автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Развитие представлений о механизме протекания усадочных процессов при затвердевании отливок из высокопрочного чугуна в сырых песчанно-глинистых формах

государственный комитет ?с:сг но ДИТАМ- ЛАТКИ И зыспеП пколн МОСКОВСКИЙ АЗТОУЕХАКЛЧЕСКНЯ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПИБЗЕЗ ЕвгенгЯ "-ександровкч

УДК 621.746.019

РАЗВИТИЕ ПРЕЯСТАШЕНИЙ 0 МЕХАНИЗМЕ ПРОТЕКАНИЯ УСАДОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ ОТЛИВиС ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА 3 СНРКХ ПРЯЧАНЯО-ГЛИНИСТЫл ФОРМАХ

Спвгси&чьнссть 05.16.04 - Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1£С0

Работа выполнена в Москоьоком автомеханическом институте Научный руководитель - кандидат технических наук,

Л0Ы9НТ А.П.Трухов Официальные оппоненты: доктор технических науй,

профессор С.А.Шевчук кандидат технических наук А.Д.Шерман

Ведущее предприятие - НПО НЖГАвтопром

Защита состоится « Л" 1990 г.

в ^ часов на заседании Специализированного Совета

1

К 063.49.02 при Московском автомеханическом институте в ауд. ^ /105839, Москва, Б.Семеновская ул.,38/

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института. Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 10583? Москва, Б.Семеновская ул.-,38, МАМИ. .

Автореферат разослан " ¿5 ш 1990г.

Ученый секретарь Специализированного Совета К Об4.49.02 к.т.н., доцеы-

>

/

В.М.Зуев

-

а. •

ОБЩАЯ ХАтТЕРИСТИХА РАБОТУ

Актуальность г-ботн. Высокопрочный чугун, характеризуют К- ' с я зксоктак -еханичоскиил своПстчами, является перспективным метеркалом и находит все более оттоокое применение в машиностроения. 3 последний годи на отечественных литейных предприятиях освоена технология получения отливок из высоко прочно го чутуна метопом внутрифирменного модифипирова'-тя /ппшодд"-процесс/. При этом недостаточное внимание удаляется изучения усадочных процессов, протекающих в отлив! лх при затветщевакии. Производственные наблюдения доказали существенное различие в линейных размерах отливок, полученных модифицированием в (¿орме, го сравнения с аналогичными отливками, г^лученнкми модифицированием чугуна в ков'ге. Кроме того, при "инмолд"-процесс9, в некоторых' случаях отпадает необходимость в прибылях, что позволяет предполагать в данном случае несколько иной характер протекания усадочных процессов и его влияние на линейную и объемную усадку отливок из высокопрочного чугуна. Существуете в литературе данные и практические рекомендации не дают возможности объ-. яснить указанные явления и провести корректное проектирование молельной оснастки с учетом способа модифицирования чугуна.

Пзлью работы является повышение размерной точности и уменьшение объема прибылей отливок из высокопрочного чугуна, пол., чаемых в сырых песчанно-глинястах формах.

Для достижения поставленной■цели на основе развития представлений о механизме протекая : усадочных процессов при затвер-дс ании отливок необходимо реаепие следующих основных задач:

-исследование влияния временной выдержки чугуна кахху' модифицированием его.комплексным модификатором и затвердеванием на

. предусадочнс расширение и линейную усадку отливок из высокопрочного чугуна;

-исследование размерной точности отливок из высокопрочного ч гуна в зависимости от способа модифицирования;

-исследование влияния способа модифицирования на объем усадочной раковины в отливках из высокопрочного чугуна;

