автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Влияние фосфора и сepы на сопротивление разрушению и свойства чугуна для стеклоформирующего инструмента

РГВ од

.. . М1Н1СГЕРСТВО ОСВГГИ УКРА1'НИ ЗАПОРТЗШЙ ДЕЕЯАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕГ

На правах рукопису

6Г0Р0В АндрШ Олекс&чдрович

ВШИВ ФОСФОРУ ТА С1РКИ НА ОП1Р РУЙНУВАНШ) I ВЛАСТИВОСП ЧАНУКУ ДЛЯ Ш&50РМУГЧ0Г0 1НСТРУМЕНТУ

05.02.01 "МАТЕР 1АЛ03НАВСТВ0 В МАШКОБУДУ ВАНН I"

Автореферат

дисертац!! на здобуття наукового ступени кандидата технтчних наук

Залорхжжя - 1997

Дисерт&цлз» е рукошсс.

Роботу винонаш в Залортяому державному техшчноыу ун2-верситетг.

Науковий керхвник

эаслужений д!яч науки I техшки Укра1'ни,

доктор техншних наук, професор ВОЛЧСК 1.П,

Оф1щйн| опоненти

доктор технгчних наук, професор ЛУНЬОВ В.В.

кандидат техн|чних наук,

старший науковий сщвробтшк ОРЛОВ М.Р.

ПровIдна органхзацтя - Запорхэька державна хгасенерна акадешя.

Захист дксергацгГ втдбудеться п25и -£>-ерееиЛ 1997р. о 15 годин! на засгдакн! спецхалгзованоУ вчено! ради

Д08.02.01 при Запорхзькому державному технгчноку унхверситет! за адресов: 330063, м.Запоркхя, вул. Жуковського, 64.

3 дисертацгею можна ознайомитися у бтблютещ ун!Еврситету.

Автореферат розхслано " 8 " 19Э7р.

Вчений секретер спец1ал1зовано¥ вчено! ради,

доктор технхчннх наук, професор

ВОЛЧОК Т.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнхсть проблеым. Розв^зення задач пхдвищення ефек-тивност! виробннцтва скловиробхв безпосередньо пов'язано хз проблем мвии надтйностх та довговхчност! склофориуячого тнструменту, основ-их деталт якого у тепер1ин1й час виробляють гз чавуну. Детали пра-цюоть в умовах високих температур /крапля скла, цо потрапляе до фор-ми мае температуру втд 1100 до 1480°С /, термоциклхчних навантаяень, впливу на робоч! поверхи! активных компонентхв розплазу скла. Втдпо-вгдно, основнкки причинами усунення Тх з експлуатацтУ е термоххмхчна ерозхя робочхх поверхонь та викикнення трхнрш термовтомленостх.

Опхр чавуну ру*нуваннв, зокрша пхд чао робота склоформ, виз-начавться структурой металевоТ матриц!, кхлькхств, формо» X розподх-лом вклвчень графхту, а таков хнпих некеталеЕМх включзнь. Дослхдвен-ня ххмхчного складу чавунха, цо застосовувться на склозаводах Укра-!ни х за кордоном, вяявило, що концентрацхя фосфору х схрки в них змхнвзться у иироких меяах: 0,04-0,30? I 0,03-0,15? зхдповхдно. Вх-домо, цо цх елементн сильно лхквуэть у чавунх, утворпвчи самостхйнх нелегален! фаэи э хгагкми компонентами: фосфор - фосфхди, якх входять до окладу складно? евтектики, схрка - сульфит. Оцхнка впливу цкх вкличекь на стандартнх фхзико-мехашчн! та службовх властивостх чавуну за Л1тературга1ми данями не е однозначной. 1хнв поведхнку в умо-вах, цо аналогхчнх умоваы роботи склоформ практично не вивчено. Очевидно, чо оптнмхзацхя складу чавуну за фосфором та схркоа в резервом птдвищення ресурсу склоформупчого хнструменту.

Мета ^ задач! роботи. Метоп цхв? роботи було дослхддення ролх фосфхдноУ евтектики та сульфтдтв у кяхангзнах руйнування чавуну пхд впяивои статичних та териоцикл!чних навантахень, в тому числ! при взавмодх! хз розплавон скла, а такоз у внзначеннх допустимо! /опта-

мальноУ концентрат! фосфору I схрхи у чавунах для склоформуючого хнструменту. У зв'язку з цим буж поставлен! I вирхвенх такх задач!:

- досл!д*ено вплив фосфору (вхд °»°3 до 2,11$ ) та схрга (вхд 0,036 до 0,123£ ) на фханко-механхчнх та теплофхзичнх властивостх чавуну;

- запропоновано конструкщю випробного пристрою х застосовано методику к1льххско1 оцхнки окрихчувального вплмву розллаву схла на чавун, цо дозволило ни значит ступхнь зниження в'язкостх руйнувакня п!д впливом активкях компонентхв розплаву скла;

