CC BY
33
Приведет результати дослиджень вла-стивостей литих цилтдричних заготовок i3 сталi Р18 i фасонних виливтв з сплаву АК5М, що твердють в керамiчних оболон-кових формах i неохолоджуваному кокл при газодинамiчному впливi та за традицш-ною технологieю
Ключовi слова: виливок, газодинамiчний
вплив, дослидження, мехашчт властивостi □-□
Приведены результаты исследований свойств литых цилиндрических заготовок из стали Р18Ли фасонных отливок из сплава АК5М, затвердевающих в керамических оболочковых формах и неохлаждаемом кокиле при газодинамическом воздействии и по традиционной технологии
Ключевые слова: отливка, газодинамическое воздействие, исследование, механические свойства
□-□
The results of researches properties of the poured cylindrical semiss from steel of Р18Л and shaped casts from the alloy of АК5М are resulted, solidifiable in ceramic thecal forms and uncooled kokyl' at gaz-dynamyc influence and on traditional technology
Keywords: cast, gaz-dynamyc influence,
research, mechanical properties -□ □-
УДК 620.18:621.746
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВИЛИВК1В 13 СТАЛ1 Р18Л ТА СПЛАВУ АК5М ПРИ ГА3ОДИНАМ1ЧНОМУ ВПЛИВ1 В ПРОЦЕС1 3АТВЕРД1ННЯ
В.Ю. Сел^вьорстов
Кандидат техычних наук, доцент Кафедра ливарного виробництва Нацюнальна металурпйна академия УкраТни пр. Гагарша, 4, м. Днтропетровськ, УкраТна, 49600 Контактний тел.: (056) 374-83-67 E-mail: s-v-y@mail.ru
Вступ
Наявний практичний досвщ використання тиску за для отримання яюсних литих заготовок свщчить про ефектившсть даного активного фiзичного впливу на спрямованiсть та кшетику розвитку riдродинамiч-них, теплофiзичних, кристалiзацiйних та деформа-цiйних процеав, що вiдбуваються при формуваннi властивостей металу виливка. Одшею з технологш, що використовують регульований газовий тиск в якоси означеного активного впливу в процеа затвердiння, е технолопя газодинамiчного впливу на розплав всере-динi виливка.
Аналiз попереднiх публжацш
Можливiсть досягнення пiд впливом надлишко-вого тиску одночасного переохолодженого розплаву по всьому об'ему виливка ввдкривае перспективи отримання високо! фiзичноi та хiмiчноi однорiдностi литого металу при реалiзацii процесу барокристалiзацii тiльки за рахунок пiдвищення тиску без тепловщводу, котрий здiйснюeться вже тсля завершення кристаль зацп до зняття дтчого надлишкового тиску [1]. Згщно
з даними [2], тд впливом 2,5 ГПа у виливках iз сплавiв мiдi з 12 - 17% олова поряд з кристалiчними фазами шнуе також аморфна, при тиску > 5 ГПа щ сплави щл-
ком аморфш, а необхiдний тиск для барокристалiзацii алюмiнiю становить ~ 5,7 ГПа [3]. Перспективи використання високих тисюв для створення атермiчного переохолодження з метою отримання аморфiзованих структур та металевого скла описаш в робой [4]. Разом з цим, використання високих та надвисоких тисюв в ливарних технолопях повинно бути обумовлене ввдповвдною необхщшстю: при реально використову-ваному в ливарному виробництвi дiапазонi тиску, по-няття оптимальноi технологii полягае у встановленш саме мiнiмально достатнього тиску за для досягнення жо6хщно! якост виливка, коли не передбачаеться рiзкого пiдвищення вартостi оснастки та ливарного обладнання.