-разработка рекомендаций пс повышению размерной точности и уменьшению объема прибылей отливок из высокопрочного чугуна. Научная новизна работы состоит в следующем: -уточнен механизм протекания усадочных процессов при затвердевании отливок из высокопрочного чугуна, модифицированного комплексным модификатором, заключающийся в том, что эти процессы определяются временной выдержкой жидкого сплава между модифицированием и затвердеванием; при увеличении выдержки /в пределах сохранения эффекта сфероидизашш графитовых включений/ повышается степень графигпзации чугуна в твердом состоянии, что связано с более быстрым снижением графитиэирувщего воздействия комплексного модификатора по сравнению.с его стабилизирующим воздействием; при. этом отливки, полученные из внсокопрочночного чугуна с более продолжительной выдержкой, будут характеризоваться большей величиной предусадочного расширения, меньшей величиной линейной усадки и большим объемом усадочной раковины;

-развиты представления о формировании усадочной раковины в отливке из высокопрочного чугуна с учетом перемещений наружной х вн., греннеЗ поверхности затвердевшей корки отливки, определяемых нащ :женно-де$ормяруемнм состоянием литейной формы и завися- . . «их от свойств затвердевизго сплава, сухой корки формы и основной массы смеси;

-экспериментально установлена зависимость предусадоч.юго расширения и линейной усадки отливок от выдержки высокопрочного чугуна ме.чщу модифицированием и затвердеванием, а также влияние способа модифицирования на объем усадочной раковины.

Практическая ценность:

-разработана методика по определению исполнительных разме-тгаз модельной оснастки для производства отливок из высокопрочного чугуна методом внутриформенного ( дифипирования и методом модифицирования в ковше;

-разработаны рекомендации повышению размерной точности отливок из высокопрочного чугуна, снижении их массы и уменьшению объема прибылей;

-предложена технологическая проба для определения склонности высокопрочного чугуна к образованию усадочной ракозины при внутрифирменном модифицировании;

-экспериментальные засися^ости содержания перлита, степени сфероиялзации л количества шаровидных включений гранита от времени выдержки ¡кидкого высокопрочного чугуна после модифицирования могут быть использованы для получения отливок с заданной ■ структурой.

Реализация •результатов работы:

Результаты исследования влияние способа модифицирования высокопрочного чугуна на зависимость действительной линейной усадки от номинального размера и размерну» точность отливок-используется на ПО ЗИЛ при расчете исполнительных размеров модельной оснастки,.что позволит элучить в 1991 году экономически: эффект в размере 25140 рублей.

Аггообапия работы. Основные положения работы доложены и об-

■ сувдеш на:

региональной научно-технической конференции "Интенсификация технологических процессов в литейном производстве", г. Барнаул, 8 г.

научно-технической конференции "Прогрессивные технологии изготовления форм и стержней для проя"?одства отливок", г. Челябинск, 1590 г.

Публикации. По теме диссертации опубликована одна работа.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, г/ в,

общих выводов, списка литературы из наименования и прило-

жений на № страницах. Основная часть работы содержит страниц машинописного текста, рисунков, таблиц.

УСАДОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАЯ® ОТЛИВОК ИЗ •В11СОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ

Анализ литературы показал, что при использовании метода внутри^юрмеиного модифицирования в производстве отливок из высокопрочного чугуна /ВЧ/, бтрукгура их металлической матрицы содержит больше феррита, чем в аналогичных отливках полученных .модифицированием чугуна в ковпе. Кроме того, по данным Литейного завода КамАЗа, на некоторых отливках, получаемых "инмолд"-про-цесссм, удалось уменьшить или полностью отказаться от применения праС лей. Эти явления, на первый взгляд, находятся в противоречии с ойцегг-чнятыми представлениями о характере кристаллизации ВЧ и его влиянии на лите"кые и механические свойства сплава. Согласно вм, магний, вызывающий сфероидизадюо графита, является одновременно г стабилизирующим кодификатором, препятствуэдим графитизации