- вивчено эалежностх швидкостх термоххмхчно! ерозГх, крайового кута змочування у систем! скло-метал, змхнввашя иорсткосп поверхнх при взавмод!Т зх склом х стхйкостх чавуну вхд^концентрацх! в ньоыу фосфору та схрки;

- проведено кхлькхсний аналхз м1хрокеханхзыу руйнування чавуну при терыоциклхчному навантахенн! та визначен! коеф!ц1внти зв'язку включень графхту, фосфхдноУ евтектики, сульфхдхв х зерен матриц! з мхкротрхцинами термовтомленост! та повзучост! у залеяност! вхд ступени деформац!! i концентрат! фосфору х схрки у чавунi;

- на основ! одержаних даних вианачено оптимальну концентраци фосфору ( 0,3-0,4$ ) та допустиму концентрацхо схрки ( до 0,0% ) у ферятному чавунх, проведено промисловх хспити х видано рекоыендацх! по збхльшеншо експлуатащйного ресурсу деталей склофори.

Наукова новизна роботи характеризуемся такими положениями.

Одержано новх експериментальнх данх, якх показувть позитивний вплив фосфору Сдо 0,3-0,4%) х негативний вплив С1рки на комплекс експлуатацхйних властивостей чавуну для склофори.

Ъ застосуванням спещально! методики та зконструйованого випробного пристрои визначено ступхнь окрихчувального впливу розплаву скла на структуру чавун!в. Установлено, цо з пхдвиценням концентра-

фосфору та знкженням концентрат! стркн у чавун! окрихчувальний ефект зыеншувться.

1з внкористанням засобхв высокотемпературно! металографх! вста-ковлено ефект гальмування ыхкротрхщин термовтомленостх та повзучост! включениями фосфхдно! евтектнки. Встановлено утворення порожнин бтля сульф!д|в у результат» териоциклувшшя та екстрагування 1х хз натри -ц! внаслхдок взаенодх! 31 склон.

Одержано залежностх коефщхентхв зз'язку мхкротрхщин 13 структур ни ли складовими чавуну втд ступени дефорыадтУ I концентрат? фосфору та схрки за умов терноциклування I на ц!й основ! эапропоновано пояснения нхкромеханхзму руйнування графхтованого чавуну, ягай ыхс-тить фосф!дну евтектику та сульфхдя, при терыоциклхчному навантвженнх.

Практична цхннють та реал!зац!я результат» робота по'лягають

в:

- оптии!э«тТ складу чакуну за фосфором та е!рхои;

- у розробщ технологх! одвркання такого чавуну, його прокяслово-му випробуваинх;

- у пхдвиценнх стгйкоетх склоформувчого тструненту на 25-35$.

На захист внносяться : - зялизностх, як! описувть впляв фосфору та с!рвя на показнмки поверхневого руйнування чавуну внаслхдок взавмодх! !з роэплавои скла, X результат» феноменологхчного анал!зу взаенодх! фосфхдно! еатектики та сульфхдхв :з розплавон скла;

- конструктя вапробного пристрою для внзначвння впливу аятивного сервдовяца на в'яэкють руйнування ыатерхалхв I результата ххдькхсно! оцхнкм окркхчувально! д!! розплаву скла на чавунн з р!знов концентра-цхев с1рки та фосфору;

- результата кхльихсно! ощнкм участ! вклвчень фосфхдно! евтек-тихн, сульфхдхв, графхту, а тако* иеталево! матрнцх у зародаеннх та

розповродженн1 мхкротрхарш при термоциклхчних навантаженнях;

- результат* дослхджень по визначенни оптимально! концентрат? фосфору та допустимо! концентрацх! схрки у чавунах для склоформую-чого хнструменту.

Апробацхя роботи. Основнх результаты та положения дисерташ-йно! роботи доповхдалися та обговорювалися на Республхканському га-луз евому семIнарх "Научно-технический прогресс в производстве стекла и стеклокристаллических материалов строительного и технического назначения" С Костянтинхвка, 1987 ) , IV I V Всесопзних науково-тех-нхчних конференщях "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" ( Запор хкжя 1989, 1992 ) , V Республ1канськ1й науково-техн1чнхй кон-ференцх! "Повышение технического уровня и совершенствование технологических процессов производства отливок" ( Днхпропетровськ, 1990) , V—VI/ Республтканських науково-технхчних конференцхях "Неметаллические включения и газы в литейных сплавах" ( Запорхжжя, 1983, 1991, 1994 ) .

Публхкацх!. За ыатерхалаыи дисертац!! видано 12 друкованах праць, одержано 3 авторських свхдоцтва на вннаходи.

Структура та обсяг дисертацх!. Дисертащйна робота складшгться 31 вступу, п'яти глав, загальних висновкхв, перелхку посилань з 174 ыазв та додатку, що стосуеться вхдомостей щодо практично! реалхзацх! результат!в роботи. Дксертацхя викладена на 193 сторхнках, в тому числх: рисункхв - 66, таблиць - II, додаток - I.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СГ РОБОТИ

- исупх розглядаються: актуальнхсть теми, мета х задач! дос-лхдження, наукова новизна I практично значения роботи.

