DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).2.34-42

До питання структуроутворення високоміцного чавуну при використанні діаграм стану систем «Fe-Si», «Mg-Si» та «Fe-Si-Mg»

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

Об авторах

В.М. Кропівний, професор, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: vlkropivny@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-5313-0226

М.В. Босий, викладач, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: bosiymv@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-3090-0427

О.В. Кузик, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: kuzykov1985@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3047-3760

А.В. Кропівна, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: vlkropivny@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-7296-8713

Л.А. Молокост, викладач, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: kntucpfzk@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-8418-0672

Анотація

У статті наведено результати аналізу закономірностей структуроутворення високоміцного чавуну при використанні діаграм стану систем «Fe-Si», «Mg-Si» та «Fe-Si-Mg». Розглянуто концепцію утворення графіту у високоміцному чавуні. Наведено схему формування структури високоміцного чавуну. Встановлено, що при модифікуванні розплаву чавуну в результаті істотного перерозподілу всіх розчинених у ньому елементів відбувається очищення рафінування від домішок (сірка, фосфор та ін.), що дозволяє отримувати структуру чавуну з кулястим графітом із застосуванням модифікаторів. Приведені діаграми системи «Fe-Si», «Mg-Si» та системи «Fe-Si-Mg» для розробки складу високоміцного чавуну. Аналіз даних приведених діаграм стану, показав, що всі сполуки елементів в складі сфероїдизуючих лігатур є легкоплавкими (tпл < 1300 °С) по відношенню до температури розплаву чавуну. При кристалізації чавуну з виділенням аустеніту характерна пряма мікроліквація кремнію з коефіцієнтом розподілу менше одиниці, марганець більш рівномірно розподіляється в металі, а в рідку фазу ліквують карбідостабілізуючі елементи.

Ключові слова

високоміцний чавун, структуроутворення чавуну, кулястий графіт, вермикулярний графіт, флуктуація

Повний текст:

PDF

Посилання

Korolev, S.P., & Panfilov, E.V. (2006). Chugun s vermikulyarnym grafitom – konstrukcionnyj material sovremennogo mashinostroeniya [Cast iron with vermicular graphite is a structural material of modern mechanical engineering]. Litejnoe proizvodstvo. Lite i metallurgiya – Foundry. Casting and metallurgy, 2, 91-93 [in Russian].

2. Zaharchenko, E.V., Levchenko, Yu.N., Gorenko, V.G., & Varenik, P.A. (1986). Otlivki iz chuguna s sharovidnym i vermikulyarnym grafitom [Cast iron with spherical and vermicular graphite]. Kiev: Naukova dumka [in Russian].

3. Baranov, D.A. (2004). O mehanizme formirovaniya vermikulyarnogo grafita pri zatverdevanii chugunka [About the mechanism of formation of vermicular graphite during solidification of cast iron]. Litejnoe proizvodstvo – Foundry, 10, 2-3 [in Russian].

4. Belov, V.D. (2008). Teoriya litejnyh processov [Theory of casting processes]. M.: RIOTIP [in Russian].

5. Vertman, A.A., & Samarin A.M. (1969). Svojstva rasplavov zheleza [Properties of iron melts]. M: Nauka [in Russian].

6. Doherty, R.D., Ferrahte,V. & Chen, Y.H. (1986). Seripta Mettall [in English].

. Zhukov, A.A., & Snezhnoj, R.L. (1967). O vozmozhnosti obrazovaniya zhelezouglerodistyh kompleksov arenovogo tipa v zhelezouglerodistyh splavah [On the possibility of formation of iron-carbon complexes of the arene type in iron-carbon alloys]. Termodinamika i fiziche-skaya kinetika strukturoobrazovaniya v stali i chugune - Thermodynamics and Physical Kinetics of Structure Formation in Steel and Cast Iron, Issue 3, 175-179 [in Russian].

