CC BY
5
The article presents the results of a study on the effect of laser treatment on the structure and quality of thin-walled layered structures made of titanium alloys. The issues of improving the quality of diffusion compounds of cellular fillers with sheathing in the manufacture of a three-layer panel made of titanium alloys are considered. A number of options for laser heat treatment of filler elements are proposed. Special equipment has been developed for laser heat treatment of filler elements. Various methods of manufacturing drainage holes in filler elements are described. Positive results have been obtained in laser punching holes with an improvement in the operational properties of the product structures.
Key words: honeycomb panels; titanium alloys, diffusion connection, laser beam, radiation and processing, plating, stitching, laser punching, tooling, roller, discs, structure, properties.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, gadalov-vn@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, kutepovsn@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Panov Viktor Vladimirovich, candidate of technical sciences, Russia, Moscow, Military Research
Institute,
Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, gwozdew. alexandr2013@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Kalinin Anton Alekseevich, deputy director for commercial affairs of TulSU Publishing House, anto-ny-ak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 669.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-665-668
КОРРЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕТАЛЛУРГИИ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА
Г.Г. Бурый
В статье рассматривается актуальность уточнения процесса модифицирования чугуна. Рассматриваются вещества модификаторы, позволяющие получить шаровидный графит в высокопрочном чугуне. Составлена диаграмма описывающая способность к модифицированию шаровидного графита. Рассмотрено влияние формы графита на его физико-механические свойства. Приведены регрессионные зависимости основных физико-механических свойств от объемной доли каждого вида графита.
Ключевые слова: чугун, модификатор, металлургия, графит, физико-механические свойства.
Высокопрочный чугун один из наиболее распространенных сплавов, применяемых для производства литых изделий высокой прочности. К таким изделиям можно отнести валы, шкивы, маховики, рычаги, корпуса и т.д. По сравнению со сплавами на основе цветных металлов высокопрочный чугун имеет более низкую цену. Более высокая твердость высокопрочного чугуна позволяет применять его для деталей, испытывающих вдавливание от других элементов механизма. Следует также отметить, что жаростойкость высокопрочного чугуна также выше, чем у сплавов на основе алюминия, что актуально при производстве элементов двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, уточнение процесса производства данного сплава и его оптимизация крайне важная задача.
Процесс производства высокопрочного чугуна невозможен без образования графита. Однако процесс образования графита невозможен без добавления в расплавленный чугун элементов модификаторов. В высокопрочном чугуне формируется шаровидный графит рис. 1 и для его формирования чаще всего используется магний. Однако, в виду отсутствия доступа к достаточному количеству данного элемента, побуждают использовать и другие элементы в качестве модификаторов. Стоит отметить, что у каждого элемента различная способность к образованию графита шаровидной формы. Образование шаровидного графита зависит от образования барьера, разделяющего углерод в виде графита и жидкую фазу аустенита. Элемент должен обладать определенной растворимостью в сплаве, так как недостаточная растворимость не позволит ввести его в сплав, а слишком интенсивная растворимость не позволит образоваться барьеру, разделяющему графит и аустенит. Данные растворимости периодической системы в жидкой фазе - аустените описаны в литературе, однако данные по растворимости элементов в углероде практически отсутствуют. Основываясь на анализе закономерностей растворимости элементов периодической системы, была определена их растворимость в углероде. Рассмотрим уточненную диаграмму растворимости элементов периодической системы в углероде и аустените показанную на рис. 2 [1, 2, 3, 4, 8].
