DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).1.27-36

Термодинамічні закономірності структуроутворення високоміцного чавуну при модифікуванні та різних умовах кристалізації розплаву

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, старший 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 проведено результати аналізу термодинамічних закономірностей структуроутворення високоміцного чавуну при модифікуванні та різних умовах кристалізації розплаву. Запропоновано концепцію утворення зародків графіту у високоміцному чавуні. Визначено наступне: завдяки суттєвому перерозподілу всіх елементів, які розчиняються в розплаві чавуну при його модифікуванні стається очищення від сірки, фосфору та ін., а це дозволяє одержати структуру чавуну з кулястим графітом при застосуванні модифікаторів. Під час кристалізації чавуну з виділенням аустеніту відповідна пряма мікроліквація кремнію з коефіцієнтом розподілу буде меншою за одиницю, проте марганець буде більш рівномірно розподілятися у металі, а, відповідно, карбідостабілізуючі елементи ліквувати у рідку фазу. Наведено термодинамічний розрахунок теплових ефектів реакцій виділення графіту з розчиненого в залізі вуглецю, переходу кремнію та марганцю з рідкого стану в твердий в процесі утворення високоміцного чавуну. Визначено фізичну та приховану теплоту кристалізації високоміцного чавуну ентальпійним методом.

Ключові слова

високоміцний чавун, структуроутворення чавуну, кулястий графіт, флуктуація, дифузія, енергія Гіббса, тепловий ефект, теплота кристалізації

Повний текст:

PDF

Посилання

1. Kropivnyj, V.M. et al. (2019). Chavun z vermykuliarnym hrafitom [Cast iron with vermicular graphite]. Kropivnyj V.M. (Ed.). Kropyvnyts'kyj: Lysenko V.F. [in Ukrainian].

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. Skoblo, T.S., Sidashenko, O.I. & Sajchuk, O.V. (2019). Korpusni detali z chavuniv ta ikh iakisni pokaznyky [Body parts made of cast iron and their quality fasteners]. Kh: Disa plius [in Ukrainian].

4. Bublykov, V.B., Yasyns'kyj, O.O., Berchuk, D.M., Yasyns'ka, O.O., & Moiseieva, N.P. (2021). Vplyv vmistu kremniiu ta marhantsiu na strukturu vysokomitsnoho chavunu [Influence of silicon and manganese content on the structure of high-strength cast iron]. Promising technologies, materials and equipment in foundry production: VIII mizhnarodna naukovo-tekhnichna konferentsiia (21-24 veresnia 2013 roku)  the 8th international scientific and technical conference (pp.29-31). Kramators'k: DDMA [in Ukrainian].

5. Husachuk, D.A. et al. (2022). Strukturoutvorennia heterofaznykh splaviv na osnovi chavuniv [Structure formation of heterophase alloys based on cast iron]. Luts'k: LNTU [in Ukrainian].

6. Bublykov, V.B. et al. (2020). Vysokomitsnyj chavun zi zmitsnenym kremniiem ta nikelem tverdym -rozchynom [High-strength cast iron with hardened silicon and nickel solid -solution]. Metal i lytvo Ukrainy  Metal and casting of Ukraine, 28, 3(322), 63-68 [in Ukrainian].

7. Bublykov, V.B. et al. (2020). Lehovanyj kremniiem vysokomitsnyj chavun ta joho zastosuvannia [Silicon-alloyed high-strength cast iron and its application]. Protsesy lyttia  Casting processes, 1, 20-29 [in Ukrainian].

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

9. Bublykov, V.B., Bachyns'kyj, Yu.D., Berchuk, D.M. & Yasyns'kyj O.O. (2019). Doslidzhennia vplyvu skladu mahniievykh lihatur i metodiv modyfikuvannia na strukturoutvorennia i mekhanichni vlastyvosti vysokomitsnoho chavunu [Study of the influence of the composition of magnesium ligatures and modification methods on the structure formation and mechanical properties of high-strength cast iron]. Casting. Metallurgy: XV Mizhnarodna naukovo-praktychna konferentsiia (21-23 travnia 2019 roku)  The XV International Scientific and Practical Conference (pp. 38-39). Zaporizhzhia: AA Tandem [in Ukrainian].

10. Kostina, L.L. (2011). Chavun z vermykuliarnym hrafitom: deiaki zakonomirnosti strukturoutvorennia i pidvyschennia mitsnosti [Cast iron with vermicular graphite: some regularities of structuring and increasing strength]. Vestnyk KhNADU - Herald of the Khnadu, 54, 142-148 [in Ukrainian].

11. Aulin, V.V., Kropivnyj, V.M. & Kuzyk, O.V. (2016). Z'iasuvannia pryrody protsesiv strukturnykh ta fazovykh peretvoren' v zalizovuhletsevykh splavakh na osnovi utvorennia molekuliarnoi formy vuhletsiu [Elucidation of the nature of the processes of structural and phase transformations in iron-carbon alloys based on the formation of the molecular form of carbon]. Zbirnyk naukovykh prats' KNTU. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia  Collection of scientific works of KNTU. Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, 29, 94-104. [in Ukrainian].

12. Aulin, V., Kropivny, V., Kuzyk, O., Lyashuk, О., Bosyi, М., Vovk, Y., Kropivna, A. 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].

