Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок

Представлены преимущества нового метода производства полых заготовок из чугуна. Рас- смотрены тепловое состояние кристаллизатора при циклических температурных воздействиях на его внутреннюю поверхность, затвердевание отливки и структурообразование чугуна в условиях интенсивного одностороннего тепл...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Марукович, Е.И., Бевза, В.Ф., Груша, В.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2011
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Новые методы и прогрессивные технологии литья
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114831
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок / Е.И. Марукович, В.Ф. Бевза, В.П. Груша // Процессы литья. — 2011. — № 4. — С. 7-12. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-114831
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1148312017-03-19T03:01:45Z Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок Марукович, Е.И. Бевза, В.Ф. Груша, В.П. Новые методы и прогрессивные технологии литья Представлены преимущества нового метода производства полых заготовок из чугуна. Рас- смотрены тепловое состояние кристаллизатора при циклических температурных воздействиях на его внутреннюю поверхность, затвердевание отливки и структурообразование чугуна в условиях интенсивного одностороннего теплоотвода. Приведены сравнительные данные по свойствам и эксплуатационным характеристикам деталей, полученных различными способами литья, а также техническая характеристика литейного оборудования. Подана перевага нового методу виробництва порожнистих заготовок з чавуну. Розглянуто тепловий стан кристалізатора при циклічних температурних діяннях на його внутрішню поверхню, твердіння виливки та структуроутворення чавуну в умовах інтенсивного одностороннього тепловідводу. Наведено порівняльні дані по властивостям та експлуатаційним характеристикам деталів, які отримані різними способами лиття, а також технічні характеристики ливарного обладнання. Advantages of new method of manufacture of hollow billets of cast iron are presented. Thermal condition of crystallizer at iterative temperature influences on its internal surface, solidification of casting and structurization of cast iron in the conditions of intensive unilateral heat sink are examined. Comparative data on properties and operational characteristics of the details obtained by various methods of casting are shown. The technical characteristic of foundry equipment is presented. 2011 Article Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок / Е.И. Марукович, В.Ф. Бевза, В.П. Груша // Процессы литья. — 2011. — № 4. — С. 7-12. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114831 621.74.047 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья
spellingShingle	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Марукович, Е.И. Бевза, В.Ф. Груша, В.П. Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок Процессы литья
description	Представлены преимущества нового метода производства полых заготовок из чугуна. Рас- смотрены тепловое состояние кристаллизатора при циклических температурных воздействиях на его внутреннюю поверхность, затвердевание отливки и структурообразование чугуна в условиях интенсивного одностороннего теплоотвода. Приведены сравнительные данные по свойствам и эксплуатационным характеристикам деталей, полученных различными способами литья, а также техническая характеристика литейного оборудования.
format	Article
author	Марукович, Е.И. Бевза, В.Ф. Груша, В.П.
author_facet	Марукович, Е.И. Бевза, В.Ф. Груша, В.П.
author_sort	Марукович, Е.И.
title	Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок
title_short	Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок
title_full	Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок
title_fullStr	Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок
title_full_unstemmed	Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок
title_sort	намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Новые методы и прогрессивные технологии литья
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114831