Рис. 1. Высокопрочный феррито-перлитный чугун с шаровидным графитом
ю~12ю~11 ю~ш ю~910~8 К) ' ю Чо ' V 1 10~]ю~2 ю~1 10°
ю2 101 10° ю-1 ю-2 10~3
Ж1 <\
Рис. 2. Диаграмма процентного содержания элементов периодической системы взаимодействующих с углеродом и аустенитом
На рис. 2. символом а> указано процентное содержание элемента, которое растворяется в углероде. Символом ду.ре указано процентное содержание элемента, которое растворяется в аустените. Элементы периодической системы на диаграмме указаны точками с соответствующими обозначениями. На диаграмме показаны два прямоугольника, один из которых имеет тонкие границы, а другой расположенный внутри него толстые границы. Элементы, входящие в область прямоугольника с тонкими границами, обладают способностью к образованию шаровидного графита. В область прямоугольника с толстыми границами входят лучшие модификаторы для образования шаровидного графита. Рассмотрим перечень самых сильных модификаторов: Mg, Y, Се, Lа, Gd. Более слабыми модификаторами являются элементы: Те, 2г , 1п, Т Sс, Са, Ва, Sr. Также были проведены исследования с другими элементами восстановленными из их окислов на способность сфероидизации т.е. образрвания шаровидного графита. К таким элементам можно отнести: Dу, Ег, Ей, ТЬ, Но, Рг, Sm, Y и УЬ. [1,2,3,4,8]
Возможность образования шаровидного графита в чугуне не гарантирует высоких физико-механических свойств. Каждый элемент периодической системы влияет на свойства по-разному. Так например твердость чугуна по Виккерсу минимальна и составляет НV 202 при модифицировании Ей и максимальна HV 429 при модифицировании У. Рассмотрим влияние элементов на предел прочности сплава. Так у чугунов модифицированных элементами Gd, Тт, Се, он составляет 470МПа, модифицированных элементом У и составляет 417МПа., элементом Sm составляет 400МПа а при модифицировании элементом Но составляет 320МПа. На ударную вязкость чугуна элементы также влияют по-разному, например при модифицировании чугуна элементом УЬ значение его ударной вязкости составляет 2,1105 Дж/м2, а при модифицировании элементом Sm ударная вязкость составляет 0,35 105 Дж/м2. На свойства высокопрочного чугуна влияет и форма графита. Помимо шаровидного графита в высокопрочном чугуне может образовываться графит вермикулярной формы рис. 3. [1,2,3,4,8]
Неоднородность графитовых включений и различная степень дисперсности приводит к снижению физико-механических свойств чугунных отливок. Для обеспечения производства сплава с высокими физико-механическими свойствами требуется установить их зависимость от степени дисперсности графита и его формы. Сравнение форм графита можно описать фактором формы ¥, который колеблется от 0 до 1. Если форма графита наиболее приближена к шаровидной, тогда значение ¥ приближено к 1. Если сравнивать форму шаровидного графита с эталонной формой, то она будет одинакова.
666
7гв Ш *№ • Рв Со е
С г в » ^ а? ь <®. > ~и шк А1 \ » 7г 1 Адк LBp 45 Ь • • й • о
\ •¿а" -ли 1л он V» Р 9 •щ
Ти г/ 1а ¡Щ? Г Чд
-Й п • о *
Со в • Я № 9
<Гг
л А * • Ва >Аг • Р
№ Не
Рис. 3. Вермикулярная форма графита
Таким образом фактор Р=1. Если сравнивать вермикулярный графит с эталонной формой, то фактор Р=0,2...0,5. Также следует учесть объемную долю V каждого вида графита в чугуне. Объемную долю графита определим по известной формуле (1)
V = (С - 0,8 • Р) • 7,86/2,16, (1)
где С - содержание углерода в чугуне, %; Р - процентное содержание перлита, %; 7,86/2,16 - отношение плотности матрицы к плотности графита.
Итоговый фактор формы графита можно определить по формуле (2)
Р = • Vs + • Vv, (2)
где и Fv - фактор формы шаровидного и вермикулярного графита соответственно; V;! и Vv - объемная доля шаровидного и вермикулярного графита соответственно, %.
Корреляционный анализ данных позволил получить уравнения регрессии, показывающие зависимость основных свойств чугуна от процентного содержания каждого вида графита. Ниже рассмотрим зависимости (3), (4) и (5) предела прочности с, ударной вязкости X и относительного удлинения 5 соответственно от объемной доли каждого вида графита в чугуне. [5,6,7,9,10]
с = 1067 + 0,81 • V, - 0,35 • Vv, (3)
Х = 12 + 0,091 • V, - 0,073 • Vv, (4)
8 = 1,1 + 0,032 • V, - 0,016 • Vу. (5)
Анализируя зависимости (3), (4) и (5) можно сделать вывод, что для придания чугуну высоких физико-механических свойств содержание вермикулярного графита в нем должно быть в пределахот 10% до 30%. Именно при таком значении вермикулярного графита фактор формы Р приближается к 1. При таком процентном содержании вермикулярного графита после закалки и отпуска чугуна получаются требуемые свойства с=1300 Н/мм2, Х=20 Дж/см2, 5=2,2%.
Список литературы
1. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1978. 392 с.
2. Бурый Г.Г., Расщупкин В.П., Гребенкина Н.Ф. Использование математической модели для выбора модификатора чугуна // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Омск: СибАДИ, 2009. С. 115116.
3. Расщупкин В.П., Корытов М.С. Сущность и особенности производства чугуна: учеб. пособие. Омск: СибАДИ, 2007. 28 с.
4. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. Металлургия чугуна: учебник для вузов. М.: Академкнига, 2004. 774 с.
