Зависимость отбела чугуна от его углеродного эквивалента

Исследована количественная связь показателей отбела чугуна (протяженности отбеленного слоя H и объемной доли в нем ледебурита Qл ) с его углеродным эквивалентом СE . Эти данные позволяют с высокой вероятностью прогнозировать развитие процесса формирования отбеленного поверхностного слоя при изготовлении отливок различной толщины из чугуна разного химического состава. Объектом исследования являлись нелегированные чугуны индукционной плавки восьми вариантов химического состава с углеродным эквивалентом от 3,30 до 5,53 %. Из этих чугунов в песчаной форме с нижним холодильником изготовляли ступенчатые отливки с размерами ступенек 100×60 мм толщиной 5, 10, 20 и 40 мм. Протяженность (глубину) отбеленного слоя измеряли в изломах отливок и оценивали по толщине зоны чистого отбела. Объемную долю ледебурита определяли металлографическим методом с применением компьютерной программы «Nexsys-Imageexpertpro 3». Согласно экспериментальным данным, при толщине отливок 5 и 10 мм сквозной (на всю толщину) чистый отбел формируется при углеродном эквиваленте ≤ 4,08 % и ≤ 3,67 % соответственно. В отливках толщиной 20 и 40 мм зона чистого отбела отсутствует, при этом глубина отбеленного переходного слоя возрастает с уменьшением углеродного эквивалента, но снижается с увеличением толщины отливки X. Установлено, что зависимость H от СЕ имеет экспоненциальный характер и описывается уравнением типа H = A exp (–k СE ), где A и k – эмпирические коэффициенты. Объемная доля ледебурита у поверхности контакта отливки с холодильником во всех пробах составляет ~90 %, но по мере удаления от поверхности уменьшается с разной интенсивностью в зависимости от величины углеродного эквивалента и толщины отливки. Математической обработкой экспериментальных данных, полученных на расстоянии 5 мм от поверхности контакта отливки с холодильником, установлено, что количественная связь Qл в отбеленном слое отливки со значением CE описывается экспоненциальной зависимостью

1. Справочник по чугунному литью / Под ред. Н.Г. Гиршовича. – Л.: Машиностроение, 1978. – 758 с.

2. Лакедемонский А.В, Кваша Ф.С., Медведев Я.И. и др. Литей- ные дефекты и способы их устранения. – М.: Машиностроение, 1972. – 152 с.

3. Чугунное литье в станкостроении / Под ред. Г.И. Клецкина. – М.: Машиностроение, 1975. – 320 с.

4. Seidu S.O., Ogunniyi I.O. Control of chilling tendency in grey cast iron reuse // Materials Research. 2013. Vol. 16. No 1. P. 145 – 149.

5. Gobinath V.M., Annamalai K. Effect of coating in chilled cast iron tappet with different chill material // Indian Journal of Science and Technology. September 2016. Vol. 9. Issue 35. P. 1 – 5.

6. Gobinath V.M., Kumar A., Annamalai K., Arunachalam R. Effect of pouring temperature in chilled cast iron with different chill material // International Journal of Applied Engineering Research. July 2015. Vol. 10. Special Issue. No. 57. P. 160 – 163.

7. Hemanth J. Solidification behavior of water-cooled and subzerochilled cast iron on mechanical properties // Journal of Materials Engineering and Performance. April 2001. Vol. 10. Issue 2. P. 212 – 219.

8. Albu C.B., Riposan I. Chill (carbide) control in low sulphur electric melt grey cast irons // Solid State Phenomena. 2012. Vol. 188. P. 324 – 329.

9. Васильев Е.А. Отливки из ковкого чугуна: Производство, свойства, применение. – М.: Машиностроение, 1976. – 239 с.

10. Справочник по машиностроительным материалам. Т. 3: Чу- гун / Под ред. Н.Ф. Болховитинова и А.Ф. Ланда. – М.: Машгиз, 1959. – 359 с.

11. Гиршович Н.Г. Чугунное литье. – М.: Металлургиздат, 1949. – 708 с.

12. Леви Л.И., Кантеник С.К. Литейные сплавы. – М.: Высшая школа, 1967. – 435 с.

13. Fras E., Gorny M., Kapturkiewicz W., Lopez H.F. Chilling tendency and chill of cast iron // Tsinghua Science & Technology. 2008. Vol. 13. No. 2. P. 177 – 189.

14. Бунин К.П., Таран Ю.Н. Строение чугуна. – М.: Металлургия, 1972. – 160 с.

15. Ahamed M.S., Kumar Y.V., Rahman J.F., Bharat V. Mechanical properties of sub zero chilled cast iron useful for wear functional requirement of engineering components // Procedia Materials Science. 2014. Vol. 5. P. 540 – 549.

16. Li P., Li F., Cai A., Wei B. Fracture analysis of chilled cast iron camshaft // China Foundry. 2009. Vol. 6. No. 2. Р. 104 – 108.

17. Ahamed M.S., Kumar Y.V., Rahman J.F. etc. Evaluation of hardness, wear and compression strength of grey and chilled cast iron // International Journal of Engineering Research & Technology. 2014. Vol. 3. No. 7. P. 424 – 428.

18. Тен Э.Б., Коль О.А., Громова Н.В. Исследование количественной связи параметров отбела чугуна с линейной скоростью его затвердевания // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 5. С. 51 – 54.

19. Производство чугунных отливок / Под ред. В.М. Колокольцева и Ри Хосена. – Магнитогорск: МГТУ, 2009. – 521 с.

20. Тен Э.Б., Коль О.А., Буй Т.Х. Влияние растворенного кислорода на структуру чугуна // Металлургия машиностроения. 2018. № 2. С. 24 – 25.

21. Жуков А.А. Основы расчета состава, структуры и прочности серого чугуна // Вопросы теории литейных процессов: Сб. тр. – М.: Машгиз, 1960. С. 163 – 252.

22. Fras E., Lopez H.F., Kawalec M., Gorny M. Role of alloying addition in the solidification kinetics and resultant chilling tendency and chill cast iron // Metals. 2015. Vol. 5. No.1. P. 256 – 288.

23. Klancnik U., Habjan J., Klancnik G. Thermal analysis of indefinite

24. chill cast iron modified with ferrovanadium and ferrotungsten // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2017. Vol. 127. No. 1. P. 71 – 78.

25. Riposan I., Chisamera M., Stan S., Barstow M. Improving chill control in iron powder treated slightly hypereutectic grey cast irons // China Foundry. 2011. Vol. 8. No. 2. P. 228 – 234.

26. Kumruoglu L.C. Mechanical and microstructure properties of chilled cast iron camshaft: Experimental and computer aided evaluation // Materials and Design. 2009. Vol. 30. No. 4. P. 927 – 938.

27. Литейное производство / Под ред. В.Д. Белова. – М.: ИД МИСиС, 2015. – 287 с.

28. Harsea L.M., Riposan I. Chillsensivity in 4 % carbon equivalent, low-S, inoculated grey iron thin wall castings // Metalurgia International. 2013. Vol. 18. P. 99 – 104.

29. Standard Test Methods of Chill Testing of Сast Iron. ASTM A367-11 (2017). https://www.astm.org/standards/A367.htm (дата обращения 27.10.2018).