Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил
Рассмотрены центробежнолитые валки большой массы. Показано, что центробежные силы способствуют формированию более плотной и равномерной структуры. Рабочий слой таких валков характеризуется максимальным количеством более твердых составляющих (мартенсит, цементит), незначительной долей графита и отсут...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2012
|
| Назва видання: | Металл и литье Украины |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131138 |
| 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: | Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил / Н.А. Жижкина // Металл и литье Украины. — 2012. — № 12. — С. 11-13. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-131138 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1311382018-03-15T03:02:37Z Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил Жижкина, Н.А. Рассмотрены центробежнолитые валки большой массы. Показано, что центробежные силы способствуют формированию более плотной и равномерной структуры. Рабочий слой таких валков характеризуется максимальным количеством более твердых составляющих (мартенсит, цементит), незначительной долей графита и отсутствием перлита. Установлено, что в результате послойного вовлечения во вращение горячего металла наблюдается различие в ориентации структурных составляющих по глубине рабочего слоя. Розглянуто відцентрові валки великої маси. Показано, що відцентрові сили сприяють формуванню більш щільної та рівномірної структури. Робочий шар таких валків характеризується максимальною кількістю більш твердих складових (мартенсит, цементит), незначною часткою графіту та відсутністю перлиту. Встановлено, що в результаті пошарового втягування в обертання гарячого металу спостерігається відмінність в орієнтації структурних складових вздовж робочого шару. The centrifugal casting rolls of high mass are described. It is shown that centrifugal forces conduce to formation of more solid and uniform structure. The working layer of such rolls is characterized by maximal quality of more hard components (martensite, carbides), slight part of graphite and absence of pearlite. It is established that as a result of layer drawing into rotation of hot metal some distinctions of structural components’ orientation along depth of working layer are observed. 2012 Article Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил / Н.А. Жижкина // Металл и литье Украины. — 2012. — № 12. — С. 11-13. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131138 621.74.042:621.74.046 ru Металл и литье Украины 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 |
| description |
Рассмотрены центробежнолитые валки большой массы. Показано, что центробежные силы способствуют формированию более плотной и равномерной структуры. Рабочий слой таких валков характеризуется максимальным количеством более твердых составляющих (мартенсит, цементит), незначительной долей графита и отсутствием перлита. Установлено, что в результате послойного вовлечения во вращение горячего металла наблюдается различие в ориентации структурных составляющих по глубине рабочего слоя. |
| format |
Article |
| author |
Жижкина, Н.А. |
| spellingShingle |
Жижкина, Н.А. Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил Металл и литье Украины |
| author_facet |
Жижкина, Н.А. |
| author_sort |
Жижкина, Н.А. |
| title |
Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил |
| title_short |
Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил |
| title_full |
Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил |
| title_fullStr |
Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил |
| title_full_unstemmed |
Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил |
| title_sort |
структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131138 |
| citation_txt |
Структурообразование высоколегированного чугуна в поле действия центробежных сил / Н.А. Жижкина // Металл и литье Украины. — 2012. — № 12. — С. 11-13. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT žižkinana strukturoobrazovanievysokolegirovannogočugunavpoledejstviâcentrobežnyhsil |
| first_indexed |
2025-07-09T14:49:56Z |
| last_indexed |
2025-07-09T14:49:56Z |
| _version_ |
1837181275864039424 |
| fulltext |
10 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’201210 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012
УДК 621.74.042:621.74.046
Н. А. Жижкина
Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля, Луганск
Структурообразование высоколегированного чугуна
в поле действия центробежных сил
Рассмотрены центробежнолитые валки большой массы. Показано, что центробежные силы способствуют
формированию более плотной и равномерной структуры. Рабочий слой таких валков характеризуется
максимальным количеством более твердых составляющих (мартенсит, цементит), незначительной долей
графита и отсутствием перлита. Установлено, что в результате послойного вовлечения во вращение горячего
металла наблюдается различие в ориентации структурных составляющих по глубине рабочего слоя.
П
остановка проблемы и ее связь с важными на-
учными и практическими задачами. Повышение
конкурентоспособности продукции, производи-
мой металлургическими предприятиями, нераз-
рывно связано с совершенствованием используемо-
го сменного оборудования, к числу которого следует
отнести и валки. Являясь основным прокатным инст-
рументом, они должны обладать высокими показа-
телями износостойкости и пластичности. В связи с
этим такие детали изготавливают двухслойными –
с рабочим слоем (из износостойких сплавов) и серд-
цевиной (из пластичных материалов).
Известно [1, 2], что наиболее эффективным спо-
собом изготовления массивных валков является
центробежное литье, которое не только обеспечи-
вает необходимый уровень их свойств, но и расши-
ряет возможности в управлении качеством прокат-
ного инструмента путем регулирования различных
технологических параметров (скорости вращения
формы, величины ее теплоизоляционного покрытия,
химического состава рабочего слоя и сердцевины,
температуры их заливки, продолжительности всего
процесса литья).