citation_txt	Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок / Е.И. Марукович, В.Ф. Бевза, В.П. Груша // Процессы литья. — 2011. — № 4. — С. 7-12. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT marukovičei namoraživanienovyjéffektivnyjmetodlitʹâvysokokačestvennyhzagotovok AT bevzavf namoraživanienovyjéffektivnyjmetodlitʹâvysokokačestvennyhzagotovok AT grušavp namoraživanienovyjéffektivnyjmetodlitʹâvysokokačestvennyhzagotovok
first_indexed	2025-07-08T07:51:52Z
last_indexed	2025-07-08T07:51:52Z
_version_	1837064376964612096
fulltext	ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 4 (88) 7 Новые методы и прогрессивные технологии литья 2. Зуев А. Б. К истории процесса литья в твердожидком состоянии // Литейн. пр-во. – 2003. − № 4. – С. 20-22. 3. Пат. 85981 Украина, С2. Спосіб тиксолиття виливка / В. П. Головаченко, Г. П. Борисов, В. М. Дука. – Опубл. 10.03.2009, Бюл. № 5. 4. Добаткин В. И., Эскин Г. И. Закономерности модифицирования и недендритной кристал- лизации легких сплавов // Процессы литья. – 1992. – № 1. – С. 31-32. 5. Kaufmann Н., Fragner W., Uggowitzer P. Influence of Variations in Alloy Composition on Castabi- lity and Process Stability. Semi-solid Casting Processes // International Journal of Cast Me- tals Research. − 2005. − Vol. 18, № 5. − P. 279-283. 6. Гидромоделирование процесса виброциркуляционной обработки алюминиевых сплавов и ее влияние на структуру и свойства отливок / В. П. Головаченко, Г. П. Борисов, Н. П. Исайче- ва и др. // Процессы литья. – 2004. − № 1. – С. 30-33. 7. Смульский А. А., Семенченко А. И., Елов С. М. Термический анализ алюминиевых сплавов // Процессы литья. − 2002. − № 1. − С. 10-16. Поступила 18.04.2011 УДК 621.74.047 Е. И. Марукович, В. ф. Бевза, В. П. Груша Институт технологии металлов НАН Беларуси, Могилев НАМОРАжИВАНИЕ – НОВЫй ЭффЕКТИВНЫй МЕТОД ЛИТЬЯ ВЫСОКОКАчЕСТВЕННЫХ зАГОТОВОК Представлены преимущества нового метода производства полых заготовок из чугуна. Рас- смотрены тепловое состояние кристаллизатора при циклических температурных воздействи- ях на его внутреннюю поверхность, затвердевание отливки и структурообразование чугуна в условиях интенсивного одностороннего теплоотвода. Приведены сравнительные данные по свойствам и эксплуатационным характеристикам деталей, полученных различными спо- собами литья, а также техническая характеристика литейного оборудования. Ключевые слова: чугун, кристаллизатор, направленное затвердевание (намораживание), отливка, тепловой поток, свойства. Подана перевага нового методу виробництва порожнистих заготовок з чавуну. Розгляну- то тепловий стан кристалізатора при циклічних температурних діяннях на його внутрішню поверхню, твердіння виливки та структуроутворення чавуну в умовах інтенсивного одно- стороннього тепловідводу. Наведено порівняльні дані по властивостям та експлуатаційним характеристикам деталів, які отримані різними способами лиття, а також технічні характе- ристики ливарного обладнання. Ключові слова: чавун, кристалізатор, спрямоване затвердіння (наморожування), виливка, тепловий потік, властивості. Advantages of new method of manufacture of hollow billets of cast iron are presented. Thermal condition of crystallizer at iterative temperature influences on its internal surface, solidification of casting and structurization of cast iron in the conditions of intensive unilateral heat sink are examined. Comparative data on properties and operational characteristics of the details obtained by various methods of casting are shown. The technical characteristic of foundry equipment is presented. Keywords: cast iron, crystallizer, directional solidification (freezing-up), casting, heat current, properties. 8 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 4 (88) Новые методы и прогрессивные технологии литья Введение Организация направленного затвердевания металла в процессе формирования отливки позволяет исключить большинство литейных дефектов, получить плот- ную мелкодисперсную структуру и высокие механические свойства. В Институте технологии металлов Национальной академии наук Беларуси разработан принци- пиально новый метод получения полых цилиндрических заготовок без примене- ния стержня путем направленного затвердевания (намораживания) из различных типов чугунов [1–4]. Сущность метода заключается в сле- дующем (рис. 1). Жидкий металл через сифоновую литниковую систему 1 