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

РГВ од

......... .. . м1н1сгерство освгги укра1'ни

ЗАПОРТЗШЙ ДЕЕЯАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕГ

На правах рукопису

6Г0Р0В АндрШ Олександрович

ВШМВ 40СФ0РУ ТА С1РКИ НА ОП1Р РУЙНУВАНШ) I ВЛАСТИВОСТ1 ЧАВУНУ ДЛЯ ШО&ОРМУВЧОГО 1НСТРУМЕНТУ

05.02.01 "МАТЕР 1АЛ03НАВСТВ0 В МАШЮБУДУ ВАНН I"

Автореферат

дисертац!! на здобуття наукового ступени кандидата технтчних наук

Запор!«*я - 1997

Дисертацлз» е рукошс.

Роботу виконано в Залархзъхоку державному технхчноыу унх-верситетх.

Науковий керхвник

заслужений Д1яч науки х техшки Укра1'ни,

доктор техкхчних наук, професор ВОЛЧСК 1.П.

Офгцтйнг опоненти

доктор технхчних наук, професор ЛУНЬОВ В.В.

кандидат технхчних наук,

старший науковий сп1вроб1тник ОРЛОВ М.Р.

Провхдна орган1зац1я - Запорхзька державна хтсенерна академхя.

Захист дисертац11 втдбудеться "23й 1997р.

о 15 годинх на зас1дакнх спецхалхзованоУ вчено! рада

Д08.02.01 при Запорхзькому державному технхчноку унхверситетх за адресов; 330063, м.ЗапорХжжя, вул. Жуковсьхого, 64.

3 дксертацгею можна ознайомитися у бхблхотещ унхверситету.

Автореферат роэхслано " 8 " Ли-пнЯ 1397р.

Вчений секретер спецхалхзовано¥ вчено! ради,

доктор технхчних 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 телертишй 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 вклачень 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 кезах: 0,04-0,30? I 0,03-0,15? зхдповхдно. Вх-домо, цо цх елементн сильно лхквуэть у чавунх, утворпвчи самостхйнх нелегален! фаэи э хгагкмя компонентами: фосфор - фосфхди, якх входять до окладу складно? евтектики, схрка - сульфит. Оцхнка впливу цкх вкличекь на стандартнх фхзико-механхчнх 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-

мадьноУ концентрат! фосфору I стрки у чавунах для склоформуючого хнструменту. У зв'язку з цим буж поставлен! I вирхвен! такх задач!:

- досл1даено вплив фосфору (вхд 0,03 до 2,11$ ) та с!ркя (вхд 0,036 до 0,123$ ) на ф1энко-механ!чнх та тешгофхаичнх властивостх чавуну;

- запропоновано конструкцш випробного пристрою х застосовано методику кхльххско1 оцхнки окрихчувального вплмву розллаву скла на чавун, цо дозволило ни значит ступхнь зниження в'язкостх руйнувакня пхд впливом активнях конпонентхв розплаву скла;

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

- проведено кхлькхсний аналхз м1хромеханхзыу руйнування чавуну при терыоциклхчному навантахенн! та визначен! коеф!ц1енти зв'язку включень графхту, фосф!дноУ евтектики, сульфхдхв х зерен матриц! з мхкротрщинами термовтомленост! та повзучост! у залеяност! вхд ступени деформац!! i концентрат! фосфору х схрки у чавунI;

- на основ! одерханих даних визначено оптимальну концентраци фосфору ( 0,3-0,4$ ) та допустиму концентрацхо схрки ( до 0,05$ ) у феритному чавунх, проведено промисловх хспити I видано рекомендацх! по збхльвеншо експлуатацМиого ресурсу деталей склофорн.

Наукова новизна роботи характеризуемся такими положениями.

Одержано нов! експериментальн! данх, як! показувть позитивний вплив фосфору Сдо 0,3-0,4$) ! негативний вплив С1рки на комплекс експлуатацхйних властивостей чавуну для склофори.

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

фосфору та знкженняы концентрат! схркн у чавун! окрихчувальний ефект зыеншувться.

1з внкористанням засобхв высокотемпературно! металографх! вста-ковлено ефект гальмування ыхкротрхщин термовтомленостх та повзучостх включениями фосфхдно! евтектики. Встановлено утворення порожнин бтля сульфхдхв у результат» териоциклувшшя та екстрагування 1х хз натри -ц! внаслхдок взаеиодх! 31 склом.