Перша глава присвячена анадгзу впливу структурних фактортв на характер руйнування чавуну для склоформувчого хнструменту. Показано, що особливостх умов експлуатац:! деталей формокомплекту вплив розплаву скла х термоциклхчнх навантаження визначаить складнхсть механхзму Тхнього руйнування, яки* потребуе бтльш детального вивчення. Встановлено, що склоформн вжходять хз строе здебхль-шого в результат! термоххмхчно! ероэх! робочих поверхонь X трхщино-утворення при термоциклуванн!.

Анал!з л!тературних джерел показав, 40 ochobhi зусилля дослхд-никгв були спрямован! на вивчення рол! включень графхту I матриц! чавуну у руйнуванн!. В той же час, в!дсутн! дан! про участь фосфхд-hoï евтектики та сульф!дхв, що мхстяться у структур! б!льшост! марок проынслових чавунхв, у руйнуваннх при взаямодх! з розплавом скла х термоциклуваннх.

Вплив фосфору та с1рки на стандартнх механ1чнх та службовх влас-тивостх чавунких вяливкхв, що використовувться у машинобукуваннх, вивчено достатньо повно. Але не з'ясовано питания про вплив цих еле-мент!в на показкики властивостей чавуну, що враховують специф!ку робота склоформувчого !нструмвнту ! визначаить його над1йн!сть та дов-говхчнхсть: нвидкхсть термоххмхчно! ерозх! у росплавх скла та термо-стхйкхсть у межах термхчного циклу робота склоформ, змочування мета-лу склом х зм1на шорсткостх робочих поверхонь у процесх експлуатацх!, а такок змтну в'язкостх руйнування пхд дхев розплаву скла. Вказанх властивост! було прийнято як основнх критерх! оптимхзацх! складу чавуну за фосфором та схркою.

У другхй главх описано метода дослхджень властивостей матерх-алхв. Дослхднх плавки чавунхв зх эроставчов кокцентрацхбв фосфору та схрки проводили в хндухщйних тигельних печах ICI- 0,02 та ICT-0,06. Вакористовували метод фракцхяно! розливки металу, яхий доэволяе вик-

лвчитк вплйв стороннхх фактор» та одержати найбхльи точнх результат*. 4врофосфор електротермхчний та схрчасте залхзо вводили присадками до тигля печх I до розливного коваа вхдповхдно.

Контроль хгмхчного складу, мхкроструктури, густини та фхзико-механхчних властивостей при кхмнатнхй та пхдвищенхй температурах проводили стандартними методами. Для оцхнхи впливу фосфору та схрки на кхлькхсть, форму та розмхри вклвчвнь графIту внкористовували розроб-лену в ЗПУ хнтегральну характеристику - хидекс графхту Эг .Сту-пхнь забруднення чавуну сульфхдами визначали лхнШним методом ( метод " Л ") .

Дослхдкення впливу робочого середовища на опхр руйнуванню чавуну проводили на стандартних зразках для визначення в'язкост! руй-нування з використанням спецтально створеного випробного пристрою. ОкрихчувальниЯ валив середовища оцхнввалк за допомогов коефхцхвнта:

£ = Сс/К.с , £1)

де ^^ та - значения критичного коефхцхвнта хнтенсивностт

напрукень вхдповхдно у роэплав1 скла х у повхтрх.

Про здатнхсть матерхалу чиннти опхр ерозхйному руйнуванню при перходичному контактов! хз роэплавом скла судили за середньов нвид-кхстю втрати мае и эразками та змхнов ворстхостх поверхнх .

Виоробування проводили на спсцхальнхй установцх, яка забезпечувала утримання задано! температури скла ( бхля И00°С ) х перходичне хз частотов 20 разхв за хвилику занурввання у розплав скла зразка а роз-мхрами МОЛ МО-2* 2-Ю'2 м.

Адгезхйну взавмодхв розплаву скла !з поверхнев чавуну дослхдку-вали за допомогов методу леяачоТ кралях. Еим1рввали крайовий кут змочування 0 краллею скла горизонтально! поверхнх чавунно! пхд-

кладки.

Для уточнения мткроыехонхзыу ерозН чавуну проводили експери-ыенти, як1 полягали в одержаннх профхлограа за трасами, що проходять через включения сульфхдхв та фосфхдноТ евтектики на поверхнх полхро-ваних зразкхв до I пхсля ?хньо? взавмодх! зх склом.

Термоциклування зразктв з пере£|дои З-Ю"3 х 3-10"3м у режи-щ 400~650°С эх статнчним розтягувалькии навантаженням, цо утворвв норнальнх напруження у робочому перерхзх пряблизко 25 Ша, проводили за вТдомхыи методиками на установцх ИМАШ -20-75. Термостхйкють чавуну оцхнюваяи за кхлькхств циклхв , яку зразок витримував до руйнування.

Роль структурних складовнх чавуну: включень графгту, фосфхд-но! евтектики, сульфхдхв, а таков металево? матрицх,- у зародасеннх та, частково, розповсюдяеннх трхлин териовтоиленностх та повзучостх оцхнввали за коефхцтентами зв»язку мифотрх^ин гз мхкроструктурою чавуну:

Км = N1/N304, 12).

