CC BY
12
I 1 (ЗЛ.
гттгп г: юткмтггте 2006 -
ИТЕЙНОЕВ ПРОИЗВОДСТВО
The dependencies for calculation of the eutectoid inversions time in castings of different dimension-type at cooling in the air are received.
US
A. M. БОДЯКО, П. И. ЗИМОНИН, И. А. МЕЛЬНИКОВ, А. А. СУПОНЕВ, HTM HAH Беларуси
УДК 621.746.27
РАСЧЕТ ЭВТЕКТОИДНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ОТЛИВКАХ ПРИ ЛИТЬЕ МЕТОДОМ НЕПРЕРЫВНО-ЦИКЛИЧЕСКОГО ЛИТЬЯ НАМОРАЖИВАНИЕМ
В работе [1] выполнена оценка изменения температуры отливки из чугуна в камере отжига. При достижении заданной температуры отливка извлекается на воздух. Скорость охлаждения на воздухе в значительной мере определяет ее конечную структуру и свойства.
Проведем теоретический анализ процесса охлаждения отливки на воздухе (рис. 1).
При остывании отливка теряет количество теплоты [2]:
г
1-
JL
2 Л
Wi,
(1)
Ж. • .. ♦ ч
Рис. 1. Охлаждение отливок на воздухе
где Р| и С| плотность и удельная теплоемкость материала отливки; £ и ¥х — толщина стенки и площадь поверхности отливки; Тх — температура отливки.
Данное количество теплоты передается лучеиспусканием и воздушной конвекцией. Количество теплоты, передаваемое лучеиспусканием и воздушной конвекцией, составляет
де2 =
Q
100
с
100
(7]-т;)
F{At,
(2)
где Сх — коэффициент лучеиспускания поверхности отливки; Т{ и Г — температуры отливки и окружающей среды; ас — коэффициент теплоотдачи соприкосновением.
Составляем уравнение теплового баланса
(
\
1--
2 Я,
дг, =
с,
тх лА (Z
100
100
+ осс(Г1-Гс))Дг
(3)
Интенсивность теплообмена на поверхности отливки характеризуется суммарным коэффициентом теплоотдачи:
а = ас+ал. (4)
Величина коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием может быть определена по уравнению
а„ =-
С '(71Т ( т Л 4"
ч 100 J 100
V / V ) _
Ti-TG
(5)
Решая совместно уравнения (2) и (3), имеем /
At-
щ )
Ч4 f Л4
С,
JL 100
с 100
+ «С ft-гс)
• (6)
Полученная зависимость позволяет рассчитывать время охлаждения Д/ при изменении температуры поверхности отливки на величину д^ . Эвтектоидное превращение является экзотермическим процессом и происходит при постоянной температуре.
>
/
v
/
/тггттгп гс ггшпгжгж /
- 1 (ЭЛ. 2006/
Поэтому формулу (6) можно использовать раздельно в интервале температур от извлечения из камеры отжига до температуры эвтектоидного превращения и от эвтектоидного превращения до температуры окружающей среды.
При охлаждении отливки следует учитывать теплоту эвтектоидного превращения.
Составляем уравнение теплового баланса:
рЛ 1-
А_
2 R,
IbAJJL 100 I 1100
=
+ ас(Гэв-Гс)
(7)
' ж1'] •
где Тэв, /эв, дм — соответственно температура, время и удельная теплота эвтектоидного превращения:
<?эвР1Я 1-
2 R,
L1
С,
эв 100
т 100
(8)
+«с (тм-тс)
' 1 ч s_
К s.
% / 1
/ ч.
2 ^ / х
40 80 120 16G 200 240 280 320 360
400 t, С
В качестве примера выполним расчет охлаждения маслотных заготовок из серого чугуна (С — 3,05%; - 1,78; Мп - 0,89; Сг - 0,17; Си -0,46; № - 0,19; Б - 0,03; Р - 0,16%) для уплотнительных колец с крючковым замком диаметром 185 мм (отливка №1) и торцовых уплотнительных колец диаметром 97 мм (отливка №2) трансмиссий пропашных тракторов МТЗ 1522 и К-700 соответственно. Геометрические размеры литых заготовок приведены ниже.
Номер отливки Du мм мм Я, мм
1 185 20 175
2 97 20 175
Полученные зависимости позволяют провести расчеты охлаждения отливки в диапазоне температур от извлечения из камеры отжига до температуры окружающей среды.
т,*сш
850 800 750 700 650 600 5S0 500
Теплофизические характеристики материала отливок, а также неизвестные параметры теплообмена принимали согласно рекомендациям [2], где Г=880 °С; Т= 20 °С; осс=8 Вт/(м2• град); С = =5 Вт/(м2• К4); р,=7200 кг/м3; с=755Дж/(кг• град); #эв=8,5 кДж/кг.
Результаты расчетов показали (рис. 2, а), что отливка с меньшим диаметром охлаждается быстрее и промежуток времени достижения эвтектоидного превращения у нее меньше. В отливке №1, имеющей большую массу и диаметр, время эвтектоидных превращений /эв = 68 с, а в отливке №2 * =60,5 с.
т:с
900 850 800 750 700 650 600 550 500
| I
ч4 ------------р. — f
1 ________________;
1 \ j-
i ... , { 5 X ^t ;
' | .....2 ! / - \ I
.............i-............. , 1 ■s ——■-■— i i
40 80 120 160 200 240 280 320 360 400
te
б
Рис. 2. Изменение температуры отливки в процессе охлаждения на воздухе: а — 1 -отливка №1 (диаметр 185 мм); 2 - отливка №2 (диаметр 97 мм); б — результаты эксперимента: 1 — естественные условия охлаждения; 2 — при обдуве воздухом
Экспериментальным путем установлено, что образующаяся конечная структура отливок этих диаметров характеризуется следующим образом: металлическая основа — тонкопластинчатый перлит П100-95 в отливке меньшей массы (диаметр 97 мм) и перлит П95-92 в отливке большей массы (диаметр 185 мм); графит равномерно распределенный ПГр1, пластинчатой или завихренной формы ПГф1,2 длиной ПГд24-45.
Экспериментальные кривые (рис. 2, б) показывают, что при обдуве воздухом в сравнении с охлаждением в естественных условиях скорость охлаждения заметно возрастает, а промежуток времени эвтектоидных превращений сокращается. В результате при одинаковом химическом составе
и геометрических размерах в структуре отливки, охлажденной потоком сжатого воздуха, перлита на 10-15% больше в сравнении с охлажденной в естественных условиях(рис. 3, а—г).
Аналогичные результаты расчетов и экспериментов получены также и при охлаждении отливок других типоразмеров.
Таким образом, полученные расчетные зависимости, подтвержденные экспериментальными данными, позволяют достаточно точно определять время эвтектоидных превращений, что в свою очередь дает возможность управлять процессом структурных превращений и влиять на конечную структуру и свойства отливок, меняя в них соотношение перлита и феррита.
4
Литература
1. Бодяко A.M., Зимонин П.И., Мельников И.А., Су понев A.A. Расчет вторичного охлаждения
отливки при литье методом непрерывно-циклического литья намораживанием // Литье и металлургия. 2005. №3.
2. Анисович Г.А. Затвердевание отливки. Мн.: Наука и техника, 1979.
в г
Рис. 3. Структура отливок из СЧ (травление 4%-ным раствором азотной кислоты в спирте). Естественные условия охлаждения: а — наружная зона отливки; б — внутренняя зона отливки. При обдуве воздухом: в — наружная зона отливки; г —
внутренняя зона отливки. х!60