Одержано залежностх коефщхентхв зз'язку мхкротрхщин 13 структур ни ли складовими чавуну втд ступени дефорыадтУ х концентрацхТ фосфору та схрки за умов термоциклування I на цхй основ! эапропоновано пояснения н!кромеханхзму руйнування графхтованого чавуну, ягай ыхс-тить фосфхдну евтектяку та сульфхдя, при терыоциклхчному навантвженнх.

Практична цхннють та реал!зацхя результатробота по'лягають

в:

- оптии1э«щТ складу чавуну за фосфором та е!ркои;

- у розробщ технологх! одеркання такого чавуну, його прокяслово-му випробуваннх;

- у пхдвиценнх ст!йкостх склоформувчого тструненту на 25-35$.

На захист внносяться : - залежностх, як! описувть вплнв фосфору та с!ркя на показнмки поверхневого руйнування чавуну внаслхдок взакмодхТ хэ роэплавои скла, X результат» феноменологхчного анал!зу взаеиодх! фосфхдно! еатектики та сульфхдхв :з розплавон скла;

- конструктя внпробного пристрою для внзначвння впливу аятивного середовица на в'язкхсть руйнування ыатерхалхв I результата ххдькхсно! оцхнки окркхчувально! д!! розплаву скла на чавунн з р!знов концентра-цхев С1рки та фосфору;

- результата кхлынсно! оцхнки у част! вклвчень фосфхдно! евтектики, сульфхдхв, графхту, а також иеталево! матрицх у зародаеннх та

розповсвдженш мхкротрхарш при термоциклхчних навантаженнях;

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

Апробацхя роботи. Основн! результаты та положения дисерташ-йно! роботи доповхдалися та обговорювалися на Республхканському га-луз евоиу семIнар! "Научно-технический прогресс в производстве стекла и стеклокристаллических материалов строительного и технического назначения" С Костянтинхвка, 1987 ) , IV I V Всесопзних науково-тех-нхчних конференцхях "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" ( Запор тя 1969, 1992 ) , V Республхканськхй кауково-техтчнхй кон-ференцх! "Повышение технического уровня и совершенствование технологических процессов производства отливок" ( Днхпропетровськ, 1990) , V—VI/ Республтканських науково-технхчних конферекщях "Неметаллические вкличения и газы в литейных сплавах" ( Запорхжжя, 1983, 1^91, 1994 ) .

Публхкацх!. За ыатерхалаыи дисертацх! видано 12 друкованах праць, одержано 3 авторських св!доцтва на вннаходи.

Структура та обсяг дисертацх!. Дисертащйна робота складасться 31 вступу, п'яти глав, загальних висновкхв, перел1ху посилань з 174 ыазв та додатку, цо 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

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

Перша глава присвячена анадгзу впливу структурних фактортв на характер руйнування чавуну для склоформувчого хнструменту. Показано, що особливост! умов експлуатац:! деталей формокомплекту вплив розплаву скла х термоциклхчнх навантаження визначаить складнхсть механхзму Тхнього руйнування, яки* потребуе бтльш детального вивчення. Встановлено, що склоформн шхадять 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!д!в, що мхстяться у структур! б!льшост! марок проынслових чавун!в, у руйнуванн! при взаямодх! з розплавом скла ! термоциклуванн!.

Вплив фосфору та с1рки на стандартн! механ1чн! та службовх влас-тивостх чавунких вяливкхв, що використовувться у машинобукуванн!, вивчено достатньо повно. Але не з'ясовано питания про вплив цих еле-мент!в на показкики властивостей чавуну, що враховують специф!ку робота склоформувчого !нструмекту ! визначаить його над1йн!сть та дов-говхчн!сть: нвидкхсть термох!м!чно! epo3iï у росплав! скла та термо-ст!йк!сть у межах термтчного циклу робота склоформ, змочування мета-лу склом ! зм1на шорсткост! робочих поверхонь у процес! експлуатац!!, а такок змтну в'язкост! руйнування тд дхев розплаву скла. Вказан! властивост! було прийнято як ochobhi критер!! оптим!защ! складу чавуну за фосфором та с!ркою.