Ки»Ц/1-заг, ( 3 >

де та - вхдп0в1дн0 кхльххсть I сумарна довжина мхкротрх-

щин, пов'язаних Хз певнов структурное складовов;

Ызаг та ^заг " вхдповгдно затальна кхлькють X загальна довжина всхх мхкротри^ин на базовхй довжин! пхдрахунку.

Вхдносна кхлькхсть вклвчень графхту, фосфхдноУ евтектики та сульфхдхв, що спричиняпть зародження мхкротрхирш, визначали вхдповхд-но за формулаыя:

Кг = гц!р/ n3a2 , , (4)

К„-= п£»7'П?аг , i6)

1

Ксь , с&

св-Птр/Пзаг , (6)

Дв Птгр,гй, П-тр ~ вишовхдно кхлькхсть вклпченьграфхту,

фосфхдно! евтектики та сульфшв, що брали участь у руйнуваннх; — г Ф С-В

^за*-, Пюг( Г)зад - загальна кхлькхсть вхдповхдних включень на тхй же площХ алхфа.

Аналогхчмши методами розраховували вхдноснх кхльхостх вхлгчень фосфхдно? евтектики, що гальмують х зупиняоть розвиток ыхкротрхщин К? » зруйнованкх включень фосфхдноТ евтектики К<р х nip, що утворилися бхля сульфхдхв у результат! термоциклування К "а •

Застосування цих методик дозволило вперае кхлькхсно оцхкити роль структурних складових у мхкроиеханхзых руйнування чавуну при вксоких температурах та термоциклхчиому навантикеннь

Теплопровхднхсть чавуну визначалн стацхон&рним nopiB-

кяльним методом на вим!рниковх ИТЭК-1Ы. Досдхдження питоыоУ тепло-смностх С здхйснввали порхвняльним методом динакхчного С-калориметра хз тепломхром та адхабатноп оборонкою на приладх ИТ-с-400. Температуропровхднхсть О. для певно! температуря розраховували за одержанный данный про теплопровхднють , питому тепдоеынхсть С та густину р чавуну при Т1й же температур! за формулой:

A/(c-j>)

(7)

Третя глава присвячена. доелхдкенням впливу фосфору на фг-зихо-механ!чн! та експлуатацхйн! властивост! чавуну для склоформ 13 пластянчастим С ЧПГ ) I кулястим С ЧКГ ) граф!том у мехах 0,031,70$ Р та 0,03-2,11$ Р в!дпов!дно. Експерименти проводили на чаву-Н1 базового складу, $: 3,20-3,34 вуглецв, 2,20-2,60 кремн», 0,400,55 марганцю, не бхльше 0,04 стрги. ЧКГ такой тетив 0,СЙ - 0,06$ магнт.

Залехност! границ! мщност! ЧПГ та ЧКГ при 20 та 700°С, а та-кох ударно! в'язкост! при 700°С мали екстремальний характер. Максимум властивостей в!дпов!дав 0,3-0,6$ фосфору. Твердють чавун1в у дослхдженому 1нтврвал! эростала на 50-60$. В!дносне эдовхення ЧКГ при 20°С зменшувалось з 12 до 2$, а при 700°С - з 19 до 5$. Вхднос-не здовхення ЧПГ при 700 °С такох зменаувалось з 10 до 5$, але цей чавун но проявив нахилу до локал!защ! високотедаературно! пластично! дефораац1!. При 20 °С ударна в»язкють ЧКГ зменшувалась 13 зростанням вм1сту фосфору у 23 рази, в той час як ЧПГ виявявся практично нечутливям до прясутност! у структур! крихко! фази - фосф1дно! евтектики.

Зроста»чг концвнтрац!! фосфору сприяли знихеннв показникхв в'язкост! руЯнування ЧКГ I, мена суттзво,- ЧПГ при 20 °С та зростаннв цих показник!в при 700°С. Встановлено зниження в'язкост! руйнування чавун!в у розплав1 скла. Ефекг, що спостар!гали, пояснювться хемосор-бц!вп активних складових частин скла, насамперед атом!в Ыа. » в облает! вергин концентраторхв напрухень. 3 шдвщенням вмюту фосфору окрихчувальна Д1я розплаву скла зменшувалась (зростання коефЩ!-енту $$ - табл.1 )

1з зростанням вмюту фосфору знихувалися густина та теплопро-в!ДН1сть чавун1в. Залехност! тепловмност! та температуропров!дност! мали В1ДП0В1ДН0 мшмум I максимум при 0,3-0,4$ фосфору.

Таблцця I - Впдив фосфору та с!рки на властивостх експериыентальких чавунхв

1-:-Т----■--"Г"--

«Крайовий кут »Швидкхсть !Шорсткхсть по-'змочування у ! тернохмхчноТ !верхнх внаслх-?системх ча- » ерозх! XX • ?ДО* взаемодхУ |вун-роэплав ! гдм2 у !хз склон

Концентрацхя в чавунх |Ковфхщент

СРЗ ! СБ]

£=К 1с /К,с

!скла, 9

мкм

Термосттй-

КХСТЬ ,

цикли

0,03 0,02-0,04 0,8170,88 78/94 21,0/15,5 0,27/0,20 26/76

0,34 — п "— 0,83/ 0,88 96/105 19,4/11,6 0,26/0,17 41/80 .

