Індекс рубрикатора НБУВ: К222.306.28 + К413.25

Рубрики:

Зносостійкість чавуну

Абразивний, гідроабразивний знос машин і механізмів

Шифр НБУВ: Ж14768 Пошук видання у каталогах НБУВ 

  Скачати повний текст

Розглянуто варіанти одержання композитних литих матеріалів з функціональними властивостями. Проаналізовано методи армування матричних сплавів армуючою фазою. Доведено, що найбільш ефективним методом утворення матеріалів зі спеціальними функціональними властивостями з кольорових та залізовуглецевих сплавів є армування цих сплавів за рідкофазного поєднання компонентів системи. При цьому використання методу лиття за моделями, що газифікуються, надає змогу знизити трудомісткість і складність операцій по розташуванню армуючої фази у порожнині форми, тому що є можливість встановлення її на етапі виготовлення моделі. Досліджено вплив армуючої фази на формування структури і властивостей литих армованих конструкцій на основі залізовуглецевих сплавів. На базі проведених металографічних досліджень встановлено, що у процесі одержання литих армованих конструкцій, де як матричний сплав використовується сірий та високоміцний чавун, перехідна (дифузійна) зона - без чіткої поверхні розділу між різнорідними металами. При цьому мікроструктура перехідного шару відрізняється як від структури матричного сплаву, такі від структури армуючої фази. Наприклад, інтенсивний перебіг тепломасообмінних процесів за взаємодії чавуну з перегородкою зі сталі СтЗ зумовлює значне підплавлення перегородки, при цьому утворюється велика ширина перехідної зони - 0,15 - 0,18 мм та відбувається інтенсивне насичення сталі вуглецем чавуну за рахунок локального скупчення рідкої вуглецевої фази деструкції моделі. У разі армування виливків із сірого чавуну і високоміцного чавуну з кулястою формою графіту стрижнями діаметром 2 і 5 мм зі сталі 20 виявлено досить глибоке навуглецювання та значну дифузію вуглецю з чавуну в сталь, яка залежить від температури на поверхні контакту рідкої і твердої фази та швидкості затвердіння виливка. Загальна величина дифузійної зони (перехідної зони) складає 0,4 - 0,6 мм. Виявлено, що на формування мікроструктури і розмір перехідної зони впливають хімічний склад матричного сплаву і армуючої фази, температура рідкого матричного сплаву і швидкість охолодження виливка, яка пов'язана також з кількістю введеної армуючої фази.

Розглянуто варіанти одержання композитних литих матеріалів з функціональними властивостями. Проаналізовано методи армування матричних сплавів армуючою фазою. Доведено, що найбільш ефективним методом утворення матеріалів зі спеціальними функціональними властивостями з кольорових та залізовуглецевих сплавів є армування цих сплавів за рідкофазного поєднання компонентів системи. При цьому використання методу лиття за моделями, що газифікуються, надає змогу знизити трудомісткість і складність операцій по розташуванню армуючої фази у порожнині форми, тому що є можливість встановлення її на етапі виготовлення моделі. Досліджено вплив армуючої фази на формування структури і властивостей литих армованих конструкцій на основі залізовуглецевих сплавів. На базі проведених металографічних досліджень встановлено, що у процесі одержання литих армованих конструкцій, де як матричний сплав використовується сірий та високоміцний чавун, перехідна (дифузійна) зона - без чіткої поверхні розділу між різнорідними металами. При цьому мікроструктура перехідного шару відрізняється як від структури матричного сплаву, такі від структури армуючої фази. Наприклад, інтенсивний перебіг тепломасообмінних процесів за взаємодії чавуну з перегородкою зі сталі СтЗ зумовлює значне підплавлення перегородки, при цьому утворюється велика ширина перехідної зони - 0,15 - 0,18 мм та відбувається інтенсивне насичення сталі вуглецем чавуну за рахунок локального скупчення рідкої вуглецевої фази деструкції моделі. У разі армування виливків із сірого чавуну і високоміцного чавуну з кулястою формою графіту стрижнями діаметром 2 і 5 мм зі сталі 20 виявлено досить глибоке навуглецювання та значну дифузію вуглецю з чавуну в сталь, яка залежить від температури на поверхні контакту рідкої і твердої фази та швидкості затвердіння виливка. Загальна величина дифузійної зони (перехідної зони) складає 0,4 - 0,6 мм. Виявлено, що на формування мікроструктури і розмір перехідної зони впливають хімічний склад матричного сплаву і армуючої фази, температура рідкого матричного сплаву і швидкість охолодження виливка, яка пов'язана також з кількістю введеної армуючої фази.