Розроблена на кафедрi ливарного виробництва НМетАУ технологiя газодинамiчного впливу на розплав у ливарнш формi [5, 6], реалiзуеться при вико-ристаннi газового тиску в дiапазонi, переважно, 0,1 - 20 МПа без застосування складного спещального устаткування, i може бути легко вбудована в джчий технологiчний процес. Проте, для визначення ефек-тивностi цiеi активноi фiзичноi дii на тверджчий розплав необхiдне дослiдження значноi юлькоси факторiв. Тому актуальним можна вважати встанов-лення основних параметрiв виливюв в результатi га-зодинамiчного впливу, до найб^ьш значущих з яких можна вщнести фiзико - мехашчш властивостi литого металу, одержаного безпосередньо в промислових
умовах i3 застосуванням традицшно! i розроблено! технологiй при рiзних способах лиття.
Щль роботи - визначення фiзико - механiчних властивостей цилiндричних виливюв i3 сталi Р18Л, що виготовляються в формах ЛВМ та фасонних ви-ливкiв i3 сплаву АК5М, що тверднуть в неохолоджува-ному кокШ при газодинамiчному впливi, у порiвняннi з литим металом, отриманим за традицшною техно-логieю.
мехашчних випробувань. Гартування проводили в со-лянiй високотемпературнiй ваннi 1,5 хв. при темпера-турi 1260 + 3°С з попереднiм пiдiгрiвом протягом 5 - 6 хв. при 850 + 3°С в низькотемпературнш солянш ван-нi. Охлаженie зразюв пiсля гарту проводили в масль Вiдпустку зразкiв проводили при температурi 560°С з витримкою 1 годину i охолоджуванням на повiтрi.
Таблиця 1
Фiзико-механiчнi властивостi сталi Р18Л
Основний MaTepiai
В умовах ливарного цеху № 1 АТ «Дшпропетровсь-кий агрегатний завод» i цеху точного лиття тдприем-ства ТОВ «ИТЛ-Лассо» була випробувана технологiя лиття i установка для здiйснення газодинамiчного впливу на твердiючий метал в керамiчнiй формi ЛВМ при вщливанш цилiндричних заготовок iз сталi Р18Л для виготовлення рiжучого iнструменту [7, 8]. Дiаметр виливка - 25 мм, висота - 200 мм (рис. 1). Технолопя здшснювалася в двох варiантах реалiзацii. По першо-му варiанту в конструкцiю ливарно! форми (блоку) не було внесено штотних змiн за винятком зб^ьшення товщини живильника до 18 мм. При цьому газодина-мiчна дiя здiйснювалася в дiапазонi тиску 0,1 - 0,3 МПа
i передбачалася середня швидюсть наростання тиску в
системi виливок - пристрiй для введення газу (Vp) на рiвнi 0,0005 МПа/с (зразки №№ 4 - 6, табл. 1). Тобто необхщна герметичшсть системи виливок-пристрiй для введення газу забезпечувалася, в основному, за рахунок мщност само! оболонково! форми, а не шару затверд^ого металу на поверхш виливка. Другий ва-рiант припускав змiну конструкцп блоку для забез-печення умов здiйснення газодинамiчного впливу на твердiючий метал в дiапазонi тиску 0,1 - 3 МПа (рис. 2)
з середньою швидюстю наростання тиску Vp = 0,0008 МПа/с (зразки №№ 7 - 9, табл. 1). Порiвняння властивостей металу виливкiв, одержаних iз застосуванням газодинамiчного впливу проводилося з литим металом riei ж марки, одержаним за джчою технолопею ЛВМ (зразки №№ 1 - 3).
№ зразка Ов, МПа HRC S, % Р, кг/м3
1 1750,3 53 2,49 8749,5
2 1697,4 52 2,47 8743,6
3 1788,5 54 2,47 8755,1
4 1926,7 57 3,13 8777,1
5 1928,6 57 3,15 8889,7
6 1957,1 58 3,15 8882,5
7 2012,9 60 3,13 8898,1
8 2033,5 61 3,14 8901,3
9 2040,3 61 3,14 8901,7
Рис. 1. Схема блоку, виготовленого зпдно д^чш технологи
Зразки для мехашчних випробувань вирiзалися безпосередньо з тша виливка. Твердость визначали пiсля гартування i вщпуску на зразках, вiдiбраних для
Рис. 2. Схема блоку змшеноТ конструкцп
В результатi газодинамiчного впливу в центральному стояку блоку утворювалася явно виражена кон-центрована усадкова раковина, на вщмшу вiд блоюв, виготовлених за дiючою технологieю. На рис. 3 представлений подовжнш розрiз стояка пiсля здiйснення газодинамiчного впливу в процесi твердiння (право-руч) i стояка блоку виливюв, що виготовленi за дiючою технолопею.