13. Kropivnyj, V.M., Bosyj, M.V., Kuzyk, O.V. & Kropivna, A.V. (2019). Termodynamichni protsesy pry krystalizatsii i formuvanni likvatsii u vylyvkakh z vysokomitsnoho chavunu [Thermodynamic processes during crystallization and liquation formation in high-strength cast iron castings]. Tsentral'noukrains'kyj naukovyj visnyk: Tekhnichni nauky  Central Ukrainian scientific bulletin: Technical sciences, 1(32), 79-86 [in Ukrainian].

14. 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. Tsentral'noukrains'kyj naukovyj visnyk: Tekhnichni nauky  Central Ukrainian scientific bulletin: Technical sciences, 3(34), 48-53 [in English].

15. Aulin, V.V., Kropivnyj, V.M., Kuzyk, O.V., Kropivna, A.V. & Bosyj, M.V. (2017). Rol' teplofizychnykh protsesiv formuvannia struktury vysokomitsnykh chavuniv [The role of thermophysical processes in the formation of the structure of high-strength cast irons]. Visnyk inzhenernoi akademii Ukrainy  Bulletin of the Engineering Academy of Ukraine, 3, 133-137 [in Ukrainian].

16. Kropivnyj, V.M., Bosyj, M.V., Kuzyk, O.V., Kropivna, A.V. & Molokost L.A. (2023). Do pytannia strukturoutvorennia vysokomitsnoho chavunu pry vykorystanni diahram stanu system «FeSi», «Mg-Si» ta «Fe-Si-Mg» [On the question of structure formation of high-strength cast iron when using state diagrams of the "Fe-Si", "Mg-Si" and "Fe-Si-Mg" systems]. Tsentral'noukrains'kyj naukovyj visnyk: Tekhnichni nauky  Central Ukrainian scientific bulletin: Technical sciences, 7(38), II. 34-42 [in Ukrainian].

17. Sabirzianov, T. H. & Kropivnyj, V.M. (2005). Teplotekhnika lyvarnykh protsesiv [Heat engineering of foundry processes]. Kirovohrad: KNTU [in Ukrainian].

Пристатейна бібліографія ГОСТ

1. Чавун з вермикулярним графітом: навч. посіб.: навч.-метод. комплекс для студ. денної і заочної форм навчання / Кропівний В.М. та ін.; за ред. В.М. Кропівного. Кропивницький: Лисенко В.Ф., 2019. 222 с.

2. Савуляк В.І., Янченко О. Б. Економічні технології високоміцних графітизованих сплавів заліза: монографія. Вінниця: ВНТУ, 2014. 160с.

3. Скобло Т.С., Сідашенко О.І., Сайчук О.В. Корпусні деталі з чавунів та їх якісні показники: монографія. Х: Діса плюс. 2019. 282с.

4. Бубликов В.Б., Ясинський О.О., Берчук Д.М., Ясинська О.О., Моісеєва Н.П. Вплив вмісту кремнію та марганцю на структуру високоміцного чавуну. Перспективні технології, матеріали й обладнання в ливарному виробництві: матеріали VІІІ міжнародної науково-технічної конференції, 21-24 вересня 2013р. Краматорськ: ДДМА, 2021. С. 29-31.

5. Структуроутворення гетерофазних сплавів на основі чавунів / Гусачук Д.А та ін. Луцьк: ЛНТУ, 2022. 177с.

6. Високоміцний чавун зі зміцненим кремнієм та нікелем твердим -розчином / Бубликов В.Б. та ін. Метал і литво України. 2020. Т.28. №3(322). С.63-68.

7. Легований кремнієм високоміцний чавун та його застосування / Бубликов В.Б. та ін. Процеси лиття. 2020. №1. С.20-29.

8. Doherty R.D., Ferrahte V., Chen Y.H. Seripta. Mettall. 1986.

9. Бубликов В. Б., Бачинський Ю. Д., Берчук Д. М., Ясинський О. О. Дослідження впливу складу магнієвих лігатур і методів модифікування на структуроутворення і механічні властивості високоміцного чавуну. Литво. Металургія. Матеріали XV Міжнародної науково-практичної конференції, 21-23 травня 2019 р. Запоріжжя: АА Тандем, 2019. С. 38-39.

10. Костіна Л.Л. Чавун з вермикулярним графітом: деякі закономірності структуроутворення і підвищення міцності. Вестник ХНАДУ. 2011. Вип. 54. С. 142-148.

11. 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. Збірник наукових праць КНТУ. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2016. Bип. 29. C. 94-104

12. Aulin V., Kropivny V., Kuzyk O., Lyashuk О., Bosyi М., Vovk Y., Kropivna A., 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.

13. 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.

14. 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. 2020. Вип. 3(34). С. 48-53.

15. 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.

16. Кропівний В.М., Босий М.В., Кузик О.В., Кропівна А.В., Молокост Л.А. До питання структуроутворення високоміцного чавуну при використанні діаграм стану систем «FeSi», «Mg-Si» та «Fe-Si-Mg». Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2023. Вип. 7(38). ч.ІІ. С. 34-42.

17. Сабірзянов Т.Г., Кропівний В.М. Теплотехніка ливарних процесів. Кіровоград: КНТУ, 2005. 403 с.


Copyright (c) 2024 В.М. Кропівний, М.В. Босий, О.В. Кузик, А.В. Кропівна, Л.А. Молокост