Введение к работе
Актуальность проблемы. В экономической программе по выходу Украины из кризиса поставлена задача снижения шергоэатрат и удельной металлоемкости машин а оборудования. В речение достаточно длительного периода времени в обозримой буду-дем чугунные отливки сохранят свои позиции одних из наиболее распространенных заготовок в машиностроении. Это ставит работу по улучшении физако-маханичесхпх а специальных эксплуатационных свойств отливок из обычных серых и легированных чугунов в ряд важных и актуальных, физико-механические свойства чугуна зависят главным образом от его структуры. Эта проблема решается как упрочнением металлической матрицы, так а оптимизацией распределения и форма графитных вклинений, наличием в чугуне карбидной фазы. Чугун, как конструкционный материал, располагает большими резервами дальнейшего повышения его физико-механических и специальных эксплуатационных свойств. Одним из таких резервов является получение отливок из стабильно-половинчатых чугунов по принципу композиционного упрочнения.
В последнее рремя получили распространение частично графити-зирсванные железо-углеродистые сплавы, из которых изготовляв-? гильзы цилиндров и поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания, детали отеклоформ, пуансоны и матрицы штампов горячего деформирования в др. Часть углррода в таких сплавах находится а виде графита и часть - а связанном состоянии в яде структурно свободных карбидов. Высокие триботехничесхие свойства (износостойкость, низкий коэффициент трения, небольшое время прираооткя 1 . удовлетворительная обрабатываемость резанием, повышенные фвзя-ко-механическиг свойства - преи.чузества таких сплсгоэ.
Б диссертации обобщаются результаты исследований, проведе ных в Винницком государственном техническом университете с 1684 по разработке технологий получения отливок из стабильно-подовин тых чугунов.
Цель работы. Разработка теории и практики получен отливок из стабильно-половинчатых чугунов, обладающих высоки триботехническ;;ми и повышенными физико-механическими свойствам удоБлетаорителвной обрабатываемостью резанием и легированн сравнительно дешевыми легирующими элементами.
Для достижения поставленной цели в работе ресэны следующие задачи:
-
совершенствована теория о движущих силах микроликвацио ных процоссоз в отливках из чугуна и термодинамике графитизации
-
составлена программа расчета на ЭВМ изменения термодин мическои' активности углерода в чугунных отливках под влиянием л гируюаих элементов;
-
совершенствована теория композиционного строения кои лексно-дегироЕанных чугунов и обеспечения их триботехническ свойств;
-
разработана аналитическая модель зернограничной дкффуз меди в твердом растворе железо-медь; ..
> создана на базе математического аппарата инхенернс уровня удобная для анализа модель расчета процессов структурос разования в отливках из стабильно-половинчатого чугуна;
В) выявлены некоторые особенности влияния меди на структуї образование в чугунных отливках;
7) создг-на методики исследования специальных эксплуатацис ных свсіств подученных чугунов, исследования влияния меди на КС пактної ,'Ь включений эвтектического цементита в половинчаты* -1.4 ках, исследования превращений в цементите в зоне его коктактг
елезистыми фазами;
8> разработаны л внедрены з промышленность стабидьно-поло-;инчатые чугуиы и технология получения из них отливок.
Научная новизна настоящей работы заключается з хздании основ таории получения отливок из стабильно-половинчатих гугунов, в доказательстве того, что путем лагирозания чугуна всз-юхно такое изменение его термодинамических характеристик, кото-гае обеспечивает получение сплавов с достаточным количеством карбидной фази и характерной островной структурой, отвечающей прин-іипу Иарпи-Бочвара. Это способствует композиционному упрочнению іугунов, повышению их триботехнических свойств. Сочетание в jTpyKType сплавов сравнительно мягхой металлической матрицы и разобщенных теєрдьіх. упрочняющих вклвчонии фаз внедрения придает сплавам высокие свойства износостойкости и антифрикг;ионнссти. Эта теория основана на различном знаке микроликвации компонентов-г;эа-фитизаторов и "антиграфитизаторов" при затвердезлн;:и чугунных отливок и на елиянии меди в процессе структурообрлзочз.чия. Мед: при эвтектическом превращении увеличивает "термодинамическую" склонность чугуна к срафитизации и уменьшает эту склонность в области температур овте- тоидне го лрограаония.
