04 - Литейное производство. - Национальный технический университет Украины ,,Киевский политехнический институт”, Киев, 2007 г.

Диссертационная работа посвящена разработке технологического процесса дифференцированного модифицирования жидкого чугуна в реакционных камерах литниковой системы литейной формы для производства отливок с твердым износостойким поверхностным рабочим слоем и вязкой ударостойкой основой или сердцевиной.

В работе представлен анализ современного состояния теории и технологии производства двухслойных и двусторонних чугунных отливок с дифференцированными свойствами отдельных частей или поверхностей. Приведена номенклатура двухслойных и двусторонних отливок и основные требования к их материалу в зависимости от условий эксплуатации. Проанализированы преимущества и недостатки основных методов производства двухслойных и двусторонних чугунных отливок. Рассмотрены теоретические и технологические особенности получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, как одного из наиболее перспективных ударостойких материалов для изготовления двухслойных чугунных отливок в паре с износостойким белым чугуном. Проведен анализ современных способов модифицирования чугуна и состава модификаторов, которые при этом используются. Показано, что наиболее перспективным является способ сфероидизирующего модифицирования чугуна непосредственно в реакционной камере литейной формы, который имеет комплекс преимуществ по сравнению с ковшевыми методами модифицирования. Определены основные факторы, которые лимитируют процесс растворения модификатора в реакционной камере литниковой системы во время заливки литейной формы чугуном. Отмечены недостатки метода, среди которых - возможность неравномерного растворения модификатора в потоке чугуна и соответствующая неоднородность структуры и свойств сплава в отдельных частях сечениях стенок отливки.

Описана методика и основные методы теоретических и экспериментальных исследований, приведена характеристика используемых материалов.

Методами физического моделирования на прозрачных моделях проведены исследования процессов взаимодействия твердой и жидкой фаз в реакционной камере литниковой системы и в рабочей полости литейной формы во время ее заливки. Результаты моделирования позволили выявить основные закономерности процесса и подтвердить существующие представления о поверхностном, послойном и объемном механизме взаимодействия зернистого модификатора с расплавом в реакционной камере. Доказаны преимущества более интенсивного послойного гидродинамического взаимодействия твердой и жидкой фаз в реакционной камере литниковой системы в сравнении с поверхностным или объемным механизмами взаимодействия.

...