У друг!й глав! описано метода досл!джень властивостей матер!-ал!в. Досл!дн! плавки чавун1в з! эроставчов концентрац!бв фосфору та с1рки проводили в !ндухц1йних тигельних печах ICI- 0,02 та ICT-0,06. Вакористовували метод фракцхяно! розливки металу, яхий доэволяе вик-

лвчитк вплив сторонн!х фактор!в та одержати найбхльи точа! результат*. §врофосфор електротерапчний та схрчасте залхзо вводили присадками до тигля печх I до розливного коваа вхдповхдно.

Контроль ххмхчного складу, мхкроструктури, густини та фхзико-механхчних властивостей при К1мнатн1й та пхдвищенхй температурах проводили стандартними методами. Для оцхнки впливу фосфору та схрки на кхлькхсть, форму та розмхри вклвчвнь граф!ту використовували розроб-лену в ЗПУ хнтегральну характеристику - !идекс графхту Эг .Сту-щнь забруднення чавуну сульфхдами виз начали лхнЩним методом ( метод " Л ") .

Дослхдкення впливу робочого середовища на ощр руйнуваиню чавуну проводили на стандартних зразках для визначення в'язкост! руй-нування з використанням спецхально створеного випробного пристрою. ОкрихчувальниЯ вплив середовища оцхнввали за допомогов коефщхвнта:

jb=Cc/«1c, íi?

де f(,c та К1С - значения критичного коефхцхента хнтенсивностх напрукень в1дпов1дно у роэплав1 скла х у поштрь

Про здатнють матерхалу чиннти опхр ерозхйному руйнуваннп при перходичному контактов! хз роэплавом скла судили за середньо» ивид-кхстю втрати мае и эразками \jf та змхнов ворсткостх поверхнх Ra. • Виоробування проводили на спецхальнхй установи!, яка забезпечувала утримання задано! температури скла ( бхля II00°C ) х перходичне тэ частотой 20 разib за хвилику занурввання у розплав скла зразка э роз-м!рами МОЛ M0_2x 2-Ю'2 м.

Адгезхйну взавмодш розплаву скла !з поверхнев чавуну дослхдку-вали за допомогов методу леяачо! краплх. Внм!рввали крайовий кут змочувашя Q краллев скла горизонтально! поверхнх чавунно! п!д-

клецки.

Для уточнения мхкроиеханхзыу ероз1! чавуну проводили експери-ыенти, як1 полягали в одержаннх профхлограа за трасами» в?о проходить через включения сульфхдхв та фосфхдноТ евтектики на поверхнх полхро-ваних зразкхв до I пхсля ?хньо? взавкодх! зх склом.

Термоциклування зразкхв з перерхдом З-Ю"3 х 3-10~3м у режи-мх 400~650°С зх статичним розтягувальким навантаженням, цо утворвв нормальнх напруження у робочому перерхзх приблизно 25 Ша, проводили за вхдомиыи методиками на установцх ИМАШ -20-75. Термостхйкють чавуну оцхнювали за кхлькхств циклхв , яку зразок витримував до руйнування.

Роль структурних складових чавуну: включень графхту, фосфхд-но! евтектики, сульфхдхв, а таков металево? матрицх,- у зародясеннх та, частково, розповсюдяеннх трхаин терновтоиленностх та повзучостх оцхгазвали за коефхцтентами зв'язку м1яротрХ5ин гз мхкроструктурои чавуну:

К^Ыи/Ызаг, 12).

К^Ь/Ьзаг, СЗ)

де [\|1 та 1_1 - В1ДП0В1ДН0 кхльххсть X сумарна довжина м1кротрх-щин, пов'язаних хз певнов структурной складовош;

Ызаг та ^заг ~ в^дповядно затальна кхлькють X загальна довжина всхх мхкротрифш на базовхй довжинх пхдрахунку.

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

Kr = n£/ П3аг , (4)

КФ = П?Р7-пГаг ,

Ксь , с&

св = Птр/Пзаг, (6}

Г ср сВ

дв Птр.Птр, Птр ~ В1ДПОВХДНО кхлькхсть вклвченьграфхту,

фосфтдноТ евтектики та сульфхд1в, що брали участь у руйнуваннх; _ г Ф с-в

•bat, Пгаа.( Г)зад - эагальна кхлькхсть вхдповхдних включень на Tjfl же плоцХ шлхфа.

Аналогхчкжми методами роэраховували вхдноснх кхльхостх вхлгчень фосфхдно? евтекгики, що гальмувть X зупиняють розвиток ыгкротрхщин К^ > зруйнованкх включень фосфхдноТ евтектики К<р х nip, що утворилися бхля сульфхдхв у результат! термоциклування К "в

Застосування цих методик дозволило вперае кхлькхсно оцхкити роль структурних складових у мхкроиеханхамх руйнування чавуну при високих температурах та термоциклхчиону навантехеннх.