Виливок «Опорний наконечник стiйки конвеера» масою 1,1 кг iз сплаву АК5М (рис. 4) заливали в пвд-гриий i пофарбований чавунний коюль з мiнiмальною товщиною стшки 40 мм. Температура заливки - 6400С. Технологiчний процес газодинамiчного впливу на роз-плав в кокШ проводили з початковими показниками тиску 0,15 - 0,2 МПа i подальшим нарощуванням до 2 - 3,5 МПа вщповвдно до розрахунково! динамiки наростання тиску в системi виливок-пристрiй для
введения газу [9]. На рис 5 представлений загальний вид виливка «Опорний наконечник стшки конвеера», одержаного за традицшною технолопею (праворуч) та 1з застосуванням газодинам1чного впливу при за-твердшш. Специф1чна форма виливка не дозволяе реал1зувати традицшну грав1тацшну схему живлення теплового вузла, що призводить до утворення усадко-во1 раковини, що виходить на б1чну поверхню, 1 браку виливка.
Рис. 3. Подовжнш розрiз блокiв, вiдлитих згiдно д^чоТ технологiT та з використанням газодина1^чного впливу (праворуч)
Рис. 4. Схема виливка «Опорний наконечник стшки конвеера»
Рис. 5. Загальний вид розрiзу виливка «Опорний наконечник стшки конвеера», отриманого за традицшною технолопею (праворуч) та з використанням газодинамiчного впливу
В результат! газодинам1чного впливу в1дверта-еться повне перемерзання живильника - надливу до затвердшня теплового вузла 1 забезпечуеться при-мусове перем1щення розплаву з верхньо1 частини виливка, забезпечуючи сприятлив1ший процес жив-лення.
Впровадження вказано1 технологи дозволило ско-ротити юльюсть браку виливюв по рихлост1 1 газовим раковинам на 28%.
Окр1м того, в результат! газодинам1чного впливу (ГДВ) шдвищуються мехашчш властивост1 сплаву в пор1внянш з металом, одержаним за традицшною технолопею (ТТ) (табл. 2).
Таблиця 2
Мехашчш властивост виливюв iз сплаву АК5М
№ зразка МПа НВ 5, %
ТТ ГДВ ТТ ГДВ ТТ ГДВ
1 162,2 185,2 70 73 1,0 1,27
2 161,8 184,8 68 72 0,9 1,26
3 162,1 185,3 68 73 0,9 1,27
На даний технолопчний процес в умовах ЗАТ «Горизонт» (м. Дшпропетровськ) розроблена та викори-стовуеться в1дпов1дна шструкщя.
Висновки
1. Досл1джеш особливост1 газодинам1чного впливу на ф1зико - мехашчш властивост1 виливюв 1з швидко-р1зально1 сталей та алюм1шевого сплаву, що тверднуть в формах ЛВМ та неохолоджуваному чавунному кою-л1 в1дпов1дно.
2. Результати мехашчних випробувань зразюв стал1 Р18Л, що твердне в форм1 ЛВМ при газодина-м1чному вплив1, показали, що при використанш ти-ску в1д низького (0,1 - 0,3 МПа) до б1льш високого (до 3 МПа) мехашчш властивост1 металу зб1льшуються: тимчасовий ошр з 1697 - 1750 МПа до 1926 - 2040 МПа (11 - 14%), твердкть шсля закалки та выпуску з 52 - 54 HRC до 57 - 61 HRC (9 - 12%), вщносне по-довження з 2,47 - 2,49% до 3,13 - 3,15% (20 - 21%), а також зб1льшуеться шдльшсть з 8743 - 8750 кг/м3 до 8777 - 8901 кг/м3.