0,56 — N — 0,78/0,90 100/108 16,8/11,0 0,23/ - 34/41

0,92 - П — 0,80/0,94 103/109 14,3/10,0 0,23/0,16 27/33

1,15 — и - 0,89/0,96 108/116 14,5/10,2 0,19/0,14 20/29

1,70 — и — 0,92/ - 121/ - 13,6/ - 0,15/ - 22/ -

2,11 - « - - - /123 . - /9,8 - / 0,10 -

0,03-0,04 0,036 0,84 81 24,7 0,80 21

— м — 0,061 0,57 77 23,0 1,20 20

— и- 0,060 0,54 74 29,5 1,30 23

—»— 0,098 _ 71 38,9 1,90 :23 -

— II — 0,123 0,48 62 44,1 2,10 -24

1 Чисельник - ЧПГ знаменник - ЧКГ

ы га

Пщвищення вы юту фосфору спричинило эниження змочування ча-вунхв розплавом скла, внаслхдок чого зменлилася швидкгсть термох!м!Ч1-но! ероз!! у середньому на 35£ I мекш значно Сна 40-50£) зм!нила-ся шорсткють поверхн» пюля взавмод!! 13 склон. Виб!рно! ероз!! включень фосфхдноТ евтектики не вхдзначено. В цхлому, встановлен! явила пояснюються дхвю фосфору на поверхню чавуну, цо працюе у контакт! з розплавом скла.

Металограф!чнт дослхдження чавуну при термоциклхчному наяанта-женнх за режимом 400¿Г650 °С показали, що помхтних структур них змхн х мхкродеформащй включень фосфхдно! евтектики не виникжло до самого руйнування зразк1в. Встановлено ефект гадьмування мхкротрхцин термо-втомленостх та повзучостх включениями"фосфхдно! евтектики.

Методами кхльк1сно! металографх! з'ясовано (рис.1) , цо про-втдну роль у процесах трхциноутворення в умовах термоциклування вхдхгравали включения графхту. Зростання вмхсту фосфору до 0,3-0,4£ спрхяло активхзащ! участх графхту у мхкроруИнуванн! та зниженкю частки м!кротр1щин, що,виникали на границях зерен матриц]. При цьо-му !зольованх включения фосфхдно! евтектики практично Не брали учас-т! у зароджених мкротрицин. При подальшому зростаннх вмхсту фосфору I розвитку евтектичного каркасу частки графхту 1 границ* зе'рен матриц! у руйнуванн! зрхвнввалися. 1нтенсифхкувалося мхкроруйнування матриц! навколо вклвчень фосф!дно! евтектики.

Максимальна термостхйкхсть чавун!в, цо мхстять 0,3-0,41 Р С ДМВ. табл. I ) , пояснювться тиы, що, з одного боку, матриця змхщнювться розчиненим в невелики! к!лькост! фосфором, з хилого - хзольованх, р1вном1рко розпод!ден! включения евтектики не переакодкують реалх-зац!! високотемпературно! пластичност! матриц! та гальмують за таких умов розвиток м1кротрнцин. Одночасне розкриття порожнин, в яких мютяться граф!тов! включения, I м!кроруйнування матриц! б!ля

0,8

0,6 0,4 0,2

0 0,6

—

111 —о--

ч «,____ /у

0,2

л

э V \ кГ" —•

Xх §5:

у 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 р , $

— км. ---К,.,

О- графтт; □- матряця; ф - фосф!дна евтектика

Рисунок I - Вллив вмюту фосфору на величин* Км та ^ для складових структури ЧПГ (а) I ЧКГ(б)

цих вклпчень сприяють релаксац1Т терм!чних напружень у метал!. Птд-вищення вмтсту фосфору понад О,5$ та роэвитоя С1тки фосфтдно! евтек-тики, особливо у раз! Н нер!вном!рного розпод!лу, ахтив!зуе м!жзерен-не руйнування матриц!, як насл!док утруднених деформацхя, эавдяки жорскому евтектичному каркасу. В!дпов1дно, отримали зникення термо-СТ1ЯК0СТ! чавун!в.

Проведен! лабораторн! дослютення дозволили рекомекдувати для промислового випробування якматер!ал1в склоформувчого !нструменту феритних чавунгв з пласгинчастим та кулястим графгтом, 40 мютять 0,3-0,4$ фосфору„I маоть у струкутр! !зольован! вклвчення фосф!д-ко1 евтектики.

У четверпй глав! наведено результата дослхджень впливу эрос-_ таючих в!д 0,036 до 0,123$ концентрац!й с!рки на ф!зико-механ1чн1, теплоф!ЗИчн! та,експлуатацхйн! властивост! с!рого чавуну.

