Разработка технологии изготовления чугунных отливок стеклоформ с повышенным эксплуатационным ресурсом

• Автор: Чистяков, Дмитрий Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 245 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Стекломасса как агрессивный реагент

1.2 Особенности эксплуатации деталей стеклоформ

1.3 Материалы деталей стеклоформ

1.4 Технологии изготовления деталей стеклоформ

1.5 Изготовление отливок - основа формирования свойств деталей..

Выводы по главе

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА МАТЕРИАЛА ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЕЙ СТЕКЛОФОРМ

2.1 Методики исследований чугунов
2.2 Исследование литой структуры чугунных отливок стеклоформ
2.3 Исследование структуры чугуна после термической обработки литых заготовок
2.4 Исследование структурных аберраций при упрочнении деталей чугунных стеклоформ
2.5 Эксплуатационная трансформация структуры деталей чугунных стеклоформ
2.6 Пути повышения эксплуатационной стойкости материала деталей
стеклоформ
Выводы по главе
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА ОТЛИВОК СТЕКЛОФОРМ
3.1 Исследование влияния легирования на свойства и структуру чугуна
3.2 Исследование влияния модифицирования расплава на морфологию графита в чугуне
3.3 Компьютерное моделирование процессов затвердевания отливок стеклоформ
3.4 Направленное структурообразование как метод регулирования свойств отливки,
3.5 Математическая обработка результатов исследований
Выводы по главе
Глава 4. ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ СТРУКТУРЫ ЛИТЬЯ
4.1 Изготовление отливок стеклоформ и их термическая обработка
4.2 Оценка теплофизических свойств деталей стеклоформ с дифференцированной структурой
4.3 Контроль электрического сопротивления в деталях стеклоформ как
метод прогнозирования их эксплуатационной стойкости
Выводы по главе
Глава 5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Организационно-технические мероприятия
5.2 Экономическая эффективность внедрения технологии
5.3 Перспективы применения разработанной технологии
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Высокий рост потребительской активности населения сформировал массовый спрос на стеклянные изделия различного назначения. Основными потребителями стеклянных изделий являются химическая, пищевая, фармацевтическая и косметическая промышленности. Немалый интерес описанные выше индустрии проявляют к транспортировочной таре и упаковочным изделиям, изготовленным из стекла (флаконы, пузырьки, банки, бутылки, графины, колбы и т.д.). Популярность полых стеклянных изделий в повседневной жизни и промышленности связана с относительно невысокой их стоимостью, повышенной прочностью, а для производителей стеклянных изделий - со способностью получения практически любой конфигурации, возможностью повторного применения, то есть рециклингом сырья.
Для изготовления полых стеклянных изделий применяют металлические литые формовые комплекты. Формовой комплект представляет собой совокупность формообразующих элементов: поддон, стеклоформы (пресс-формы) и горловые кольца, как правило, имеющие особый класс точности и высокие показатели надежности эксплуатации. Однако при изготовлении фасонных стеклянных изделий крупными партиями (миллионы штук) стеклотарные заводы-производители сталкиваются с проблемой, связанной с постоянным выходом из строя ответственных узлов формовых комплектов. Наибольшей дефектности в процессе эксплуатации стеклоформующей оснастки подвержены детали стеклоформ (пресс-формы), работающие в условиях циклических знакопеременных термомеханических нагрузок и изготавливаемые в большинстве случаев из чугуна. Применение чугуна в качестве материала для деталей стеклоформ обусловлено его эксплуатационными характеристиками: высокой прочностью, повышенной циклической вязкостью, возможностью регулирования теплофизическими и механическими свойствами за счет стабилизации химического состава и поведения структурных компонентов материала в процессе эксплуатации металлических изделий. Среди положительных сторон чугуна особое место занимают его литейные свойства: низкие линейная и объемная усадки при затвердевании отливок, а также высокая жидкотекучесть, то есть способность длительное время находиться в жидком состоянии.
Главная проблема изготовления литых заготовок стеклоформ заключается в получении материала, отвечающего задачам функционирования готовых деталей, а именно в

пользоваться для эксплуатации на тепловых агрегатах (таблица 1.6). С целью повышения термостойкости такие чугуны легируют элементами, упрочняющими твердый раствор, увеличивающими твердость и работоспособность готовой детали при высоких температурах. В качестве таких элементов используют ниобий, вольфрам, церий, теллур, свинец [104-109]. И температурный диапазон термоциклической эксплуатации таких чугунов достигает 630...750° С [106].
Помимо легирования чугуна различными элементами-присадками, повысить комплекс его свойств становится возможным и за счет формирования заданных показателей металлической основы и размеров, расположения и форм высокоуглеродистой фазы [110].
Таблица 1.5 - Химические составы ЧВГ и ЧШГ
Химический состав чугуна, %
н 93 ЧВГ ЧШГ
5 а ОАО "Неман" "Стекольный завод "Стекольный завод "Запорожский
Ч Г) (Беларусь) Минстройматериалов" Минстройматериалов" стекольный завод"
[102] [95] [95] (Украина) [103]
С 3,5...3,81 3,1...3,5 3,1...3,5 3,0...3,
Бі 2,75...2,81 2,8...3,2 2,8...3,2 4,0...5,
А1 - 0,3...0,5 - -
Сг 0,09...0,13 - 0,4... 0,6 менее 0,
Мп 0,4... 0,53 0,3...0,6 0,3... 0,6 менее 0,
Р 0,07...0,11 менее 0,1 менее 0,05 менее 0,
Б 0,018...0,021 менее 0,02 менее 0,05 менее 0,
0,016...0,021 0,01...0,03 0,03...0,05 0,04...0,
Проблема выбора перлитного или ферритного чугуна для деталей термоциклиро-вания уже на протяжении многих десятилетий остается не решенной. Из литературных источников [110, 111] становится очевидным, что дилемма выбора той или иной металлической основы состоит в определении требований к деталям, эксплуатирующимся при термоциклических нагрузках. При "жестких" условиях эксплуатации, когда помимо знакопеременных тепловых нагрузок локальные узлы деталей испытывают механические нагрузки сжатия, то есть работают в условиях неоднородного термонапряженного со-