Збірник наукових праць

DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2020.3(34).48-53

Особливості розподілу теплових ефектів реакцій формування графіту у високоміцних чавунах

В.М. Кропівний, М.В. Босий, О.В. Кузик, А.В. Кропівна

Об авторах

В.М. Кропівний, професор, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна

М.В. Босий, старший викладач, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна

О.В. Кузик, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна

А.В. Кропівна, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна

Анотація

Питання механізму формування кулястого графіту все ще залишаються дискусійним та не дає досягнути загальноприйнятного теоретичного пояснення протікаючих явищ. Розкриття механізму процесів формування кулястого графіту сприятиме відкриттю широких можливостей управління структурою і властивостями високоміцного чавуну. Таким чином, метою даної роботи є уточнення ролі теплових ефектів реакцій в процесі кристалізації аустеніту і формуванні включень графітну у модифікованому високоміцному чавуні. Дослідження мікроструктури показало, що розміщенні включення кулястого графіту навіть безпосередньо біля внутрішньої поверхні кірки знаходяться в оточенні феритної оболонки. Включення вермикулярного графіту виходять на поверхню розділу торцями, які оточені феритом лише по бокам. Це свідчить, що торці включень компактного та вермикулярного графіту в окремі періоди процесу кристалізації мали контакт з розплавом. Таким чином, після формування зародка кулястого графіту відбувається повне оточення його аустенітною оболонкою, а при формуванні вермикулярного графіту лише часткове. Згідно з методикою розрахунку теплових ефектів реакцій за теплотою утворення реагентів в чавуні, кількість теплоти, яка виділяється при кристалізації аустенітної фази по межі поділу "розплав – аустеніт" становить 76,69 кДж на 1кг розплаву. Відповідно, кількість тепла, яке виділяється на межі "аустеніт - компактне графітне включення" складає 15,39 кДж на 1 кг розплаву. Тобто, оточуюча включення компактного графіту тверда аустенітна фаза буде мати суттєво вищу температуру ніж оточуючий її розплав. Особливі теплофізичні умови формування аустенітних оболонок приводить до підвищеного вмісту у них кремнію та пониженого марганцю, наслідком чого є формування феритних оболонок навколо включень компактного графіту. Обґрунтовано залежність теплових ефектів реакцій у формуванні включень вермикулярного та кулястого графіту. Наведено розрахунок теплових ефектів за теплотою утворення реагентів в чавуні та встановлено їх залежність від температурного фактору. Показано розподіл температур та вмісту вуглецю в евтектичній оболонці, ростучого компактного включення графіту за рахунок дифузії вуглецю з розплаву через аустенітну оболонку.

Посилання

1. Gnatush, V.A. & Doroshenko, V.S. (2017). Sostojanie i perspektivy razvitija mirovogo rynka lit'ja iz chuguna s sharovidnym grafitom [State and prospects of development of the global cast iron graphite casting market Casting of Ukraine]. Lit'e Ukrainy – Casting Ukraine, 2 (198), 24-33 [in Russian].

2. Savuliak, V.I. & Yanchenko, O.B. (2014). Ekonomichni tekhnolohii vysokomitsnykh hrafityzovanykh splaviv zaliza [Economic technologies of high-strength graphitized iron alloys]. Vinnytsia: VNTU [in Ukrainian].

3. Ripozan, I., Chizamer, M., Skaland, T. & Onsoyen, M. I. (2006). Centry kristallizacii grafita v seryh chugunah [Centres for crystallization of graphite in gray cast iron]. Elkem ASA, Foundry Products [in Russian].

4. Korovich, V.A. & Palavin, R. N. (2009). Kompleksnaja obrabotka rasplava stali i chuguna [Complex treatment of steel and cast iron melt]. Nizhny Novgorod.: Nizhny Novgorod. R.E. Alekseev State tech. university [in Russian].

5. Kulbovskiy, I.K., Poddubnyi, A.N. & Bogdanov, R.A. (2007). Poluchenie chuguna s sharovidnym i vermikuljarnym grafitom bez primenenija magnijsoderzhashhih modifikatorov [Production of cast iron with globular and vermicular graphite without the use of magnesium-containing modifiers]. Litejnoe proizvodstvo – Foundry production, 2, 7-9 [in Russian].

6. Aulin, V.V., Kropivnyi, V.M., & Kuzyk O.V. (2016). Z'iasuvannia pryrody protsesiv strukturnykh ta fazovykh peretvoren' v zalizovuhletsevykh splavakh na osnovi utvorennia molekuliarnoi formy vuhletsiu [The elucidation of the nature of the processes of structural and phase transformations in iron-carbon alloys on the basis of the formation of the molecular form of carbon]. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia: zb. nauk. pr. Kirovohr. nats. tekhn. un-tu. – Collection of Scientific Works of KNTU. Engineering in agricultural production, industrial engineering, automation, Vol. 29, 94-104 [in Ukrainian].