при затвердевании, что способствует значительному переохлаждению 34 при кристаллизации. С увеличением временного интервала между модифицированием и затвердеванием / /, из-за снижения содержания магния в жидком сплаве, переохлаждение уменьшается, а кристаллизация эвтектики протекает с меньшим выделением цементита. С характером кристаллизации связаны и литейные свойства сплава. Г^и кристалли, лил аустенитно-цементитной эвтектики затвердевание сплава, при переходе жидкого состояния в твердое, происходит с уменьшением объема. Выделившийся цементит является неустойчивым и распадаись в уже|затвердрвш9й корочке отливки вызывает ее рост, тем самым увеличивая предусадочнов расширение отливки. Этим объясняется наличие в отливках из ВЧ большей усадочной ракозитш и меньшего коэффициента лигейнс* усадки по сравнению с отливками из серого чугуна. В соответствии с этими представлениям,■ при получении отливок г-утриформенным гсдифи-цяровапиеи, следовало'бы ожидать их большую склонность к образованию усадочных раковин и наличия отделенной структуры. Данных о литейнкх свойствах БЧ получаемого модифицированием в форме в литература практически не приводится, а вопрос влияния способа мо. дифигироваиия на кристаллизацию сплава и структуру металлической матрицы наиболее подробно был исследован в работах К.И.Защенко, А.Н.Снропорпнева, Е.А.Косячкова и Согласно выдвинутой исследователями гипотезы, механизм графитизирутацего модифицирования магниевого чугуна ферросилицием связан с образованием флуктуанионных группировок кремния со значительным отклонением его концентрации от среднего содержания в общем объеме жидкого чугуна. В таких зонах и выделяется углерод, образующий группировки, которые язлязотся потенпиаяьньгли зародышами графита при кристаллизации.

.Графитизируюг -й эффект ферросилиция зависит от длительности существования указанных группировок углерода в расплаве. С увеличением ^¿м^ флукту анионные зоны, обогащенные кремнием, пере-рг проявляются в объеме жидкого чугуна выравнивая его состав, что снижает количество потенциальных зародышей графитовых бк.точений. Чугун ири этом кристаллизуется с повышенным переохлаждением, а следовательно, с повышенной склонностью к образованию цементита при эвтектической кристаллизации.

При анализе литературных источников выявился ряд особенностей, на которые следует обратить внимание. В большинстве работ исследования проводились путем раздельного модифицирования чу-' гуна -г сначала магнием, затем графитизируюшми модификаторами. В действующем производстве модифицирование проводится комплексным модификатором, содержащим как элементы обладающие стабилизирующим действием, так и элементы обладавшие графитизируоцим действием. Модифицирование таким модификатором проводится как в ковше, ток и в форме, причем в разных процентных отношениях к массе модифицируемого сплава. При этом графитизируюций эффект комплексного модификатора будет зависить от нескольких факторов: остаточного содержания магния в жидком чугуне к моменту кристаллизации, его вотяние на переохлаждение сплава при затвердевании, содержания кремния в сплаве и его графитизирующей эффективности к момонту затвердевания. В связи с этим, для решения технической задачи - повышения размерной точности отливок и уменьшения объема цибылей - необходима постановка и решение научных задач, основной из которых является развитие представлений о механизме прогоканая усадочных процессов при затвердевании отливок из ВЧ в зависимости от способа модифицирования и Ьёаа, . Более подроб-

ко задачи исследсвати. сформулированы в общей характерна гаке работы.

ТСОРЕГ,: :СКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О лЕХАПИЗГЕ ПРОТЕКАНИЯ УСАДОЧНаХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЗАТЗЕРДЕЗА1Ш ОТЛИВОК ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА

Анализ ль.ературных данных, результатов производственных наблюдений и предварительных экспериментов позволил предложить механизм протекания усадочных процессов при затвердевании отливок из ВЧ, заключагашйся в следующем. В связи с тем, что сферо-идизация графита в ВЧ возможна при содержании магния не ниже 0,03/5, его введение в расплав прс зволят с учетом потерь на испарение при транспортировке ковша в течепие некоторог промежутка времени. В течении всего этого промежутка жидкий чугун сохраняет свои склонность х кристаллизации в ме.астабяльном состоянии. При дальнейшем увеличении ЬЦм^ расплав будет затвердевать с уменьшением степени сфероидизадии 2^афита, склонность к кристаллизации в метастабильном состоянии будет снижаться, а графитиза-ция будет протекать преимущественно при затвердевании /рис.1, кривач 2/. Воздействие графитизирующих элементов, как было показано выше, практически не зависит от их количественного содержания в расплаве, а определяется в сановном ЬЦмц /рис.1, кр зая 2/. Влияние комплексного модификатора на кристаллизацию ВЧ будет определяться суммарным гр'афитизирушим и стабилизирующим действием входящих в него элементов /рис.1, кривая 3/. Таким образом, суммарный эффект графитизирухпего воздействия комплексного модификатора имеет сложных характер - с увеличением ^¿мц. склонность ВЧ к кристаллизапии в метастабильном состоянии возрастает с последующим снижением. Абсолютная величина минимального графчтизкруюлего

. ' Рис. I

действия комплексного модификатора и его расположение во времени будет "пределяться качествнным составом входящих в модификатор элементов и их процентного 'содержания.

В связи с выкеизложенным следует ожидать, что в отливках из 34 с увеличением количество углерода выделяющегося

при кристаллизации в виде графита будет уменьшаться, а в твердом металле, за счет распада цементита, увеличиваться. Возникающие при чтом в твердом металла растягивающие напряжения вызывают соответствующие перемещения наружной и внутренней поверхности затвердевшей корочки отливки, что определяет величину предусадочного раатареная и, соответственно, величину действительно25 линейной усадки и объем усадочной раковины отливки. Кроме того, указанные величины определяются свойствам формы.

э .

Зормировгнке усадочной раковины отливки в абсолютно жесткой форме определяется перемещениями внутренней поверхности затвердевающей корки металла. 3 сырых песчанно-глинистых формах существенное влияние на формирование усадочной раковины отзывает перемещение наружной поверхности отливки, которое является результатом взаимодействия трех тел: затвердевающей, отливки, сухоГ корки и основной массы смеси и определяется их свойствами и условиями на контактах отливка-сухая корка, и сухая-корка-основная масса смеси. Если затверлевпая корка отливки усаживается, перемещения ее наружной поверхности могут вызываться перемещениями расширяющейся при нагреве сухой коркой формы, что приводит х увеличении объема уоадочной раковины. Если затвер^ левгаая корка отливки расширяется, например в связи с графитиза-пией сплава в твердом состоянии, то перемещения ее наружной поверхности определяются- взаимодействием pací .ряющейся корк. отливки, расширяющейся сухой корки формы л основной массы смеси. При этом перемещение на границе отливка-^орма будет зависить от соотношения коэффициентов расширения твердого сплава и сухой корки формы и сопротивления их расширению со стороны основной массы ■ смеси. Увеличение объема усадочной раковины отливки при затвердевании происходит до тех пор, пока наблюдается увеличение наружного размера отливки. Формирова ле усадочной раковины заканчивается в момент окончания затвердевания отливки и в дальней-яем изменения объема усадочной раковины определяются объемными изменениями твердого сплава.

Таким образом, увеличение , ведущее к увеличению

степени графитизагаи в твердой состоянии, способствует увеличению предусалочиого расширения, росту объема усадочной раковины

и уменьшен: з величины линейной усапки отливок, получаемых в сырых песчанно-глшшстых формах из ВЧ модифицированного комплексным модификатором. При получение аналогичных отливок ме-одом внутриформенного модифицирования, в силу'сведения ¿¿'^и^ до минимума, графитизация сплава происходит преимущественно при затвердевании, а отливки будут характеризоваться меньшим объемом усадочной раковины и С шьшей величиной линейной усадки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ «АКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА

УСАДОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВЫСОКОПРОЧНОМ ЧУГУНЕ

Были разработаны и осуществлены три методики проведения

т

экспериментов.