Визначено, що найбільш прийнятним технологічним процесом з можливостями отримання якісних виливків з заданими функціональними властивостями є процес виготовлення лиття за моделями, що газифікуються. Встановлено механізм теплообміну в нових системах «метал – модель – макроармуючий елемент – форма» і на цій основі розроблено математичні моделі тепломасообміну в формі з орієнтованою в ній армуючою фазою, які можуть бути використані для практичного застосування при виборі термочасових параметрів литва та кількості геометрії макроармуючої фази для отримання армованих виливків з залізовуглецевих і кольорових сплавів. Створено фізичну та гідрогазодинамічну моделі течії матричного сплаву в порожнині ливарної форми, насиченої макроармуючою фазою, в основі якої встановлено особливості взаємодії продуктів термодеструкції пінополістиролової моделі (тверді, рідкі та парогазові) та їх вплив на газогідродинаміку процесу із армуючою фазою, яка утворює порові канали навколо кожного з елементів макроармуючої фази шляхом теплообміну на межі «макроармуюча фаза – матричний сплав», що збільшує поле фільтрації та масопереносу парогазових і рідких продуктів, а також умови формування якості виливків. Дослідження закономірності тепломасообміну в новій для теорії ливарних процесів системі «метал – армована фаза – форма» з використанням макроармуючої фази, орієнтованої в формі у вигляді стрижнів, дозволило встановити, що наявність макроармуючої фази створює умови для збільшення швидкості затвердіння сплаву прямо пропорційно її масі і зі збільшенням відносно об’єму металу в формі, при цьому істотний вплив макроармуюча фаза накладає на зняття перегріву сплавів до температури Тl, яка перевищує аналогічну при затвердінні виливка в порожнистій формі в 2 - 10 раз і ці швидкості досягають значень 100 - 400 °С/с (для мідних сплавів), що явно впливає на гідродинаміку лиття та формування властивостей литих армованих конструкцій. Розглянуто основні схеми отримання виливків з функціональними властивостями при армуванні порожнини форми, визначено технологічні передумови при рідкофазному поєднанні компонентів системи. Встановлено, що на формування мікроструктури і розмір перехідної зони впливають хімічний склад матричного сплаву та макроармуючої фази, температура рідкого матричного сплаву і швидкість охолодження виливка, яка пов'язана також з кількістю введеної армуючої фази. Розроблено класифікатор якісних та кількісних характеристик литих моно- та армованих конструкцій з залізовуглецевих і кольорових сплавів та на цій основі встановлено параметри керування якістю виливків при литті за моделями, що газифікуються, які забезпечують задані експлуатаційні характеристики ливарної продукції.

Представлено результати комп'ютерного моделювання технологічного процесу виготовлення сталевого виливку "корпус вентиля DN80 PN40" методом лиття за моделями, що газифікуються. Моделювання проведено з використанням програми Flow-3D Cast для визначення дефектів, які можуть утворитися у виливку при термодеструкції пінополістиролової моделі. Проаналізовано можливості програмного продукту Flow-3D Cast щодо адекватності результатів моделювання та їх відповідності натурним випробуванням. Встановлено, що в основу розрахунку програми покладено оцінку середньої швидкості фронту металу через коефіцієнт теплопередачі між металом та пінополістиролом, при цьому піномодель описується як постійна температурна перешкода. Визначено, що алгоритм прогнозування поверхневих дефектів у Flow-3D Cast складається з вихідних величин утворення оксиду, що пропорційний площі поверхні та часу взаємодії, при цьому модель не враховує такі явища, як оксидна плівка, що прилипає до стінок форми, і залишки піномоделі, що виходять через пористу піщану форму. Досліджено механізм формування поверхневих дефектів та пояснено за допомогою фізичної моделі взаємодії рідкого металу з пінополістиролом. Наведено результати моделювання процесів лиття виливка "корпус вентиля DN80 PN40" за допомогою Flow-3D Cast з двома варіантами ливниково-живильної системи, досліджено кінетику заповнення ливарної форми за наявності пінополістиролової моделі та ймовірність утворення поверхневих дефектів у виливку. Визначено оптимальний варіант ливниково-живильної системи, а саме метал до виливка має підводитися знизу за допомогою трьох живильників - у фланці та середню частину корпусу, який виключає утворення "застійних зон" у місцях зустрічі потоків розплаву. Перевірено, що система комп'ютерного моделювання Flow-3D Cast дозволяє ідентифікувати місця утворення складчатості та інших дефектів, пов'язаних із захопленням пінополістиролу чи продуктів його розкладу.

Проблема розроблення новітніх технологій для виготовлення захисних споруд багатофункціонального призначення відображає нинішню актуальну потребу удосконалення заходів захисту цивільних людських і матеріальних ресурсів (та подвійного призначення), а також збільшення живучості призначених для цього споруд, будівель, сховищ та укриттів. В процесі проведення науково-технічних досліджень за цією темою виконано огляд історії і досягнень у галузі виготовлення і застосування металевих литих матеріалів і конструкцій у будівництві підземних та захисних споруд, розглянуто здобутки і недоліки. Особливу увагу зосередили на практичній реалізації ливарної технології виготовлення тюбінгів на підприємствах колишнього СРСР, як найбільш дотичних до нинішніх часів виробництв з вагомими результатами, доступними для запозичення і конструкторсько-технологічного удосконалення. З шістдесятих років минулого століття на кріплення шахтних стволів різного призначення, у тому числі й для захисних та спеціальних об'єктів, щорічно в колишньому СРСР вироблялося 25 - 40 тис. тонн чавунних тюбінгів. Нині виявлено необхідність і можливість інтенсифікації будівництва підземних та захисних споруд шляхом застосування металевих матеріалів, зокрема високоміцних ливарних сплавів, передусім високоміцних чавунів, а також ресурсоефективних точних ливарних методів виготовлення будівельних та захисних сегментів чи тюбінгів. Найбільш придатною технологією для такого виробництва тонкостінних легковагих металовиробів складної геометрії на нинішній час є ЛГМ-процес, який після удосконалень за останні десятиліття, в тому числі завдяки 3D-технологіям і адаптації до застосування новітніх сплавів, має потенціал для забезпечення росту будівництва як стаціонарних, так і мобільних захисних споруд.