8. Bachinskyi, Yu.D., & Bublikov, V.B. (2017). Uluchshenie strukturoobrazovaniya tonkostennyh otlivok iz vysokoprochnogo chuguna pri modificirovanii v predkristallizacionnom periode [Improvement of structural formation of thin-walled castings from high-strength cast iron during modification in the precrystallization period]. «Perspektivni tehnologiyi, materiali i obladnannya u livarnomu virobnictvi»: VI mizhnarodnoyi naukovo-tehnichnoyi konferenciyi (25-28 veresnya 2017 r. Kramatorsk) – VI International Scientific and Technical Conference ( pp. 15-16) . Kramatorsk: DDMA [in Ukrainian].

9. Kostina, L.L. (2011). Chavun z vermikulyarnim grafitom: deyaki zakonomirnosti strukturoutvorennya i pidvishennya micnosti [Cast iron with vermicular graphite: some regularities of structuring and increasing strength]. Vestnik HNADU – Bulletin of KHNADU. Issue 54, 142-148 [in Ukrainian].

10. Lyakisheva, N.P. (1997). Diagrammy sostoyaniya dvojnyh metallicheskih sistem. (Vol. 3., prt.2). M. : Mashinostroenie [in Russian].

11. Lyakisheva N.P. (2001). Diagrammy sostoyaniya dvojnyh metallicheskih sistem [Diagrams of the state of double metal systems]. (Vols 3; Vol.3. book 1). M. : Mashinostroenie [in Russian].

12. Du, Y., Zhao, J. R., Zhang, C., Chen, H.L., & Zhang, L.J. (2007). Thermodynamic modeling of the Fe-Mg-Si system. Journal of Mining and Metallurgy, № 43 (В). рр. 39-56 [in English].

13. Lebrun, N., Baetzner, C., Stamou, A., & Robinson, J. (2009). Iron – Magnesium – Silicon. Ternary Alloy Systems: Phase Diagrams, Crystallographic and Thermodynamic Data, Vol. 11, рр. 135-147 [in English].

14. Bachinskyi, Yu.D. (2017). Vpliv procesu modifikuvannya v peredkristalizacijnomu periodi na strukturoutvorennya i vlastivosti tonkostinnih virobiv z visokomicnogo chavunu [The influence of the modification process in the pre-crystallization period on the structure formation and properties of thin-walled products made of high-strength cast iron]. Extended abstract of candidate's thesis . FTIMS NAN Ukrayini. Kiyiv [in Ukrainian].

15. Vashenko, K.I. & Sofroni, L. (1960). Magnievyj chugun [Magnesium cast iron]. M: Mashgiz [in Ukrainian].

16. Aulin, V. et al. (2021). The Influence of Titanium as a Desferoidizing Element on the Stability of Production of Magnesium Cast Irons with Vermicular Graphite. Tribology in Industry, Vol. 43, No. 4, pp. 654-666 [in English].

17. Kropivniyi, V.M., Bosyi, M.V., Kuzyk, O.V., & Kropivna, A.V. (2019). Termodinamichni procesi pri kristalizaciyi i formuvanni likvaciyi u vilivkah z visokomicnogo chavunu [Thermodynamic processes during crystallization and liquation formation in high-strength cast iron castings]. Centralnoukrayinskij naukovij visnik: Tehnichni nauki – Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, Issue 1(32), 79-86 [in Ukrainian].

18. Kropivnyi, V.M., Bosyi, M.V., Kuzyk, O.V., & Kropivna, A.V. (2020). Specific Distribution of Thermal Effects of Graphite Forming Reactions in High-strength Cast Iron. Centralnoukrayinskij naukovij visnik. Tehnichni nauki. – Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, Issue 3(34), 48-53 [in English].

19. Aulin, V.V., Kropivniyi, V.M., Kuzyk, O.V., Kropivna, A.V., & Bosyi, M.V. (2017). Rol teplofi-zichnih procesiv formuvannya strukturi visokomicnih chavuniv [The role of thermophysical processes in the formation of the structure of high-strength cast irons]. Visnik inzhenernoyi akademiyi Ukrayini – Bulletin of the Engineering Academy of Ukraine, 3, 133-137 [in Ukrainian].