Теплопровхднхсть у\ чавуну визначалн стацхонарним порхв-няльним методом на вимхрниковх ИТЭМ-1М. Дослхдження питомоУ тепло-смностх С здхйенввали порхвняльним методом динамхчного С-калориметра хз тепломхром та ад1абатною оболонков на приладх ИТ-с-400. Температуропровхднхсть (X для певно! температуря роараховувалм за одержанный дакими про теплопровхднхсть , питону теплоеынхсть С та густину р чавуну при тхй *е температурх за формулой:

а= Л/Сс-^)

(7)

Третя глава присвячена. дослгдквнням впливу фосфору на фг-зихо-механ!чн! та експдуатац!йн! властивост: чавуну для склоформ 13 пластинчастим С ЧПГ ) I кулястим С ЧКГ ) граф!том у межах 0,031,70$ Р та 0,03-2,11$ Р в1дпов!дно. Експерименти проводили на чаву-нг базового складу, $: 3,20-3,34 вуглецв, 2,20-2,60 кремн!в, 0,400,55 марганцв, не бхльше 0,04 стрги. ЧКГ такой ыюгив 0,СЙ - 0,08$ магн1в.

Залежност! границ! м!цност! ЧПГ та ЧКГ при 20 та 700°С, а та-кож ударно! в'язкост! при 700°С мали екстремальний характер. Максимум властивостей в!дпов:дав 0,3-0,6$ фосфору. Твердють чавун1в у дослхдженому 1нгервал! эростала на 50-60$. В!дносне эдовження ЧКГ при 20°С зменшувалось з 12 до 2$, а при 700°С - з 19 до 5$. В:днос-не здовження ЧПГ при 700 °С також зменаувалось з 10 до 5$, але цей чавун но проявив нахилу до локал:защ! високотедаературно! пластично! дефораац1!. При 20 °С ударна в»язк!сть ЧКГ зменшувалась 13 зросганням вм1сту фосфору у 23 рази, в той час як ЧПГ виявявся практично нечутливям до прясутност! у структур: крихко! фази - фосф1дно! евтектики.

Зр ос та» чг концвнтрацИ фосфору с при я ли зниженнв показ ник хв в'язкост! руЯнування ЧКГ I, мена суттзво,- ЧПГ при 20 °С та зростаннв цих показниктв при 700°С. Встановлено зниження в'язкост! руйнування чавун!в у розплав1 скла. Ефая?( що спостар:гали, пояснветься хемосор-бц!вв активних складових частин скла, насамперед атом!в Ыа. » в облает! вергин концентратора напружень. 3 щдвщенням вмюту фосфору окрихчувальна д:я роэплаву скла зменшувалась (зростання коефщ!-енту ^ - табл.1 )

1з зростанням вмюту фосфору знижувалися густина та теплопро-втднють чавун1в. Залежност! тепловмност! та теипературопров!дност! мали в:дпов:дно мшмум : максимум при 0,3-0,4$ фосфору.

Таблэдя I - Вплив фосфору та схрки на властивоетi експериментальних чавунхв

1-1-1-:—:—'

!Крайовий кут »Швидкхсть !вмочування у ? термоххыхшо! !систем! ча- ! ерозхТ AJ ,

I скла^°01ЛаВ ¡ г/С-2- год.) J_град. ?_____

т—--

!Шорсткхсть по-!верхнх внаслх-!док BsaeuqAiï !хз склок Ra ,

Концентрацхя в чавунх|Коеф!цхент

CP] "I [S] j

1 /К»с

M KM

Термост!й-кхсть Nit , цикли

0,03 0,02-0,04 0,81 Vo,88 78/94 21,0/15,5 0,27/0,20 26/76

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

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

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

1,15 - и - 0,89/0,96 I08/II6 14,5/10,2 0,19/0,14 20/29

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

2,11 — к - - - /123 . - /9,8 - / 0,10 -

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

_„_ 0,061 0,57 77 23,0 1,20 20

- 0,080 0,54 74 29,5 1,30 23

— — 0,098 - 71 38,9 1,90 23 —..— 0,123 0,48 62 44,1 2,10 - 24

1 Чисельник - ЧПГ

знаменник - ЧКГ

П|двищення вы юту фосфору спричинило эниження змочування ча-вунхв розплавом скла, внасл!док чого зменшилася швидкхсть термоххмхч;-hoï epo3iï у середньому на 35Ц I мекш значно Сна 40-50S) змхнила-ся шорсткють поверхн» пюля взавмодП ta склон. Вкбхрно! eposxï включень фосфхдноТ евтектики не вхдзначено. В цхлому, встановлен! явила пояснюються дхвю фосфору на поверхrao чавуку, цо працюе у контакт! з розплавом скла.