I. Влияние способа модифицирования и выдержки ВЧ на предусадочное расширение и линейную усадку проводили на специально разработанной и изготовленной установке /по схеме установки В.П.Чернобровкина/, имеющей дополнительную съемную опоку с литниковой системой для внутриформенного модифицирования чугуна. Запие предусвдочного расширения-а линейной усадки цилиндрического образца производилась одновременно с записью температурной кривой охлаждения образца /платино-платинородиевая термопара погружения с незащищенным горячим спаем/. Модифицирование чугуна проводили как виутриформенно, так и а печи введением металлического колокольчика с лигатурой. Влияние способа модифицирования и на отбвл оценивали по клиновидной пробе высотой 50

мм.

Установлено; что предусадочное расширение образца зависит от и способа колпфштровшгая чугуна. С увеличением

предусадочное расширение образца увеличивается, причем в основном за счет увеличения расширения образца в твердом состоянии.

Одновременно наблюдается снягение течператури эвтектической кристаллизации, что указываэ? ira повплэние склонности чрястал-лпзации сплава в метастабильном состоянии. Так, ггредусалочное рясш-.фениэ образцов из ВЧ, полученных Е.чутрифсрмонккм модифицированием, составляло 0,2^0,2"?, а полутентах из чугуна модифицированного в пет.: - G.iO-i-0,ôCft при различии в трг.шературе ^чтекткческоЯ "ристаллизац. : в 18+40°С.

Результаты экспериментов показали, что с увеличением расширение при перлитном превращении умп:гъ'лается, при этом увеличивается согер^аэт? перлита в структуре металлической матрицы л глубина отбела в клиновидно? пробе. î/иаимальная величина ' расширения при г.орлктно:.: превращении соотвэтстзует максимуму прэдусадочнсго расширения. Однако сравнительно малая величина расширения ггр:: перлитном превращения на оказчвает существенного вл'.шния на зависимость действительной лнкеР'ой усадки обряда от , хотя несколько и ослабляет еэ. Если различие в ве-

личине прогусадо.чного раслирения образцов в зависимости от способа модифицирования составляет 0,20+0,30/5 от длины образца, то различие действительной линейной усадки этих же образцов состав-• ляет 0,15+0,202.

2. Исследование влияния способа модифицирования на размерную точность отливок проводили в утопиях действующего производства на Литейном заводе КамАЗа. Обмеры отливок проводились для каждого наименования отливки по двум партиям /не менее èO отливок аждая/ полученных разными способатз модифицирования -в ковше и в форме. Обе сартиии изготовлялись с пряменокием од-коги молельного комплекта л по одной конкретной модели, имэли по результатам выходного контроля одинаковую макро- и микро-

структуру. Размеры испытуемых отливок находились в диапазоне от 16 до 270 мм.

• Результаты измерений показали, что средний фактический размер отливки при модифицировании в ковше больше, чём при модифицировании в форме. Цри этом действительная линейная усадка отливки, полученной внутрифирменным модифицированием на 0,20*0,25!? больше , чей при модифицировании в ковше. Цредпола-, гается, что такое различие вызвано различием в величинах пред-усадочного расширения, определяемого характером кристаллизации чугуна.. Показано,, что действительная'линейная усадка отливок из ВЧ неоднородна по длине и зависит от номинального размера. Установлены зависимости действительной линейной усадки от номинального размера отливки для обоих способов модифицирования. Показано, что одной из причин этих зависимостей является неоднородность распределения деформаций отливки на рассматриваемом размере.

Установлено, что при "ишодд"-1:роцессе случайная погрешность размеров отливок больше, а размерная точность па 2+3 класса /по ГОСТ 2 345-85/ ниже, чем при ковшёвом модифицировании, что связано с большим количеством 'технологических факторов влияющих на характер кристаллизации сплава.