Разработана апалити іескаї модель зернсграпичней диффузии^ .--е-ди з твердом растворе жел.гіо-медь. Избыточная з твердом растворе недь диффундирует на граница зерен, фаз л на поверхность оілиаки. Этот процесс усиливается п.-и теркоциклированик. разработана hart-магическая модель зс-ркограничной диффузии кеди. Прослойки меди значительно повынают теплопроводность чугуна, а на поверхностях 'Пения или обработки реіучим инструментом спи. оказывает со'ст-ьотствуюаче антифрикционное воздействие, играя ї>одь твердого емз-зизаюс.го ма'.ериала. При этом возникает известнее явлоки'ї.изб.ірі..-:'едьно-о массспе^ен^са ат'.моа меди на кситртело л сбратно. сспро-
. _4-вохдающееся уменьшением коэффициента трения, снижением длительности приработки, уменьшением износа пары трения и к резком: улучшению обрабатываемости резанием.
На базе объединения тепловой теории литья и кинетической те ории кристаллизации создана математическая модель структурообра эования в отдшвках из стабильно-половинчатого чугуна.
Разработан механизм влияния меди на компактность включени эвтектического цементита в отливлах. Чугун приобретает необкчну микроструктуру с изолированными мелкими включениями, цементита.
Практическая значимость работа Решена важная научно-техническая проблема - разработана теория практика получения отливок из стабильно-половинчатых чугунов. Получение резулыаты позволили достигнуть следующих целей:
создать достаточно простые и надежные инженерные метол расчета изменения термодинамической актиькости углерода в чугуь вых отливка*, под влиянием легирующих элементов, с помощью которь ев;е на стадии разработки легированного чугуна нового химическо: состава можно определить (в пределах исследованных интервале варьирования}, какой чугун мы получим: серый, белый или половш чатик и его физико-механические и специальное эксплуатационш свойства;
впервые разработать методику подобных ресчетов для получ< нке стабильно-половинчатых чугунов;
разработать- оптимизированные составы стабильно-половинчаті чугунов для отливок различного назначения;
внедрить разработанные чугуны д.їя изготовления деталей ц ликдрэ-пордшевой группы двигателей внутреннего сгорания, подши
;:ков скольж тікя, кокильной оснастки, стеклоформ, преесформ, д талей камеры прессования мааин литья под дарением на Южном наш лостроитель.чом гагоде (г.Днепропетровск), компании "Укркнаесткс
-5-эерсия" (г.Винница) и целок ряде других заводов.
Апробация работы. Основный результати диссертационной работы докладызались и обсуждались па:
S7-M Есемирном Конгресса литайжиков (Осака, 1SS0);
Международной конференция "Антифрикционные и износостойкие чугуна" (Винница, 1Q32.);
Всесоюзных конференциях "Термодинамика необратимых процессов и ее применение" (Черновцы,І384); "износостойкость маиин" (Брянск, 13SS, 1391); "Ускорение научно-технического прогресса и литейном производстве Дальнего Востока" (Комсомольск -на-кнуре, 133S); "Прогрессивная технология, автоматизация и применение OEM а литейном производстве" (Алма-Ата, І387); "Новые высокопроизводительные процессы, сплава и оборудование в литая.ісм производстве" (Минск, ізао); "Чкюог.оп-нэтн^з ^угуях" Квдэ, ISSS, 199* ;
Республиканских конференциях "Пути псвьшения качества и экономичности литейных процессов" (Одесса, 13.33); "Погынекие качества отливок за счет современных методов выплавки и л» гирсва-ния" (Брянск, 1333); "Пути повысенил эффективности на автолре-дп-РЯлТиях' (Винница, 1333); " Пути соьерііинст^вакия экологического обишечошіїї раьоть автотранспорта" (Зичница, І330); "Современные методы тчрничесной осраСотк-1 и упрочнения деталей малий и Иістру-мвнтоь" (Ташкент,1333);
е.чегодных научно-технических конференциях в Винницком гис/дарсгвинном ткхниче -ком университете.
На защиту виносяться следующие основные положения и результаты:
1) основы теорли получения огдивок из стабидьно-лояоьинчэ ых чугуноо,
2' <іі.алитич«схая модель зернограничной і.ифі{узии меди а . зер-
дом растворе железо-медь;
-
математическая модель расчета процессов структурообраз ваниа в отливках из стабильно-половинчатых чугунов и влияние ме на.эти процессы; структурные диаграммы;
-
результаты исследований свойств разработанных стабил но-половинчатых чугунов для отливок.
Публикации . Основные .результаты, изложенные
диссертации, опубликованы в S7 лечзтиых работах, в том числе г
лучены авторские свидетельства на изобретения КК 166656
І7ЄЄ173, 1803453.
Структура и бъем диссертации. Диссертационная работа состоит кз введения, семи глав, выводе списка литературы с 333 наименованиям»: и восьми приложений. Обі объем диссертации составляет 308 страниц машинописного текс: включая Є2 рисунка и 36 таблиц.