В дослюденому !нтервал! концентрац!й стрка практично не впли-нула на ступтнь граф!тизащ! чавуну, через те 40 експериментальний метал мютивмарганець у к!лькост1 0,47-0,55$ , достатньо! для зв'я-зування с1рки у сульф!ди.

Зростання вм!сту с1рки суттево не позначилося на механхчних властивостях при 20 °С та в'язкост! руйнування при 20 I 700 °С. При 700°С границя мхцност! та ударна в*язк!сть зменаувалася на 10 та 28$ в!дпов!дно.

Птдвищення концентращУ стрки помдтно не зм!нило густини та те-плоемност! чавуну, але спричинило зниження теплопровицюст! та теш-пературопров1дност! на 20-25$.

3 пхдвищенням вмюту с!рки у розглянутому !нтервал! крайовий кут змочування у систем! розплав скла-чавун зменшувався на 20-25$, швидк1сть,.термоххм!чно¥ ероз!1 зростала на 70-80$, а ворсткхсть по-верхн! шсля взаемод!! з! склом - на 160$ (див.табд.1) . Отриман!

результата, на нал погляд, зумовленх эростанням кхлькостх сульфхд» у структур! чавуну. Це шдтверджувться експериментально встановленим фактом утворення "кратер!в" замють сульф!дних включень при взаемо-Д11' поверхн! чавуну з розплавом скла.

Шдсилення адгез!? у систем1 скло-чавун, певно, пояснив акти-в!защю о кряхчу вал ьно! Д11 розплава скла 13 эростанням внюту сгрки в чавун!

Дослщжено механтзм ероз!Иного руйнування сульфтдних включень у структур! чавуну за умов перюдично! взаемод!* з розплавом скла. Встановлено, що внасл1док термоциклування сульф!ди втрачають зв'язок з металевою матрицею э утворекням порожнин навколо включень. Таким чином полегшуеться екстрагування зазначених вклвчень э поверхн! розплавом скла, що стимулов високотемпературну ероз!ю чавуну.

Методами к1льк!сно! металограф!! визначено, цо сульфиде не в!-д!гравали пом!тно! рол! в утворенн! мхкротрпцин за умов термоциклування ( рис.2,3). Бтльш1сть м!кротрхщин зароджувалось на включениях граф!ту. Однах навколо бхльше нхж 95£ сульфтдних включень через тер-моциклхчне навантаження утворввалися порожнини, що негативно вплива-ло на ероз1йну ст!йк!сть.

Результата лабораторних дослхдхень показали, цо к!льк1сть суль-ф1Д!в у структур! чавуну, що взаемод!в з розплавом скла, треба зво-дити до м!н1муму, у зв'язку з чим рекомендовано обмежувати вмхст с!рки концентратею, необх1дною для утворення ефективншх центр!в графхтизащ! (0,05*).

П'ята глава присвячена технолопчним особливостям отримання чавуну з оптимальним вмютом фосфору х обмеженим вмхстом с!рки.

Для щдвищення концентрат! фосфору рекомендовано легування ферофосфором, що вводять як в п!ч, так I у ливарний к!во без сут-тввих зм!н технолог!? плавки. Внаслхдок того, що для вхдливкхв з

Км. К,

0,90

0,80 0,70

КыХ 0,08

0,04

0

а-- —— 2

К,

*---

0,02

0,06

I- Км

0,10 г -

Б

Вюунок 2 - Залежностт ноефтцтвнтхв К м та ки для граф1ту (а) т сульфшв (б) втд вмтсту схрки в чавунт

се I

0,6 0,4

0,2

0 2 4 6 8 10 £

и п

1 - "лсь (пори навколо сульфшв

2 - К"" (трхщини бтля графтту ; ,

3 - ксь (трхчини бтля сульфшв)

Рисунок 3 - Залежностт коефщтвнттв се, г»Св

втд ступени деформацт! эраэка

фосфористого ЧКГ характерно утворення nip п!д час кристалтзащ!, потрхбно обмежити оптимальний bmict в ньому фосфору концентрацию 0,2-0,3$.

Розглянуто процеси отримання чавуну з обмеженим вмютом схрки та одночасним створенням умов для стабхльного засвоення фосфору. Запропоновано здхйсшовати хндукцхйну плавку та використовувати чисту за с1ркоп шихту. При проведенн! кислого ваграночного процесу дощль-но застосувати позапхчну десульфурацхв чавуну випробуваними в умовах скляних заводхв методами.

Вхдэначено стабхлхэуючий вплив фосфору на евтектоКдний цементит. Вхдливки хз запропонованого чавуну, отриманх у пхцаних формах,пхд-лягають низькотемпературному феритизувчому В1дпалу при температур! 750 °С.

Результат прокислового випробування та впроваддення довели, що оптим!зац!я вмюту фосфору (0,3-0,4$) i обмеження вмюту схрки до 0,05$ у феритному с!рому чавун! призвело до пхдвицення ст!йкост! склоформуючого хнструменту на 25-35$. Економхчний ефект вхд впро-вадження матерхалхв щеТ роботи на одному з склозаводхв УкраУки становить 45978 грн.