7. Milman, B.S., Osada, N.G. & Ilyicheva L.V. (1970). Osnovnye faktory obrazovanija sharovidnogo grafita v chugune [Main factors of the formation of globular graphite in cast iron]. Fundamentals of the formation of cast alloys. Moskow: Scienc. [in Russian].

8. Komarov, O.S. (1977). Formirovanie struktury chugunnyh otlivok [Formation of the structure of cast iron castings]. Mn.: Science and technology [in Russian].

9. Toshiro Owadano, Koji Yamada, Kiyoshi Torogoe (1977). Quantitative Metallographic Study of the Solidification of Spheroidal Graphite Cast Iron (Trans. LM.), Vol.18. 871-877.

10. Sabirzyanov, T.G. & Kropivnyi, V.M. (2005). Teplotekhnika lyvarnykh protsesiv [Heat engineering of casting processes]. Kirovohrad: KNTU [in Ukrainian].

11. Zenkin, R.N. (2013). Mehanizm kristallizacii vysokoprochnogo chuguna [The crystallization mechanism of ductile iron]. Tehnicheskie nauki: izvestija TulGU – Bulletin of the TulSU. Technical science. No. 6, 1, 192–200 [in Russian].

12. Panov, A.G. (2013). Vlijanie mikrostruktury FSMg-modifikatorov na kristal-lizaciju i mikrostrukturu vysokoprochnyh chugunov [The influence of the microstructure of FSMg-modifiers on the crystallization and microstructure of high-strength cast irons]. Metallurgija i materialovedenie: trudy Nizhegorodskogo gos. tehn. un-ta im. R.E. Alekseeva – Proceedings of Nizhniy Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev. Metallurgy and materials science. No. 1, 98, 209–219 [in Russian].

13. I. Asenjo et al. (2007). Effect of mould inoculation on formation of chunky graphite in heavy section spheroidal graphite cast iron parts . International journal of cast metals research, Vol. 6, 6, 319–324 [in English.

Пристатейна бібліографія ГОСТ

Гнатуш В.А., Дорошенко В.С. Состояние и перспективы развития мирового рынка литья из чугуна с шаровидным графитом . Литье Украины. 2017. №2 (198). С. 24-33.
Савуляк В. І., Янченко O.Б. Економічні технології високоміцних графітизованих сплавів заліза: монографія. Вінниця: ВНТУ, 2014. 160 с.
Центры кристаллизации графита в серых чугунах / И. Рипоза, М. Чизамера, Т. Скаланд, М. И. Онсойен. Elkem ASA, Foundry Products, 2006. С. 24-37.
Корович В.А., Палавин Р.Н. Комплексная обработка расплава стали и чугуна: монографія. Нижний Новгород: Нижнегород. гос. техн. ун-т им. Р. Е. Алексеева, 2009. 101с.
Кульбовский И.К. Поддубный А. Н., Богданов Р. А. Получение чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом без применения магнийсодержащих модификаторов. Литейное производство. 2007. № 2. С. 7-9.
Аулін, В.В., Кропівний В.М., Кузик О.В. З'ясування природи процесів структурних та фазових перетворень в залізовуглецевих сплавах на основі утворення молекулярної форми вуглецю. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: зб. наук. пр. Кіровогр. нац. техн. ун-ту. 2016. Вип. 29. С. 94-104.
Мильман Б.С. Осада Н.Г., Ильичева Л.В. Основные факторы образования шаровидного графита в чугуне. Основы образования литейных сплавов. Москва: Наука, 1970.
Комаров О.С. Формирование структуры чугунных отливок. Мн.: Наука и техника, 1977. 224 с.
Toshiro Owadano, Koji Yamada, Kiyoshi Torogoe. Quantitative Metallographic Study of the Solidification of Spheroidal Graphite Cast Iron. Trans. JIM. Vol.18, 1977, p.871-877.
Сабірзянов Т.Г., Кропівний В.М. Теплотехніка ливарних процесів. Кіровоград: КНТУ, 2005. 403 с.
Зенкин Р.Н. Механизм кристаллизации высокопрочного чугуна. Технические науки: известия ТулГУ. 2013. № 6, ч. 1. С. 192–200.
Панов, А.Г. Влияние микроструктуры ФСМг-модификаторов на кристал-лизацию и микроструктуру высокопрочных чугунов. Металлургия и материаловедение: труды Нижегородского гос. техн. ун-та им. Р.Е. Алексеева. 2013. № 1 (98). С. 209–219.
Effect of mould inoculation on formation of chunky graphite in heavy section spheroidal graphite cast iron parts / I. Asenjo, P. Larranaga, J. Sertucha, R. Suarez, J.-M. Gomez, I. Ferrer, J. Lacaze. International journal of cast metals research. 2007. Vol. 6. № 6. P. 319–324.