Металографхчнх дослхдження чавуну при термоциклхчному наяанта-женнх за режимом 400¿Г650 °С показали, що ломхтних структур них змхн х мхкродеформащя включень фосфхдноТ евтектики не виникжло до самого руйнування зразк1в. Встановлено ефект гальмування мхкротрхцин термо-втонленостх та повзучостх включениями"фосфхдно! евтектики.

Методами кхльк1сно1 металографх! з'ясовано (рис.1) , цо про-вхдну роль у процесах трхциноутворення в умовах термоциклування вхдхгравали включения графхту. Зростання вмхсту фосфору до 0,3-0,4Ï спрхяло активхзащ! участх графхту у мхкроруйнуванн! та зниженню частки мхкротрхщин, що, виникали на границях зерен матриц!. При цьо-му хзольован! включения фосфхдноТ евтектики практично fie брали учас-тх у зародженн! мкротрщин. При подалыгому зростаннх вмхсту фосфору I розвитку евтектичного каркасу частки графхту ï граница зе'рен матриц! у руйнуванн! зрхвнввалися. 1нтенсифхкувалося мхкроруйнування матрицх навколо вклвчень фосф!дно! евтектики.

Максимальна термостхйкхсть чавунхв, цо мхстять 0,3-0,41 Р С дмв. табл. I ) , пояснювться тим, що, з одного боку, матриця змщнюеться розчиненим в невелика кхлькост! фосфором, з хнюого - хзольованх, р1вном1рко розпод1лен! включения евтектики не переакодкувть реалх-3aqiï високотемпературно! пластичностх матрицх та гальмують за таких умов розвиток м1кротрхщин. Одночасне роэкриття порожнин, в яких мхстяться граф!товх включения, ! мхкроруйнування матриц! б!ля

КнА 0,8

0,6 0,4 0,2

0

0,6. 0,4 0,2

О

—^

"О--

III —о~

_ —

э \\ —•

V

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Р , %

— км. ---К,.,

О- граф|т; иатриця; ф - фосф!дна евтектика

Рисунок I - Вплив вмюту фосфору на вели чини та ^

для складових структури ЧПГ (а) I ЧКГ(б)

цих вклпчень сприяють релаксац1Т терм!чних напружень у метал!. Птд-вищення вмтсту фосфору понад 0,5$ та розвитоя схтки фосфтдно! евтея-тики, особливо у раз! Н нер!вном!рного розпод!лу, актив!зув мпзерен-не руйнування матриц!, як насл!док утруднених деформатй, завдяки жорскому евтектичному каркасу. В!дпов1дно, отримали зникення термо-стхйкост! чавун1в.

Проведен! лабораторн! дослюження дозволили реноменрувати для промислового випробування як матер!ал1в склоформувчого !нструменту феритних чавун!в з пласгикчастим та кулясгим граф!том, 40 мютять 0,3-0,4$ фосфору„I маоть у струкутр! хзольован! вклвчення фосф!д-ко1 евтектики.

У четверт!й глав! наведено результата досл!джень впливузрос-таючих в!д 0,036 до 0,123$ концентраций с!рки на ф!зико-механ1чн1, теплофтзичн! та, експлуатац!йн1 властивост! с!рого чавуну.

В дослщденому !нтервал! концентрац!й стрка практично не впли-нула на ступтнь граф1тизащ! чавуну, через те 40 експериментальний метал мютивмарганець у к!лькост1 0,47-0,55$ , достатньо! для зв'я-зування с1ркн у сульфтди.

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

Птдвищення концентрат! стрки пом!тно не зм!нило густини та те-плоемност! чавуну, але спричинило зниження теплопровтност! та теш-пературопровишост! на 20-25$.