ЗАГАЛЬШ ВИСНОВКИ

I. Для чавунхв, що застосовуються на склозаводах УкраУни як матерхал для деталей склоформуючого хнструменту, характерний широкий дхапазон розкиду концентрацхй фосфору (0,04-0,30$) та с!рки (0,03-0,15$). Концентращя цих елементхв у багатьох випадках не контролввться х не регламентувться.

2. Дослхдження взаемодхТ схрого та високомхцного чавунхв хз роэплавом скла показало, що пхдвищення концентращУ фосфору, в межах 0,03- 1,70$ та 0,03-2,11$ вхдповхдно, сприяло зниженню адге-

зтйноТ взаемод11 на границ1 метал-скло х, як насл1док, зменшеннв швидкост! термох1м!чно! ероз!Х, а також збереженню високоХ якостх поверхн! чавуну.

3. Збгльшення концентращУ с1рки вхд 0,036 до 0,123$ у чавунх хз пластинчастим граф1том сприяло шдсиленню змочування його склом, що негативно впливало на ерозхйну ст1Йкхсть та шорсткхсть поверхн1 чавуну.

4. Використання спецхального випробного пристрою дозволило вста-новити, що внасл1док пхдвищення концентрацхТ фосфору х зниження схрки в чавунх змегавуеться окрихчувальна дхя на нього розплаву скла.

5. Методами кхлькхсноХ металографхХ хз застосуванням високотем-пературноХ мхкроскопхУ показано, що ведучу роль у зародженнх та роз-витку трхщин термовтомленостх у граф1тиэованих чавунах, у 'структурх яких мютиться фосфхдна евгектика х сульфхди, грають включения графх-ту незалежно вхд форми, розмхрхв х розподхлу останнхх.

6. Експериментально встановлено, що включения фосф1дноУ евтектики при пхдвищених до 400-650°С температурах е бар'ерами на шляху розповсюдкення мхкротрхщин термовтомленостх та повзучостх, що позитивно впливав на опхр руйнувакню чавуну.

7. Максимальна термостхйкхсть чавунхв була досягнута при кон-центрацхХ фосфору 0,3-0,4$, що пояснювться армуючою дхею хзольованих включень фосфхдно! евтектики, як1, не перешкоджуючи реалхзацхХ висо-котемпературноУ пластичностх матриц!, гальмують мхкроруйнування. Розвиток схтки фосфхдноГ евтектики, особливо при нер1вном!рному IX розподхлу викликае стиснення пластично'/ дефорыац!! та стимулюе М1ж-зеренне руйнування матриц1, що е причиною зниження термосттйкостх.

8. Сульф1ди у структур! чавуну помхтноХ участх у трициноутворен-нх при термоциклуваннх не приймали. Проте знакозмхннх термхчнх на-пруження та деформацхХ спричиняють утворення порожним навколо вклю-

чень. Шдвищена адгезтя сульф|Д1в до розплаву скла сприяе Ххньому екстрагуванню !з матриц!, утворенню м!крокаверн та !нтенсиф1кац!Т поверхневого руйнування чавуку.

9. Комплекс досл!джень хз метоп оптим!зац1? складу чавуну за фосфором та с!ркою показав перспективнють використання як матер1-алу для деталей склофорыувчого хнструменту феритного чавуну, що мютить у структур! 1зольован!, рхвношрно розпод1лен! включения фосф!дно! евтектики, при концентрат! фосфору 0,3-0,4 у ЧПГ та 0,2 - 0,3i у ЧКГ. Концентращя с1рки у чавун1 не повинна переви-щувати 0,05%, щоб звести до м!н!муму кмькхсть сульфщтв у структур!.

10. У промислових умовах вцздрацьована технолопя виробкицтва чавуну з оптимальною концентрацхею фосфору та обмеженою концентра-Ц1бю с!рки, що передбачав проведения !ндукц!йноТ плавки на чисттй за с!ркою пихт! I введения ферофосфору до тигля печ! або до «сварного ковша з наступним феритизуючим в идеалом в1дливк!в.

11. Впровадження запропонованого чавуну дозволило пхдвицити ст!йк!сть склоформуючого !нструменту на 25-35)6 i одержат еконо-м!чний ефект у сум! 45978 гривень за р!к.

Основнх положения та результата дасертацтУ були опубл!кован! у таких роботах:

1. Егоров A.A. К вопросу о высокотемпературной эрозии чугуна в расплавах силикатов // Приднтровсымй науковий вюник.-1997.- »4.- С. 13-16.

2. Егоров A.A. Влияние серы и фосфора на свойства чугуна для стеклоформующего инструмента // Придншровський науковий В1СНИК.- 1997.- » 8.- С.15-17.

3 Егоров A.A. Экономнолегированный чугун для стеклоформующего инструмента // Новые конструкционные материалы и аффективные

методы их получения и обработки: Сборник науч.трудов. - К.: УМК ВО, 1988.- С.94-96.