. 3. Непосредственное определение объема усадочной раковины / / проводивш ие специально разработанной пробе. В одной форме, изготовленной машинной формовкой, раполагалось две пробы, имэг"их единую литниковую систему которая позволяла производить внутрифирменное модифицирование чугуна. Объем пробы составлял 465 см^, твердость фср«ы выдерживали в пределах 67±8 ед. Все шавки проводили на единой шихте, изменение химического состава

производили путем добавки в шихту углеродного боя и ферросили- . ция. Модифицирование осуществляли двумя способами: в ковше и в форме. Время выдержки между модифицированием в ковше и заливкой составляло 60+90с. Во всех опытах степень сфероидизапни графита составляла не менее 0,92. Объем усадочной раковины определяли гг-ростатическим взвешиванием. Исследования проводили по плану пассивного эксперимента.

По результатам экспериментальных данных были получены следующие функциональные зависимости объема усадочной.раковины от углеродного эквивалента Се и температуры заливки :

-для высокопрочного чугуна, модифицированного в ковше, в пределах изменения Св от 4,СЙ до 5,ОТ и от 1360°С до 1480°С

У^т, 438-14,3306-Се'о, Се +

+3,2*623-ю'-се-т^--2,68221-/о • т^ ;

-для высокопрочного чугуна, модифицированного в форме, в пределах изменения Се ;от 3,6* до 4,6!? и от 1360°С до 1460°С Уу = №,Г8-/д,5--Се-0,(625Э2-Т1-192Б27-Сег+ +г,42958-{(Г?Се-^ Н ^8СЧ8-{0~5-Т^.

Установлено, что при всех значениях Се н в интервалах их варьирования, объем усадочной раковины при модифицировании в ковше больше, чем при модифицировании в форме, что подтверждает ранее высказанное предположение о влиянии способа, модифицирования на :арактер кристаллизации сплава, и как следствие, на объем усадочной раковины.

Исследования по изучению влияния выдержки между модифицированием в ковше в заливкой показали, что при увеличении выдержки

с 9С до 300 секунд объем усалочно* раковины увеличивается на 20л. Данные результаты подтверждают предположетое о более быстром снижени- графитизирующего воздействия ко.мплексногг модификатора по травнента со стабилизирующим действием входящего в его состав магния. Как показали эксперимента, уменьшить величину

возможно более поздней дополнительной графитизируюгсей обработкой БЧ ферросилицием. Так, обработка жидкого расплава ферросилицием непосредственно перед заливкой, вместо введения его в шихту, позволяет снизить Зъем усадочной раковины на 3055.

Сопоставление экспериментальных данных по влиянию способа модифицирована и выдержке хил кого 34 на величину предусадочно-го расширения и действительную линейную усадку с данными по величине объема усадочной раковины позволяет сделать вывод о соответствии теоретических представлений реальным процессам протекающим в отливках из БЧ при затвердевании.

МОДЕЛЬНАЯ ЗАДАЧА ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ УСАДОЧНОЙ РАГОЗИНУ ПРИ

'ЗАТВЕРДЕВАЛИ. ОТЛИВКИ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА * *

На основании физического описания процесса формирования усадочной раковины в отливке, приведенного на-стр. 9, была разработана и решена модельная задача по определению объема уса-до"Ной раковины в цилиндрической отливке с вертикальной осью симметрии. Решение задачи не предполагает проверку адекватности и позволяет получить качественную оценку влияния технологически:: факторов.; При решении задачи были принята следующие попущения: заливку полагали мгновенной; ~твод теплоты происходит толь-

ко через боковую поверхность; приняли постоянный плотный контакт между отливкой и формой в течении всего процесса затвердевания; пршшли, что весь углерод, за исключением растворенного в аустените, на момент окончания затвердевания отливки выделяется в свободном виде либо при кристаллизации сплава, либо в ¿же затвердеваем сплаве.