3 п!двищенням вмюту с!рки у розглянутому !нтервал! крайовий кут змочування у систем! розплав скла-чавун зменшувався на 20-25$, швидкють,.термох1м!чно! ероз!1 зростала на 70-80$, а ворсткхсть по-верхн! п!сля взаемод!! з! склом - на 160$ (див.табл.1) . Отриман!

результати, на нал погляд, зумовленх зростанням кхлькостх сульфхд1в у структур! чавуну. Це шдтверджувться експериментально встановленим фактом утворення "кратер!в" замють сульф!дних включень при взаемо-дх! поверхн! чавуну з розплавом скла.

Шдсилення адгез!! у систем1 скло-чавун, певно, пояснив акти-вхзацю о кряхчу вал ьно! дп розплава скла 13 зростанням внюту сгрки в чавун!

Дослхджено механхзм ероз!Иного руйнування сульфхдних включень у структур! чавуну за умов перюдично! взаемод!! з розплавом скла. Встановлено, що внасл1док термоциклування сульф!ди втрачають зв'язок з металавою матрицею э утворенням порожнин навколо включень. Таким чином полегшуеться екстрагування зазначених включень з поверхн! розплавом скла, що стимулюв високотемпературну ерозхю чавуну.

Методами к1льк!сно! металографх! визначено, що сульфиде не в!-д!гравали пом!тно! рол! в утворенн! м!кротр!щин за умов термоциклування ( рис.2,3). Бтльш1сть м!кротр!щин зароджувалось на включениях граф!ту. Однах навколо б!льше н!ж 95$ сульф!дних включень через тер-моциклхчне навантаження утворювалися порожнини, що негативно вплива-ло на ероз1йну ст!йк!сть.

Результати лабораторних досл!джень показали, що к!льк1сть суль-ф1д!в у структур! чавуну, що взаемодк з розплавом скла, треба зво-дити до м!н1муму, у зв'язку з чим рекомендовано обмежувати вмют с!рки концентратею, необх1дною для утворення ефективншх центр!в графхтизацх! (0,05$).

П'ята глава присвячена технолопчним особливостям отримання чавуну з оптимальним вмхстом фосфору х обмеженим вмхстом схрки.

Для пхдвищення концентрат! фосфору рекомендовано легування ферофосфором, що вводять як в п!ч, так х у ливарний кхво без сут-тевих зм!н технолог!! плавки. Внаслхдок того, що для вхдливкхв з

Км, К,

0,90

0,80 0,70

КыА 0,08

0,04

0

4 — 1— --- >-—о 2

к,

'—-о

0,02 0,06

I- Км

0,10 2 -

Б , *

Рйсунок 2 - Залекностт коефтцтенттв К м та для

граф1ту (а) т сульфтдтв (б) втд вмтсту стрки в чавунт

с6 i

0 2 4 б Э 10 £ ,%

.1 п

1 - <лсб Спори навколо сульф1дтв )1

2 - К"" (тр»щини бтля графтту ; ,

3 - (тргцинн бтля сульфтдтв)

Рисунок 3 - Залеаностт коефгцтвнттв ее, К се

втд ступени деформацт? эраэка

фосфористого ЧКГ характерно утворення nip гид час кристалпацг!, потрхбно обмежити оптимальний вмют 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 хндукцЩну плавку та використовувати чисту за с1ркоп шихту. При проведеннх кислого ваграночного процесу дощль-но застосувати позапхчну десульфурацхв чавуну випробуваними в умовах скляних заводхв методами.

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

Результат промислового випробування та впроваддення довели, що оптим!зац!я вмюту фосфору (0,3-0,4$) i обмеження вмюту с!рки до 0,05$ у феритному с|рому чавун! призвело до пхдвищення ctiAkocti склоформуючого хнструменту на 25-35$. Економ1чний ефект в!д впро-вадхення матер!ал!в щеТ роботи на одному з склозавод!в УкраУки становить 45978 грн.

ЗАГАЛЬШ ВИСН08КИ

I. Для чавун!в, що застосовуються на склозаводах УкраТни як матер!ал для деталей склоформуючого 1нструменту, характерний широкий дхапазон розкиду концентрацхй фосфору (0,04-0,30$) та с!рки (0,03-0,15$). Концентращя цих елемент!в у багатьох випадках не контролввться I не регламентувться.

2. Дослхдження взабмодх! ciporo та високомщного чавун!в хз розплавом скла показало, що пхдвищення концентрат! фосфору, в межах 0,03- 1,70$ та 0,03-2,11$ в!дпов!дно, сприяло зкиженню адге-

з1йно1 взаемод11 на гранищ метал-скло I, як насл1док, зментенню швидкост! термоххыхчно! ерозх?, а також збереженню високо? якостх поверхнх чавуну.