5. Леонтьев А.Н., Расщупкин В.П., Корзунин Ю.К., Матвеева Н.В. Поверхностное модифицирование отливок из серого чугуна // Вестник СибАДИ. 2007. №5. С. 213-215.
6. Акимов В.В. Жидкий чугун - серый, белый, высокопрочный, ковкий его свойства и структурные изменения // Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации: материалы Меж-дунар. конгресса ФГБОУ ВПО "СибАДИ". 67-я науч.-практ. конф. "Теория, методы проектирования машин и процессов в строительстве", посвящ. 100-летию со дня рождения засл. деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, профессора Т.В. Алексеевой (с междунар. участием). Омск: СибАДИ, 2013. Кн. 2. С. 19-22.
7. Расщупкин В.П., Корытов М.С. Производство стали. Методика выплавки: учебное пособие. Омск: СибАДИ, 2007. 31 с.
8. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. М.: Металлургия, 1986. 272 с.
9. Дорошенко В.С. О простых решениях для производства высокопрочного чугуна // Металлургия машиностроения. 2021. №1. С. 5-10.
10. Фесенко А.Н., Фесенко М.А., Корсун В.А. О влиянии модифицирующих добавок на структуру чугуна в отливках // Литейное производство. 2020. №2. С. 6-7.
Бурый Григорий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, buryy1989@bk.ru, Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет
CORRECTION OF THE METALLURGY PROCESS OF HIGH-STRENGTH CAST IRON
G.G. Buriy
The article discusses the relevance of clarifying the process of modifying cast iron. The modifier substances allowing to obtain spherical graphite in high-strength cast iron are considered. A diagram describing the ability to modify spherical graphite has been compiled. The influence of graphite shape on its physical and mechanical properties is considered. Regression dependences of the main physical and mechanical properties on the volume fraction of each type of graphite are given.
Key words: cast iron, modifier, metallurgy, graphite, physical and mechanical properties.
Buriy Grigoriy Gennadjevich, candidate of technical sciences, docent, buryy1989@bk.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Road University
УДК 519.24:658.562.012.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-668-678
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
ПОСРЕДСТВОМ УЛУЧШЕНИЯ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ РАВНОМЕРНОГО
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
В.П. Рязанский, С.В. Юдин
Статья содержит построение оценок параметров равномерного распределения с помощью классических методов, неклассических методов: методом спейсингов, на основе достаточных статистик, а также при помощи аппроксимации равномерного распределения трехпараметрическим распределением. Некоторые оценки оказались сверхэффективными. Проведен анализ смещения и дисперсии построенных оценок. Обсуждены понятия несмещенности оценок в среднем и несмещенности по моде на примере построенных оценок. Вычислены среднеквадратические ошибки полученных оценок. Проведено сравнение среднеквадратического риска построенных оценок. Проанализировано среднеквадрати-ческое отклонение смещенных и несмещенных в среднем оценок. В некоторых случаях удаление смещения приводит к росту дисперсии, но среднеквадратическое отклонение оценки уменьшается. Оценки максимального правдоподобия при несимметричной плотности оценки оказываются смещенными в среднем, но при этом несмещенными по моде в некоторых случаях. Построены оценки максимального правдоподобия при помощи аппроксимации равномерного распределения трехпараметрическим распределением. Вычислена нижняя граница дисперсии данных оценок. Данная граница проходит ниже дисперсии оценок на достаточных статистиках. Оценки параметров трехпараметрического распределения не имеют достижимости вычисленной нижней границы. Предложенные оценки максимального правдоподобия имеют точность равную точности сверхэффективных оценок.
Ключевые слова: менеджмент качества, метод спейсингов, достаточная статистика, математическая статистика, смещение по моде, смещение в среднем.
Важность равномерного распределения трудно переоценить. Оно имеет фундаментальное значение. Так если случайная величина X имеет непрерывную функцию распределения F (х), то случайная величина Y = F (х) равномерно распределена на интервале [0,1] [1]. На этом факте основан метод
моделирования элементов выборочного пространства для заданного распределения методом Монте-Карло. В прикладной статистике, метрологии, при статистической обработке данных измерений, наблюдений признаков изделий оборонной продукции предприятий возникает задача оценки параметров равномерного распределения. Равномерным распределением хорошо описываются погрешности квантования в цифровых приборах, погрешности от округления при расчетах, при отсчете показаний аналоговых приборов, погрешности от трения в стрелочных приборах с креплением подвижной части на кернах и подпятниках, а также в самоуравновешивающихся мостах и потенциометрах со следящим электромеханическим приводом. Обычно принимают гипотезу о равномерном распределении погрешности от измерения температуры окружающей среды для приборов, работающих в цеховых или лабораторных условиях при односменной работе [2].