Сущность такого процесса заключается в послой-
ном заполнении вращающейся формы сначала ме-
таллом рабочего слоя той части, которая образует
бочку валка, а затем расплавом сердцевины – полос-
ти, формирующей шейки изделия. Процессы заливки
формы расплавами и затвердевание таких отливок
состоят из гидростатических и гидродинамических
явлений, которые проистекают под влиянием изме-
няющихся во времени центробежных сил и теплово-
го потока.
Вместе с тем переход сплава из жидкого состоя-
ния в твердое неразрывно связан с фазовыми пре-
вращениями. Они определяются, с одной стороны,
количеством образующейся во времени твердой фа-
зы, а с другой – расположением и формой ее крис-
таллов [3]. Следовательно, процесс формирования
структуры рабочего слоя определяется не только
теплотехническими параметрами, но и большим
количеством разнообразных физических и физико-
химических факторов.
В связи с этим важным для валкового производ-
ства является оценка влияния центробежных сил на
формирование рабочего слоя отливок из хромонике-
левого чугуна.
Анализ последних исследований и публикаций.
Для формирования рабочего слоя валков применяют
стали и чугуны различных составов. Их выбор зави-
сит от назначения и условий эксплуатации прокатно-
го инструмента. В черновых клетях наиболее прием-
лемы стальные литые и низколегированные чугунные
валки с твердостью 64-70 HSD. Для чистовых групп
клетей используют хромоникелевые чугунные валки
твердостью 74-80 HSD [2], которые дополнитель-
но легируют ванадием, молибденом, вольфрамом и
другими компонентами для повышения прочности, а
также износо- и термостойкости [4]. Установлено, что
введение ванадия в количестве до 0,5 % измельчает
структуру и способствует повышению механических
свойств рабочего слоя валков. Аналогичное влияние
оказывает молибден в количестве до 0,6 %. Большое
содержание никеля (более 3,5 %) в чугуне способ-
ствует процессу графитизации. Введение молибде-
на или вольфрама препятствует такому процессу
и, тем самым, повышает твердость рабочего слоя,
а, следовательно, и износостойкость. При этом ус-
тановлено, что совместное введение молибдена
и ванадия не оказывает значительного влияния на
изменение уровня твердости, а совместное приме-
нение молибдена, ванадия и вольфрама повышает
уровень твердости.
Исследования структуры рабочего слоя вал-
ков, изготовленных по различным технологиям [5]
показали, что образец центробежнолитого изделия
имеет более плотную (размеры дендритов меньше
в 2 раза) и равномерную (разброс значений измерен-
ных значений незначительный) первичную структу-
ру по сравнению с темплетом отливки, полученной
в стационарной форме. При этом установлено, что
сочетание центробежной силы и более высокой
скорости кристаллизации отливки способствует уве-
личению объемной доли более твердых фаз (цемен-
тита и мартенсита). В металлической матрице цент-
робежной заготовки перлит отсутствует. Структура
Ключевые слова: валок, высоколегированный чугун, рабочий слой, структура, центробежное литье
12 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’201212 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012
характеризуется незначительной долей бейнита и
графита, что способствует повышению уровня твер-
дости рабочего слоя.
Цель работы – изучение особенностей структу-
рообразования рабочего слоя массивных валков в
поле действия центробежных сил, для достижения
которой поставлены и решены следующие задачи:
проанализирован процесс охлаждения хромони-
келевого чугуна в условиях центробежного литья;
оценены структурные изменения вдоль всей глуби-
ны затвердевшего рабочего слоя.
Основной материал исследований и полученных
научных результатов. При формировании рабочего
слоя охлаждение центробежнолитой отливки про-
исходит по направлению к внешней и внутренней
(свободной) поверхностям. Скорость вращения фор-
мы увеличивает падение их температуры, что зна-
чительно интенсифицирует процесс кристаллизации
и способствует измельчению валковой структуры.
Вместе с тем у внутренней поверхности равномер-
ность снижения температуры постоянно нарушает-
ся из-за возникающих в жидком слое металла кон-
вективных потоков. Охлажденные более плотные
слои под действием гравитационных и центробеж-
ных сил перемещаются в сторону стенок кокиля, а
к свободной поверхности всплывает горячий, менее
плотный, расплав. Вследствие большой теплопро-
водности металла температура охлажденного слоя
быстро выравнивается с окружающим его расплавом
и дальнейшее его продвижение вглубь прекращает-
ся. В результате такого перемешивания происходит
уплотнение структуры и измельче-
ние ее зерен, что способствует бо-
лее равномерному распределению
механических и эксплуатационных
свойств по глубине отливки.
Исследованиями установлено,
что на начальном этапе центробеж-
ного литья расплав рабочего слоя
вовлекается во вращающееся дви-
жение и одновременно устанавли-
вается тепловой обмен между ним
и стенкой кокиля, что способствует
мгновенному образованию тонкой
корки затвердевшего металла.