4 Колотилкин О.Б., Волчок И.П., Егоров A.A. и др. Влияние металлургических и структурных факторов на качество стеклоизделий, вырабатываемых в стеклоформах из чугуна // Научно-технический прогресс в производстве стекла и стеклокристаллических материалов строительного и технического назначения: Материалы респ. отраслевого семинара.- Константинова, 1987.-С.40-41.

5 Волчок И.П., Белоус Л.Л., Егоров A.A. Повышение надежности и долговечности стеклоформ из чугуна // Молодые ученые и специалисты - реализации целевых комплексных программ, ускорение научно-технического прогресса, активизации НГТМ: Тез.докл. III обл.конф.-Запорожье, 1988,- С.28-29.

6. Колотилкин О.Б., Егоров A.A., Качалов D.A. Влияние механизма разрушения стеклоформ из чугуна на качество стеклоизделий, // Молодые ученые и специалисты - реализации региональных целевых комплексных программ, ускорению научно-технического.прогресса, •>■ активизации НГТМ: Тез.докл. III обл.конф.- Запорожье,I988.-C.29-30.

7 Егоров А.А,,Исследование влияния рабочей среды на склонность чугуна к хрупкому разрупению // Новые конструкционные стали, и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Тез.докл. IV. Всес.науч.-техн.конф.-Запорожье,1989.-С.225-226.

8 Лисовский A.B., Егоров A.A. Влияние фосфора на жаростойкость высокопрочного чугуна // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах: Тез.докл. 5-ой респ. науч.-техн. конф.- Запорожье, 1988.- С.243-244.

9 Колотилкин О.Б., Егоров A.A. Оптимизация состава чугуна для стеклоформующего инструмента // Повышение технического уровня

и совершенствованне технологических процессов производства отливок: Тез.докл. V респ. науч.-техн. конф.- Днепропетровск, 1990,-T.I.- С.72.

10. Егоров. A.A. Влияние фосфора на свойства чугуна // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах: Тез.докл. 6-ой респ; науч.-техн. конф.- Запорожье, 1991.- C.I23.

11 Егоров A.A., Колотилкин О.Б. Влияние серы и фосфора на механизм разрушения чугуна для стеклоформующего инструмента // Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Тез.докл. V науч,-техн. конф.- Запорожье, 1992.- C.I7I-I72.

12 Егоров A.A., Колотилкин О.Б. Сульфидные включения и высокотемпературная эрозия чугуна // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах: Тез.докл. Vil респ. науч.-техн. конф.-Запо-рожье, 1994,- С.90.

13 A.c. 1796960 СССР МКИ5 G 01 » 1/28. Образец для определения вязкости разрушения / О.Б.Колотилкин, А.А.Егоров,

И.П.Волчок - 4 с.

14 A.c. I7I3968 СССР МКИ5 С22 С 37/10. Чугун для стеклофор-мующего инструмента / О.Б.Колотилкин, И.П.Волчок, А.А.Егоров. О.А.Качалов.- 6 с.

15 A.c. 1674492 СССР МКИ5 С 03 В 9/24. Черновая форма / О.Б.Колотилкин, И.П.Волчок, А.А.Егоров и др.- 4 с.

Yegorov A.A. Influence of phosphorus and sulphur on fracture resistance and properties of cast iron for glass-shaping tool.

Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences on speciality 05.02.01 — Material science in machine industry. Zaporozhye State Technical University. Zaporozhye, 1997.

New experimental results on positive influence of phosphorus tup to 0,3 - 0,4%) and harmful effect of sulphur on service properties of ferritic flaky and nodular graphite cast iron for glass-shaping tool were obtained. Phenomenon of retardation of thermal—fatigue and creep microcracks by phosphide eutectic inclusions was determined. Participation of sulphides in surface destruction of the material under cyclic interaction with molten glass was revealed. Manufacturing technology was developed and cast iron with optimized phosphorus and limited sulphur content was introduced in glasswork practice.

Егоров А.А. Влияние ФосФэра и серы на сопротивление разрушению и свойства чугуна для стеклоформукщего инструмента.

Диссертация на ооисканиа ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - Материаловедение в машиностроении. Запорожский государственный технический университет. Запорожье. 1997.

Подучены новые эксперименгалыше результата, показывающие положительное влияние фосфора (не более 0.3 - О,да и негативное влияние серы на комплекс эксплуатационных свойств Ферритаого чугуна (ЧПГ и ЧШГ) для сгеклоформуюцего инструме!гга. Установлен гФФект торможения мгосрспревдн термоусталости и ползучести включениями Фоойедной эвтектики. Определено участие сульфидов в разрушении поверхности материала при периодическом взаимодействии с расплавом стекла. Отработана технология получения и осуществлено промышленное внедрение чугуна с оптимальной концентрацией фосфора и ограниченным содержанием серы.

IOno40Bi слова: чавун, ФосФор, cipxa, еЕггекяПка. розплав скла, термоцикл1Чне навактаження, руйнування.

Подписано к печати 18.06.97 Объем 4 п.л. Тираж 100 экз Заказ № 630 330600 г.Запорожье, ЗГТУ, Типография, ул.Гоголя, 64