Исследование причин возникновения обратного отбела в отливках из чугуна с целью улучшения их качества

• Автор: Матвеев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ФОРМИРОВАНИЕ ОБРАТНОГО ОТБЕЛА В ОТЛИВКАХ ИЗ ЧУГУНА

1.1. Теоретические основы процесса кристаллизации чугуна

1.1.1 Диаграмма состояния системы железоуглерод

1.1.2 Кристаллизация первичных фаз.

1.1.3 Кристаллизация эвтектики.

1.2. Соответствие химического состава чугуна и его структуры.

1.3. Влияние конфигурации отливки на скорость ее затвердевания.

1.4. Возможные причины формирования внутреннего отбела.

2. РАСЧЕТ СКОРОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ.

2.1. Изменение скорости затвердевания по сечению цилиндрической отливки в сравнении с плоской отливкой.
2.2. Влияние затвердевшего тонкого сечения отливки на более толстую часть в процессе ее затвердевания
2.3. Компьютерное моделирование процесса затвердевания отливок разного сечения в программе ЬУМРкт.
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
3.1. Материалы для исследований и способы их приготовления.
3.2. Подготовка образцов.
3.3. Микроскопические исследования.
3.4. Изучение механических свойств.
3.5. Определение химического состава.
4. ОБРАТНЫЙ ОТБЕЛ В ОТЛИВКАХ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ СЕЧЕНИЕМ.
5. ОБРАТНЫЙ ОТБЕЛ В ОТЛИВКАХ С ПЕРЕМЕННЫМ СЕЧЕНИЕМ.
6. ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ ОБРАТНОГО ОТБЕЛА
7. ПРЕДЛАГАЕМЫЕ МЕТОДЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
ОБРАТНОГО ОТБЕЛА
ЛИТЕРАТУРА


На рисунке 1 использованы следующие обозначения: Ж - жидкость; 6 -железр-5; А - аустенит; Ф - феррит; Ц - цементит; Г - графит; АВСС' - линия ликвидуса доэвтектических сплавов - начало выделения первичной фазы (аустенита) при кристаллизации; СЭ и СО1 - линии ликвидуса заэвтектических сплавов (начало выделения первичных фаз - графита или цементита - при кристаллизации); ЕСР и Е’СТ’ - линии солидуса или эвтектические линии (конец выделения первичных фаз и кристаллизация эвтектики); ЕБ и Е’в* - линии сольвуса и выделения графита и цементита из аустенита; РБК и Р^’К' - линии эвтектоидного превращения аустенита в феррит и графит или в перлит; Р() и Р'СУ - линии сольвуса и выделения графита и цементита из феррита. Ж В. А ^? Я 1/ ~ Х/Ч. К чугунам относятся Ре-С сплавы с эвтектическим превращением, располагающиеся, следовательно, правее точек Ей Е' диаграммы состояний. В зависимости от расположения по отношению к эвтектической точке (С и С) чугуны классифицируются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. С увеличением содержания углерода в доэвтектических чугунах интервал кристаллизации уменьшается, в заэвтектических же чугунах он, наоборот, увеличивается. Конец кристаллизации чугунов всегда характеризуется эвтектическим превращением, так что в общем случае структура его состоит из первичной фазы (аустенита, графита или цементита) и эвтектики, называемой ледебурит [1]. В зависимости от состава и характера кристаллизации чугуна первичными фазами его могут быть аустенит в случае доэвтектического состава и цементит или графит (пластинчатый или шаровидный) — в случае заэвтектического. Первичные фазы кристаллизуются непосредственно из пересыщенных жидких растворов, следовательно, в условиях сравнительно большой скорости конвективной диффузии и малого сопротивления среды, что создает благоприятные условия для их свободного развития [1]. На рисунке 2 представлены первичные фазы, образующиеся при кристаллизации чугунов. Первичный аустенит лучше всего выявляется в белом чугуне, где он ясно отделим от эвтектики и эвтектического аустенита (см. В процессе кристаллизации жидкий расплав на фронте кристаллизации обогащается углеродом, одновременно происходит диффузионный перенос углерода, как в жидкости, так и к направлении кристаллов аустенита. ННВеПШИ ,И1. Вследствие этого средняя концентрация углерода постепенно повышается в процессе кристаллизации. Однако в реальных условиях выравнивание состава происходит не до конца. Благодаря этому на фронте кристаллизации имеет место не только термическое, но и концентрационное переохлаждение и кристаллизация соответственно протекает при более низких температурах. По этой же причине в аустените развивается «прямая» внутрикристаллическая (дендритная) ликвация углерода и уменьшается несколько количество первичной фазы по сравнению с равновесной системой. Однако вследствие большой скорости диффузии углерода эти процессы ограничены. Аустенит кристаллизуется обычно в форме дендритов, характер которых сохраняется, несмотря на последующие процессы перекристаллизации. Каждый дендрит является монокристаллом, растет из своего центра, поэтому количество, а, следовательно, и размеры дендритов определяются числом зародышей, которое, в свою очередь, зависит от жидкого состояния металла и величины переохлаждения. Последняя при прочих равных условиях обусловливается скоростью охлаждения: чем больше скорость теплоотвода, тем больше объемная, а при данном числе зародышей и линейная скорость кристаллизации, и тем разветвленнее получаются дендриты. Если этим путем процесс кристаллизации не успевает следовать за скоростью теплоотвода, то температура понижается, переохлаждение увеличивается, и число зародышей возрастает, что ведет к размельчению дендритов. При этом далеко не все дендриты имеют одинаковые условия для роста. В наиболее благоприятных условиях в этом отношении находятся дендриты, главные оси которых располагаются вдоль теплового потока. Благодаря этому происходит частичное выклинивание одних дендритов другими, в особенности в наружных зонах отливок. В центральных частях отливок дендриты имеют более равномерную ориентацию.