Заливаемый в форму металл при-
жимается к стенкам кокиля центро-
бежными силами, что способствует
увеличению скорости его кристал-
лизации. При последующем про-
движении фронта кристаллизации
происходит усадка корки затвер-
девшего металла и образование
газового зазора между отливкой
и кокилем, а это вызывает резкое
падение интенсивности охлажде-
ния заготовки. В результате вдоль
фронта кристаллизации формиру-
ется граница, разделяющая струк-
туру отливки на две зоны – наруж-
ную мелкозернистую и внутреннюю
столбчатую (рисунок).
Микроструктура наружной зоны, мгновенно сфор-
мировавшейся при соприкосновении вращающегося
расплава со стенкой кокиля, состоит из дезориенти-
рованных мелких дендритов и карбидной эвтектики
(рисунок, а). Микроструктура внутренней зоны, об-
разовавшейся после формирования газового зазора
между отливкой и стенкой изложницы, представлена
четко ориентированными в направлении теплового
потока столбчатыми кристаллами, в промежутках
между которыми наблюдается карбидная эвтектика
(рисунок, б).
После окончания заливки металла рабочего слоя
часть его тепла продолжает отводиться в стенки
формы путем теплопередачи, а другая часть –
конвекцией и излучением со стороны свободной
поверхности вращающегося металла. Вследствие
этого возникает циркуляция расплава, и затверде-
вание отливки происходит в радиальном направ-
лении. При этом растущие в радиальном направле-
нии дендриты постоянно соприкасаются с жидким
металлом, что способствует формированию более
разветвленной микроструктуры (рисунок, в). Сво-
бодная внутренняя поверхность рабочего слоя за-
твердевает в последнюю очередь в условиях за-
медленной интенсивности охлаждения расплава и
действия давления, развиваемого при вращении
металла. В результате кристаллизуется грубозер-
нистая структура, ориентированная в направлении
вращения металла (рисунок, г).
Рис. Изменение микроструктуры по сечению валка: у литой поверхности бочки (а);
на глубине 10, 25 и 40 мм (б, в, г); ×100
а б
в г
12 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’201212 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012
ЛИТЕРАТУРА
1. Будагьянц Н. А., Жижкина Н. А., Гутько Ю. И. Центробежное литье валков для горячей прокатки // Вісник Донбаської
державної машинобудівної академії. – 2009. – № 1 (15). – С. 71-74.
2. Жижкина Н. А. Производство центробежнолитых валков с высоколегированным рабочим слоем: Монография. –
Луганск: «Ноулидж», 2011. – 167 с.
3. Леви Л. И., Кантеник С. К. Литейные сплавы. – М.: Высшая школа, 1967. – 435 с.
4. Budagyants N. A., Zhizhkina N. A., Gutko Yu. I. The research of centrifugal forces’ effect on process of structural formation
of massive goods // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. – Луганськ: СНУ ім. В. Даля.
– 2010. – № 10, ч. 2. – С. 23-25.
Жижкіна Н. О.
Структуроутворення високолегованого чавуну
в полі дії відцентрових сил
Розглянуто відцентрові валки великої маси. Показано, що відцентрові сили сприяють формуванню більш щільної
та рівномірної структури. Робочий шар таких валків характеризується максимальною кількістю більш твердих скла-
дових (мартенсит, цементит), незначною часткою графіту та відсутністю перлиту. Встановлено, що в результаті
пошарового втягування в обертання гарячого металу спостерігається відмінність в орієнтації структурних складових
вздовж робочого шару.
Анотація
roll, high alloyed cast iron, working layer, structure, centrifugal castingKeywords
Zhizhkina N. А.
The structure formation of high alloyed cast iron under the influence
of centrifugal forces
The centrifugal casting rolls of high mass are described. It is shown that centrifugal forces conduce to formation of more
solid and uniform structure. The working layer of such rolls is characterized by maximal quality of more hard components
(martensite, carbides), slight part of graphite and absence of pearlite. It is established that as a result of layer drawing into
rotation of hot metal some distinctions of structural components’ orientation along depth of working layer are observed.
Summary
валок, відцентрове литво, високолегований чавун, робочий шар, структураКлючові слова
Поступила 05.10.12
Выводы
Перспективы дальнейших исследований в дан-
ном направлении. Изучение процесса структуро-
образования рабочего слоя двухслойных массив-
ных отливок в поле действия центробежных сил
показало, что скорость вращения формы значи-
тельно интенсифицирует процесс его кристаллиза-
ции. В результате центробежнолитые валки имеют
более плотную и равномерную структуру рабочего
слоя, которая характеризуется максимальным коли-
чеством более твердых составляющих (мартенсит,
цементит), незначительной долей графита и отсут-
ствием мягкой фазы металлической матрицы (пер-
лита). Исследованиями установлено, что в резуль-
тате послойного вовлечения расплава вращающей-
ся формой наблюдаются различия в ориентации
структурных составляющих по глубине рабочего
слоя.
Следовательно, при описании структурообразо-
вания таких изделий важным является установле-
ние взаимосвязи между интенсивностью охлажде-
ния отливки и формированием ее структуры. По-
этому научно-исследовательская работа в этом
направлении продолжается.
|