и сое- динительный стакан 2 подают в стальной водоохлаждаемый кристаллизатор, со- стоящий из стационарной 3 и подвижной 4 частей, до его заполнения на высоту, равную высоте получаемой отливки 5. Затем подачу металла прекращают и делают выдержку для намораживания стенки заготовки необходимой толщи- ны. Затвердевшую корку 5, составляю- щую тело отливки, извлекают захватами 4 вверх из расплава и стационарного кристаллизатора 3 на величину, превы- шающую его высоту. Одновременно с началом извлечения заготовки расплав, находящийся в ее осевой части, попада- ет на освобождающиеся участки рабочей втулки кристаллизатора 3 и начинается намораживание следующей отливки. В это время в кристаллизатор через сифонную литниковую систему, обеспечивающую плавное заполнение, подают новую порцию расплава, объемом, равным объему извлеченной отливки, возвращают подвижную часть кристаллизатора в исходное положение и вновь заполняют его до заданного уровня. Цикл повторяется. Таким образом, затвердевание металла в кристаллизаторе происходит непрерыв- но в течение всего времени разливки, а заготовки извлекают циклически с заданным периодом. В результате в непрерывно-циклическом режиме литья получают полые заготовки мерной длины, равной высоте кристаллизатора. В связи с этим метод получил название «непрерывно-циклическое литье намораживанием» (НЦЛН). Основными принципиальными преимуществами нового метода по сравнению со всеми существующими являются: − сочетание интенсивного одностороннего теплоотвода, определяющего полу- чение плотной мелкодисперсной структуры, с постоянным избыточным питанием фронта затвердевания перегретым расплавом в течение всего времени формиро- вания отливки в кристаллизаторе, исключающим появление усадочной и газовой пористости, раковин, неметаллических включений и т. п.; − возможность управления процессом структурообразования чугуна вне формы за счет использования первичного тепла отливки, температура которой после из- влечения из кристаллизатора всегда выше Ас 3 ; − отсутствие внутреннего стержня, что исключает возникновение в отливке боль- ших напряжений и брак по горячим трещинам; − высокая производительность процесса литья и получение заготовок мерной длины без операции порезки в условиях непрерывной разливки. Методика исследований и эксперимент Исследования проводились при литье заготовок из серого чугуна в кристалли- Рис. 1. Принципиальная схема непрерывно- циклического литья полых заготовок намо- раживанием: 1 – металлопровод; 2 – соеди- нительный стакан; 3 – стационарная часть кристаллизатора; 4 – подвижная часть кри- сталлизатора (захваты); 5 – отливка ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 4 (88) 9 Новые методы и прогрессивные технологии литья заторы скольжения с рабочими втулками, изготовленными из малоуглеродистой нестареющей стали, имеющей удовлетворительные характеристики по термиче- ской стойкости и позволяющие создавать сварные конструкции. Толщина стенки варьировалась в пределах от 7 до 28 мм, диаметр – от 50 до 200 мм. При НЦЛН основным элементом, играющим роль формообразователя и тепло- обменника для затвердевающей отливки, является кристаллизатор. Устойчивость процесса литья и качество получаемых заготовок определяются его работоспо- собностью, которая во многом зависит от температурных условий работы. Темпе- ратурное поле рабочей втулки обуславливается, в основном, теплофизическими характеристиками материала втулки, ее геометрическими параметрами (толщина стенки Х 2 , диаметр D 1 ) и режимом теплового нагружения, которые при непрерывных процессах литья зависят от условий взаимодействия рабочей втулки кристаллизатора с жидким металлом и затвердевающей коркой. В момент контакта с жидким ме- таллом температура рабочей поверхности резко возрастает до максимального значения (рис. 2, кривая 1). Скорость повышения температуры в этот момент превышает 150 К/с. Затем, после образования твердой оболочки, ее темпера- тура относительно плавно уменьшается. Размах колебаний температуры на рабочей поверхности в течение цикла составляет около 180 К. По мере удаления от рабочей поверхности колебания температуры заметно уменьшаются и на водоохлаждаемой поверхности не превышают 5 % от амплитуды колебаний на рабочей поверхности. На основе проведенных исследований и опыта