3. Визначеш мехашчш властивост1 алюм1шевого сплаву АК5М, що твердне в неохолоджуваному коюл1 при газодинам1чному вплив1, в пор1внянш з в1дпов1д-ними властивостями литого металу, отриманого за традицшною технолопею: тимчасовий ошр шдвищу-еться з 161 - 162 МПа до 184 - 185 МПа (11 - 12%), твердеть - з 68 - 70 НВ до 72 - 73 НВ, в1дносне подовження з 0,9 - 1% до 1,26 - 1,27% (26 - 27%).
4. Результати проведених досл1джень дозволяють проводити оптим1защю режим1в реал1зацп газодина-м1чного впливу в залежност1 в1д вимог до р1вня показ-ниюв властивостей металу виливюв.
Лиература
1. Борисов Г.П. О роли давления при формировании высококачественных алюминиевых отливок [Текст] / Г.П. Борисов, А.И. Семенченко // Литейное производство. - 2009. - № 5. - С. 25 - 33.
2. 6 int.Symp.ffigh-Purity Mater. [Текст], Sci. and Technol. Dresden, May 6 - 10, 1985 / G. Grasse, U. Kleinshmidt, N. Matternetc // Poster abstr. - Oberlungw, 1985.-Pt. 1. - P. 141 - 142.
3. Борисов Г.П. Давление в управлении литейными процессами [Текст] / Г.П. Борисов // Киев: Наукова думка, 1988. - 272 с.
4. Sekhar J.U. Rapid solidification by application of high pressure [Текст] / J.U. Sekhar, M. Mohan, C. Divakar etc. // Scr. met. - 1984. - 18, № 4. - P. 1327- 1330.
5. Споаб отримання виливюв [Текст]: Декларацшний патент, Украша МПК (2006) B22D 18/00 / Сешвьорстов В.Ю., Хричиков В.6., Доценко Ю.В. Заявник та патентовласник Нацюнальна металургшна академ1я Украши - № 200808859; заявл.07.07.2008; опубл. 10.12.2008, Бюл. №23.
6. Пристрш для отримання виливюв [Текст]: Декларацшний патент, Украша МПК (2006) B22D 18/00 / Сешвьорстов В.Ю., Хричиков В.6., Доценко Ю.В. Заявник та патентовласник Нацюнальна металургшна академ1я Украши - № 200808858; заявл. 07.07.2008; опубл. 10.12.2008, Бюл. №23.
7. Сел1вьорстов В.Ю. Використання технологи газодинам1чного впливу на розплав при лига по витоплюваним моделям [Текст] / В.Ю. Сел1вьорстов, П.Д. Кущ // Вюник Нащонального техшчного ушверситету «ХП1». Зб1рник наукових праць. Тематич-ний випуск: Нов1 ршення в сучасних технолопях. - Харюв: НТУ «ХП1» - 2010. - № 4 - С. 89 - 94.
8. Сел1вьорстов В.Ю. Диверсифшащя режим1в здшснення технолог!!' газодинашчного впливу при виготовленш виливюв способом ЛВМ [Текст] / В.Ю. Сел1вьорстов, П.Д. Кущ // Вюник Нащонального техшчного ушверситету «ХП1». Зб1рник наукових праць. Тематичний випуск: Нов1 ршення в сучасних технолопях. - Харюв: НТУ «ХП1» - 2010. - № 17 - С. 108 - 113.
9. Селиверстов В.Ю. Особенности расчета режима газодинамического воздействия на расплав при кристаллизации отливок из сталей 35Л, Х18Ф1 и алюминиевого сплава АК5М в металлической форме [Текст] / В.Ю. Селиверстов // Теория и практика металлургии. - 2010. - № 1-2. - С. 64 - 67.