Формирование усадочной раковины мотет быть представлено схемой на рис. 2 и описано следующими математическими выражениями:

(fl

Ш^мШ-аЫ); , г

• м-(ri'df-гшг)'

бгр* г-[4,5-0,г-в^з-Е.прШ^); л

. Ы)»(Ь)= ÜH{to,t)-ÜLM '(Zo,t),

где: Vij (i), ß/!/ (i) , %м(£)г соответственно текущие объем усадочной раковины, высота уровня жидкого сплава, внутренний радиус затвердевшей корки отливки; Vor , Н , ^Со - соответственно объем, высота и наружный радиус отливки; ¿bVt^(i),

- соответственно изменения объема усадочной раковины, высоты уровня жидкого сплава, внутренного и наружного радиуса'затвердевшей корки отливки за элементарный промежуток времени; (fv^ и £zp - соответственно изменения

объема тадкого сплава при изменении агрегатного состояния и при выделении углерода в свободном виде при затвердевании; ß> - количество углерода, внзыврюшего прелусачочное расширение сплава и не учитываемое при определении £гр » St/pi^&tß)- предусалочное расширение сплава в зависимости от текущее перемещение наружной поверх-

ности отливки.

Задача по определению радиальных перемещений в многослойной литейной форме была поставлена и решена А.П.Труховым и A.C. Горилеем в IS86 г. При решении задачи /рис. 3/ были использованы представления о рг гутцем теле для затвердевшей корки отливки, сухой корки формы с текущим радиусом

ЪрИ) и основной массы

смеси радиусом R , с давлением на внутренней поверхности

г*

затвердевающей корки отливки .< ¿Н и давлением на наружную поверхность фот>мы Рн . Применительно для модельной задачи, учет графитизации в затвердевшей корочке отливки производите выражением (Ым - ^шесто коэффициента ¿/м , где

Bnpi^iui^) - расширение ВЧ в твердом состоянии, Д7м - перепад температур в отливке в конце затвердевания.

Для проведения расчетов была разработана программа для ЭВМ EC-I045.

Основные расчеты были проведены для последовательно затвердевающей отливки из ВЧ. Для опенки влияния технологических факторов изменяли при проведении расчетов один независимый параметр, оставляя остальные параметры пос :ояннымя. Все необходимые для расчетов значения параметров были приняты по литературным данным. Зависимости <Snpи (Snp

'Щ) были получены в результате проведенных автором исследований. В ¿аСлипо I приве-

ден- результаты расчетов, полученных для отливки с То =0,035 м при равной температуре кристаллизации.

Таблица I

Вх яние выдержки высокопрочного чугуна и свойств формы на объем усадочной раковины

Свойства формы , /шаровидный графит, модифицирование в форме/ 237с /шаровидный грабит, модифицирование в печи/ 304с /пластинчатый графит, модифицирование в печи/

Есм=2,5 «Па ^=0,05 МПа Т=70 ед ' 2,532 3,3555 2,14?

Есм=4,5 МПа £^=0,08 МПа Т=80 ед 1,515? 2,345? 1,122

Есм=10,0 МПа ¿¿=0,15 МПа Т=90. ед 0.-473 1,3055 0,102

Результаты расчетов качественно совпадают с результатами экспериментов. Как видно, отливки из ВЧ, полученные внутрифирменным модифицированием, по своей склонности к образованию усадочной раковины занимают промежуточное положение между от-' ■ ливками из серого чугуна и отливками из ВЧ, получаемого модифицированием в печи. Существенное влияние на ^ оказывает, как показали расчеты, жесткость формы. С увеличением модуля упругости смеси Е„, объем усадочной раковинь' отливок уменьшается.

Таким образом, при расчете объема прибылей для отливок из 34 необходимо, наряду с учетом способа модифицирования, принимать во внимание свойства формы, зависящие от метола ее получения.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты исследования влияния способа модифицирования чугуна на действительную линейную усадку и зависимость действительной линейной усадки от номинального размера отливки используются на ПО ЗИЛ при расчете исполнительных размеров модельной, оснастки, что позволит уменьшить систематическую погрешность размеров, повысить точность размеров отливок на 2+3 класса /по ГОСТ 26645-85/, снизить "а 1,8% их массу и получить экономический эффект в сумме 25140 рублей.