3. Збгльшення концентращ1' с1рки в1д 0,036 до 0,123£ у чавунх хз пластинчастим граф1том сприяло шдсиленню змочування його склом, що негативно впливало на ерозхйну ст1йкхсть та торсткхсть поверхн1 чавуну.

4. Використання специального випробного пристрою дозволило вста-новити, що внаслхдок птдвищення концентрацхТ фосфору г энкження схрки в чавунх змегаяуеться окрихчувальна дхя на нього розплаву скла.

5. Методами кхлькхсно! ыеталографх! хз застосуванням високотем-пературно1 мхкроскопх! показано, що ведучу роль у зародженн! та роз-витку трщин термовтомленостх у граф1тиэованих чавунах, у 'структурх яких мютиться фосфхдна евтектика I сульфхди, грають включения графх-ту незалежно вхд форми, розмхрхв х розподхлу останнхх.

6. Експериментально встановлено, що включения фосф1дноУ евтектики при птдвищених до 400-650°С температурах б бар'ерами на шляху розповсюддення мхкротрхщин термовтомленостх та повзучостх, що позитивно впливав на опхр руйнуванню чавуну.

7. Максимальна термостхйкхсть чав^нхв була досягнута при кон-центрацх! фосфору 0,3-0,4£, що пояснюеться армуючою дхею хзольованих включень фосфхдноТ евтектики, як1, не перешкоджуючи реалхзацх? висо-ко температурной' пластичностх матрицх, гальмують мхкроруйнування. Розвиток схтки фосф1Дно'Г евтектики, особливо при нергвномхрному II розподхлу викликае стиснення пластично! дефорыац!! та стимулов м1ж-зеренне руйнування матрит, що е причиною зниження термостхйкостх.

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

чень. Шдвищена адгез!я сульфщтв до розплаву скла сприяв Ххньому екстрагуваннв !з матриц!, утворенню мхкрокаверн та !нтенсиф1кац!! повврхнввого руйнування чавуку.

9. Комплекс досл!джень 13 метоп оптим!защ! складу чавуну за фосфором та с1ркоо показав перспективнють використання як матер1-алу для деталей склоформуючого !нструменту феритного чавуну, що мютить у структур! 1зодьован!, р1вном!рно розпод!лен! включения фосф!дно! евтектики, при концентрат! фосфору 0,3-0,4 у ЧПГ та 0,2 - 0,3$ у ЧКГ. Концентрац!я с1рки у чавун! не повинна переви-цувати 0,05$, щоб эвести до м!н!муму к1льк!сть сульфщтв у структур!.

10. У промислових умовах вхдпрацьована технолопя виробництва чавуну з оптимальною концентращею фосфору та обмеженою концентращею с!рки, цо передбачав проведения !ндукц!йно! плавки на чист!й за с!ркою шихт! i введения ферофосфору до тигля печ! або до «сварного ковша з наступним феритизуючим б идеалом в1дливк!в.

11. Впровадження запропонованого чавуну дозволило щдвищити ст!йк!сть склоформуючого !нструменту на 25-35$ i одержати еконо-мхчний ефект у сум! 45978 гривень за р!к.

Основнх положения та результата дисертац!! були опублхкован! у таких роботах:

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

2. Егоров A.A. Влияние серы и фосфора на свойства чугуна для стеклоформувдего инструмента // Приднтровський науковий вюник.- 1997.- » 8.- С. 15-17.

3 Егоров A.A. Экономнолегированный чугун для стеклофорыувще-го инструмента // Новые конструкционные материалы и аффективные

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

4 Колотидкин 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, ускорения научно-технического прогресса, активизации НГТМ: Тез.докл. III обл.конф.-Запорожье, 1988,- С.28-29.

6. Колотилкин О.Б., Егоров A.A., Качалов Ю.А. 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 разрупенив // 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 стеклоформущего инструмента // Повышение технического уровня

и совершенствование 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 стеклоформувщего 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 / 0>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 экспериментальные результата, показывающие положительное влияние фосфора (не более 0.3 - 0,4%) и негативное влияние серы на комплекс эксплуатационных свойств Ферритаого чугука (Чпг и ЧШГ) для сгеклоформумцего инструмента. 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, cipKa, 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