Пристатейна бібліографія ГОСТ

  1. Королев С.П., Панфилов Э.В. Чугун с вермикулярным графитом – конструкционный материал современного машиностроения. Литейное производство. Литье и металлургия. 2006. №2. С. 91-93.
  2. Захарченко Э.В., Левченко Ю.Н., Горенко В.Г., Вареник П.А. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом. Киев: Наукова думка. 1986. 248с.
  3. Баранов Д.А. О механизме формирования вермикулярного графита при затвердевании чугунка. Литейное производство. 2004. № 10. С. 2-3.
  4. Белов В.Д. Теория литейных процессов. Учебник. М: РИОТИП. 2008. 580 с.
  5. Вертман, А.А., Самарин А.М. Свойства расплавов железа. М: Наука. 1969. 280с.
  6. Doherty R.D., Ferrahte V., Chen Y.H. Seripta Mettall. 1986.
  7. Жуков A.A., Снежной Р.Л. О возможности образования железоуглеродистых комплексов аренового типа в железоуглеродистых сплавах. Термодинамика и физическая кинетика структурообразования в стали и чугуне. М: 1967. Вип. 3. С. 175-179.
  8. Бачинский Ю.Д., Бубликов В.Б. Улучшение структурообразования тонкостенных отливок из высокопрочного чугуна при модифицировании в предкристаллизационном периоде. Перспективні технології, матеріали і обладнання у ливарному виробництві: матеріали VІ міжнародної науково-технічної конференції, 25-28 вересня 2017 р. Краматорськ: ДДМА. 2017. С. 15-16.
  9. Костіна Л.Л. Чавун з вермикулярним графітом: деякі закономірності структуроутворення і підвищення міцності. Вестник ХНАДУ. 2011. Вып.54. С. 142-148.
  10. Лякишева Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник: В 3-х. Т.2. М: Машиностроение. 1997. 1024 с.
  11. Лякишева Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник: В 3 т: Т.3. кн. 1. М: Машиностроение. 2001. 872 с.
  12. Du Y., Zhao J. R., Zhang C., Chen H.L., Zhang L.J. Thermodynamic modeling of the Fe-Mg-Si system. Journal of Mining and Metallurgy. 2007. № 43 (В). рр. 39-56.
  13. Lebrun N., Baetzner C., Stamou A., Robinson J. Iron – Magnesium – Silicon. Ternary AlloySystems: Phase Diagrams, Crystallographic and Thermodynamic Data. 2009. Vol. 11. рр. 135-147.
  14. Бачинський Ю.Д. Вплив процесу модифікування в передкристалізаційному періоді на структуроутворення і властивості тонкостінних виробів з високоміцного чавуну: автореферат дисертації канд. техн. наук: 05.16.04. ФТІМС НАН України. Київ. 2017. 40с.
  15. Ващенко К. И., Софрони Л. Магниевый чугун. М: Машгиз. 1960. 487 с.
  16. Aulin V., Kropivny V., Kuzyk O., Lyashuk О., Bosyi М., Vovk Y., Kropivna V., Sokol V., Senyk A., Slobodyan L. The Influence of Titanium as a Desferoidizing Element on the Stability of Production of Magnesium Cast Irons with Vermicular Graphite. Tribology in Industry. 2021.Vol. 43. No. 4. pp. 654-666.
  17. Кропівний В.М., Босий М.В., Кузик О.В., Кропівна А.В. Термодинамічні процеси при кристалізації і формуванні ліквації у виливках з високоміцного чавуну. Центральноукраїнський науковий вісник: Технічні науки. 2019. № 1(32). С. 79-86.
  18. Kropivnyi V.M., Bosyi M.V., Kuzyk O.V., Kropivna A.V. Specific Distribution of Thermal Effects of Graphite Forming Reactions in High-strength Cast Iron. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. Кропивницький. 2020. вип. 3(34). С. 48-53.
  19. Аулін В.В., Кропівний В.М., Кузик О.В., Кропівна А.В., Босий М.В. Роль теплофізичних процесів формування структури високоміцних чавунів. Вісник інженерної академії України. 2017. №3. С.133-137.

Copyright (c) 2023 В.М. Кропівний, М.В. Босий, О.В. Кузик, А.В. Кропівна, Л.А. Молокост