эксплуатации кристаллизаторов рекомендуется применять рабочие втулки из малоуглеродистой стали с толщиной стенки 8-16 мм. Причем, большую толщину Х 2 следует применять при литье заго- товок большего диаметра. Затвердевание и охлаждение отливок Условия затвердевания отливок, в основном, определяются характером изме- нения и величиной плотности теплового потока на рабочей поверхности кристал- лизатора. Установлено, что изменение плотности теплового потока в течение цикла носит такой же характер, как и изменение температуры (рис. 3, кривая 1). Анализ показывает, что соответственно характеру изменения удельного тепло- Рис. 2. Изменение температуры стенки кристаллизатора в течение одного цикла на различном удалении (х) от рабо- чей поверхности (∅ 157; Х 2 = 11,85 мм); кривая 1 – х = 0; 2, 3 – 1,75; 4 – 6,0; 5 – 10,9; 6 – 11,85 мм; _____ – эксперимент; ---------- – расчет Т, оС 300 200 100 0 5 10 15 20 t, c 5 1 3 2 6 4 10 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 4 (88) Новые методы и прогрессивные технологии литья вого потока изменяется и скорость затвердевания отливки. В начальный период, когда тепловой поток имеет максимальное значение, скорость затвердевания ме- талла превышает 3 мм/с (рис. 3, кривая 2). По мере нарастания твердой корки она резко падает в первые 10 с до 0,5 мм/с, а затем плавно уменьшается до 0,3 мм/с в последующие периоды формирования. Полученная взаимосвязь тепловых па- раметров и кинетики нарастания твердой корки в условиях постоянного перегрева на фронте затвердевания дает возмож- ность провести анализ изменения усло- вий первичной кристаллизации чугуна и прогнозировать характер структуры отли- вок по толщине стенки, что обеспечивает обоснованный выбор режима вторичного охлаждения для получения заданной ко- нечной структуры. После намораживания заданной толщины стенки отливку удаляют из кри- сталлизатора и расплава, ее охлажде- ние происходит вне формы [5]. Условия охлаждения в этот период оказывают большое влияние на формирование ко- нечной структуры и свойств отливки. При НЦЛН появляется возможность в достаточно широких пределах изменять интенсивность охлаждения отливки и соответственно оказывать влияние на процессы структурообразования. Например, для получения феррито-перлитной либо ферритной металлической матрицы применяют экранирование и снижают скорость охлаждения отливок в интервале температур 1000-800 0С до 0,4-0,6 К/с при использовании индивидуальных экранов и до 0,1 К/с – при применении стацио- нарной камеры, футерованной огнеупорным кирпичом. Для получения перлитной матрицы отливки охлаждают на воздухе в естественных условиях. В результате, с помощью соответствующих приемов (экранирование, подогрев либо принудитель- ное охлаждение) на различных стадиях охлаждения отливок оптимизируют режим теплоотвода с точки зрения получения заданной структуры, свойств и минимизации остаточных напряжений. Структура и свойства отливок Качество чугунных отливок определяется характером включений графита и структурой металлической матрицы, от которой зависят механические и служеб- ные свойства деталей. В качестве показателей микроструктуры приняты величина графитных включений (ПГд), содержание структурно-свободного цементита (Ц) и феррита (Фе). Толщина стенки отливки (ξ) и шероховатость ее внутренней поверх- ности (∆ξ/ξ, где ∆ξ − усредненная высота выступов) также отнесены к показателям качества, так как непосредственно зависят от технологических параметров процес- са. На рассмотренные показатели влияют следующие основные технологические факторы: время формирования отливки (12 с ≤ t ≤ 34 c), температура подачи металла в кристаллизатор (1180 0С ≤ Тс ≤1380 0С); скорость охлаждения отливки вне кристал- лизатора до температуры перлитного превращения (0,12 К/с ≤ W ≤1,75 К/с); условия проведения перлитного превращения (на воздухе в естественных условиях, при экранировании); химический состав чугуна, учитываемый степенью эвтектичности q 1 , МВт/м2 2 2 2 2 2 dξ ⁄ dτ, мм/с 20 40 60 t, c 1 2 Рис. 3. Изменение удельного теплового пото- ка на рабочей поверхности кристаллизатора (1) и скорости затвердевания серого чугуна (2) в течение времени формирования ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 4 (88) 11 Новые методы и прогрессивные технологии литья (0,74 ≤ Sэ ≤ 1,0); содержание кремния (1,26 ≤ Si ≤ 2,5); объединенный коэффициент (-0,13 ≤ С k ≤ -0,04), учитывающие влияние легирующих элементов на отбел. В общем виде регрессионная зависимость между показателями качества отливки и параметрами процесса литья может быть представлена следующим образом: ξ = f1 (t, Sэ, Тс, Х2); 2 э с( , ) ;,f t S Т Dx = x ПГд = f3 (t, Sэ, Ск); Ц = f4 (t, Sэ, Ск, W); Фе = f5 (Si, Sэ). Создание оптимальных условий формирования отливок при литье наморажи- ванием обеспечивает существенное повышение прочностных и эксплуатационных характеристик материала. Сравнительные испытания поршневых колец (ПК), из- готовленных из отливок, полученных различными способами литья, показали, что наибольшей стойкостью к износу и задиру, а также высокими упругими свойствами обладают ПК, изготовленные НЦЛН. Анализу подвергались ПК и заготовки, по- лученные литьем в песчаные формы (ПФ), непрерывным горизонтальным литьем (НГЛ) и НЦЛН (таблица). Полученные результаты по принципиально новому методу позволили организо- вать производство высококачественных деталей с высокими эксплуатационными характеристиками из различных типов чугунов. Для реализации этого метода литья полых цилиндрических заготовок был создан комплекс специального литейного оборудования и технологической оснастки. Полуавтоматическая литейная машина с возвратно-вращательным перемещением рабочего органа (рис. 4) имеет следую- щие технические характеристики: Размеры отливок, мм: наружный диаметр…………………………………………. 50-200 высота………………………........................................ 100-250 толщина стенки………………………………………….….. 10-30 Производительность, шт/ч…….......................................... 60-180 Расход оборотной охлаждающей воды, м3/ч…………………. 20 Привод…………………………………………………………….… пневманический Рабочее давление воздуха, МПа………………………………... 0,5 Расход воздуха, нм3/ч……………………………………………..... 100 Система управления……………………………………………. электрическая Способ литья Твердость, НВ Прочность σв/σ-1, МПа Износ, мг/100 ч Сопротивление задиру, Р3, МПа Упругость, Н НГЛ 235 229/121 51,2/70,6 20,8 8,5-10,0 НЦЛН 241 320/125 47,5/69,8 21,7 9,0-11,0 ПФ 235 295/115 54,3/72,7 18,4 6,0-8,0 Свойства поршневых колец, изготовленных из отливок, полученных раз- личными методами литья в числителе – ПК; в знаменателе – гильза цилиндра 12 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2011. № 4 (88) Новые методы и прогрессивные технологии литья Масса, кг…………………………………………………………..…......1500 Габаритные размеры машины, мм……………………………......1000×1500×2000 заключение Разработанный технологиче- ский процесс обеспечивает: − значительное повышение комплекса механических свойств материала отливок и ресурса ра- боты деталей; − получение заготовок с задан- ной структурой без дополнитель- ной термической обработки; − высокую производительность процесса литья; − получение заготовок задан- ной длины без операции разрезки в условиях непрерывного литья; − улучшение экологической обстановки. Созданы оригинальное литей- ное оборудование и специализи- рованное предприятие – УЧ НПП «Технолит» в г. Могилеве, которое осуществляет промышленный выпуск по новой технологии более 700 наименований изделий от- ветственного назначения из специальных чугунов. 1. Непрерывное литье намораживанием / В. Ф. Бевза, Е. И. Марукович, З. Д. Павленко, В. И. Тутов. – Минск: Наука и техника, 1979. – 208 с. 2. А. с. 799241 СССР. Способ непрерывного литья полых заготовок / А. Г. Анисович, В. Ф. Бев- за, В. С. Мазько, Е. И. Марукович, Г. Е. Иванов. – Опубл. 1979, Бюл. № 3. 3. Марукович Е. И., Бевза В. Ф., Груша В. П. Реализация концепции пристеночной кристал- лизации для получения высококачественных полых цилиндрических заготовок из чугуна. Материалы, технологии и оборудование в производстве эксплуатации, ремонте и модер- низации машин. – Новополоцк, 2007. – С. 33-35. 4. Толочко Н. К., Марукович Е. И., Бевза В. Ф. Современные литейные технологии // Литье чугуна намораживанием. – Минск: БГАТУ, 2009. – С. 29-60. 5. Анисович Г. А., Бевза В. Ф. Охлаждение отливки при циклическом литье намораживанием. // Докл. АН БССР. – 1986. – Т. ХХХ, № 11. – С. 991-994. Поступила 12.01.2011 Рис. 4. Общий вид машины НЦЛН

Намораживание – новый эффективный метод литья высококачественных заготовок

Репозитарії

Схожі ресурси