Разработана, изготовлена и использована при проведении экспериментальных работ на ПО ЗИЛ технологическая проба для определения склонности высокопрочного чугуна к образова,_чю уса' дочной раковины при внутрифирменном модифицировании. Данная проба позволяет также опенмь влияние длительности выьержки высокопрочного чугуна в жидком состоянии после модифицирования и влияние состава модификатора.

На основании результатов экспериментов и физических представлений предложены следующие мероприятия в области снижения объема прибылей отливок - снижение до минимально возможного значения временного интервала между модифицированием и заливкой высокопрочного чугуна, проведение графитизирующего модифицирования непосредственно перед заливкой, переход в "ооизводстве отливок из высокопрочного чугуна с ковшевого способа модифицирова-

ния ка внутриформенное.

ОЩИЕ З'ШОДЫ

1. Уточнен механизм протекания усадочных процессов при затвердевании отливок из высокопрочного чугуна, модифицированного комплексам модификатором, заключающейся в том, что эти процессы определяются временной выдержкой жидкого сплава между модифипир занием и затвердеванием; при увеличении выдержки /в пределах сохранения эффекта сфероидизации графитовых включений/ повышается степень граритизагии чугуна в твердом состоянии, что связан- с более быстрым снижением графитизирующего воздействия 'комплексного модификатора по сравнению с его стабилизирующим воздействием; при этом отливки, полученные из высокопрочного чугуна с более продолжительной выдержкой, будут характеризоваться большей величиной предусадочного расширения, меньшей величиной линейной усапки и большим объемом усадочной раковины;

2. Установлено, что кристаллизация чугуна, модифицированного в форме, протекает преимущественно с графитизацией при затвердевании, в то время как модифицированного в ковше - преимущественно с графитизацией в затвердевшем металле, что связано с неоднозначным графитизируюиим воздействием комплексного модификатора, зависящего от продолжитзльности выдержки высокопрочного чугуна;

3. Экспериментально определено влияние выдержки жидкого высокопрочного чугуна, модифицированного комплексным модификатором, на величину предусадочного расширения. Установлено, что увеличение продолжительности выдержки, в пределах сохранения эффекта сфероидизации графитовых вк. )чений, предусадочное рас-

шяренне увеличивается с 0,20+0,22^ до 0,40*0,50%.

4. Показано, что при внутриформенном модифицировании чугуна увеличивается расширение образца при перлитном превращении, а структура металлической матрицы содержит больше феррита;

5. Развиты представления о формировании усадочной раковины в отлие з из высокопрочного чугуна с учетом перемещений наружной и внутренней поверхности затвердевающей корки отливки, которые определяются силовым взаимодействием трех тел: затвердевающей отливки, сухой корки формы и основной массы смеси и зависят от их свойств и условий на контактах отливка-сухая корка и сухая корка-основн т масса смеси;

6. Математичестами экспериментами показано, что при увеличении доли графита, выделяющегося в твердом металле, объем усадочной раковины отливок увеличивается. С увеличением жесткости Форш объем усадочной раковины уменьшается;

7. Экспериментально определено влияние способа модифииитю-вания на величину объема усадочной раковины. Установлено, что при внутриформенном модифицировании величина усадочной раковины на 3(к40% меньше, чем в аналогичной отливке, полученной модифицированием чугуна в ковше;

8. Предложена технологическая проба для определения склонности высокопрочного чугуна к образованию усадочной раковины при внутриформенном модифицировании;

9. Результаты исследования влияния способа модифицирования чугуна на действительную линейную ус~дку , зависимость действи-. тельной линейной усадки от номинального размера отливки и размерную точность отливок используются на ПО ЗИЛ при расчете исполнительных размеров модельной оснастки. Ожидаемый экономический эффект в 1991 году составит 25140 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Трухов А.П., Еибеев Е.А. Особенности образования ▼садочных дефектов в отливках из высокопрочного чугуна. - Депонир. науч. работы /ВИНИТИ, 1988, * 1/195/, * 2044тм-87.