Исследование процессов формования полых заготовок из антифрикционных сплавов методами центробежного и непрерывного литья

О. Н. Хорошилов$^{1}$, В. В. Куриляк$^{2}$, О. С. Подоляк$^{1}$, Н. С. Антоненко$^{1}$

$^1$Украинская инженерно-педагогическая академия, ул. Университетская, 16, 61003 Харьков, Украина
$^2$ЧВУЗ «Украинский гуманитарный институт», ул. Институтская, 14, 08292 Буча, Киевская обл., Украина

Получена: 21.05.2019; окончательный вариант — 02.07.2019. Скачать: PDF logoPDF

Целенаправленностью работы является сравнительный анализ механизмов формования полых заготовок, влияющих на выход годного центробежного и непрерывного литья бронзы марок БрО8Н4Ц2 (Cu–8% Sn–4% Ni–2% Zn) и БрО5Ц5С5 (Cu–5% Sn–5% Zn–5% Pb). Обнаружено, что действие центробежных сил вызывает сегрегацию химических элементов сплавов в зависимости от их плотности, а легирующие элементы Sn и Pb сплава, имеющие повышенную плотность, активнее других элементов поддерживают этот процесс. Определены факторы, влияющие на интенсивность процесса сегрегации легирующих элементов, плотность которых в несколько раз превышает плотность остальных элементов сплава. Исследованы причины появления олова как элемента с максимальной плотностью в окружении соединений минимальной плотности. Установлено, что процесс сегрегации, возникающий при центробежном литье, снижает равномерное распределение легирующих элементов по объёму заготовки и значительно повышает припуски на механическую обработку. Показано, что в процессе непрерывного литья на расплав действует исключительно сила тяжести, которая за время формирования заготовки не вызывает расслоение более плотных легирующих элементов. Показано, что единственным фактором, определяющим величину припуска на механическую обработку для процесса непрерывного литья, является глубина деформационной лунки на наружной поверхности заготовки, которая необходима для зацепления и извлечения заготовки из кристаллизатора. Установлена глубина деформационной лунки, при которой касательное напряжение среза соответствует предельному напряжению на срез, для образцов из исследуемых марок бронзы. Построена и предложена трёхмерная модель для определения выхода годного непрерывного литья полых заготовок в зависимости от температуры поверхности заготовок, от усилий, действующих на заготовку со стороны валков тянущей клети. Для оценки влияния технологических параметров процессов на выход годного непрерывного и центробежного литья был использован метод паутинок, который позволил расширить представление о различных механизмах формования заготовок. Исследования показали, что в сравнении с известными показателями выхода годного непрерывного литья 95,06–96,04% для заготовок с наружными размерами 80–150 мм выход годного литья можно повысить до 97,29–97,72%. Сделан вывод о целесообразном изготовлении заготовок из антифрикционных сплавов методом непрерывного литья, поскольку это позволило для исследуемого типоразмера заготовок повысить выход годного литья на 22,35%–47,72%.

Ключевые слова: центробежное и непрерывное литье, литые заготовки, выход годного литья, поверхностная деформационная лунка.

Citation: O. M. Khoroshylov, V. V. Kurylyak, O. S. Podolyak, and N. S. Antonenko, Study of the Processes of Shaping the Hollow Billets from Antifriction Alloys by the Centrifugal and Continuous Casting Methods, Usp. Fiz. Met., 20, No. 3: 367–395 (2019); doi: 10.15407/ufm.20.03.367


Цитированная литература (31)  
    1. P. Puspitasari and J. W. Dika, Usp. Fiz. Met., 20, No. 3: 396 (2019). Crossref
    2. O. Yu. Levkina, Vestnik Ul’yanovskogo Gosudarstvennogo Universiteta, No. 2: 293 (2012) (in Russian).
    3. A. I. Semenchenko, V. M. Duka, I. V. Khvostenko, V. Yu. Sheigam, A. G. Vernydub, and L. K. Shenevidko, Protsessy Lit’ya, No. 2: 24 (2015) (in Russian).
    4. D. A. Volkov, Litiyo i Metallurgiya, No. 3: 182 (2009) (in Russian).
    5. N. Tamil, Int. J. Manufacturing & Industrial Engineering, No. 1: 17 (2014).
    6. Y. Jun, S. Takashi, and N. Takao, Nippon Steel Technical Report, No. 104: 13 (2013).
    7. X. Y. Wen, W. Wen, Y. B. Zhang, B. Xu, Q. Zeng, Y. S. Liu, L. R. Tong, T. G. Zhai, and Z. Li, Metall. and Mat. Trans. A, 47, No. 4: 1865 (2016). Crossref
    8. V. A. Tatarenko and T. M. Radchenko, Intermetallics, 11, Nos. 11–12: 1319 (2003). Crossref
    9. V. A. Tatarenko, S. M. Bokoch, V. M. Nadutov, T. M. Radchenko, and Y. B. Park, Defect and Diffusion Forum, 280–281: 29 (2008). Crossref
    10. T. M Radchenko and V. A. Tatarenko, Defect and Diffusion Forum, 273–276: 525 (2008). Crossref
    11. T. M. Radchenko, V. A. Tatarenko, and S. M. Bokoch, Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 28, No. 12: 1699 (2006).
    12. J. Yu, J. Jiang, Zh. Ren, W. Ren, and K. Deng, Materials & Design, 30, Iss. 10: 4565 (2009). Crossref
    13. R. Pezer, S. Kozuh, I. Anzel, and M. Gojic, Proc. 27th Int. Conf. on Metallurgy and Materials (May 23–25, 2018, Brno, Czech Republic), p. 1407.
    14. G. L. Xu, L. J. Peng, X, J. Mi, H. F. Xie, G. J. Huang, Z. Yang, X. Feng, X. Q. Yin, and D. M. Liu, Rare Metal Mater. Eng., 48, No. 4: 1310 (2019).
    15. Y. F. Cao, Z. Y. Li, X. Y. Zhang, Z. G. Wang, L. Qi, and H. J. Zhao, Mater. Res. Express, 6, No. 4: 046547 (2019). Crossref
    16. X. H. Liu, H. D. Fu, X. Q. He, X. T. Fu, Y. Q. Jiang, and J. X. Xie, Acta Metallurgica Sinica, 54, No. 3: 470 (2018). Crossref
    17. V. V. Kurylyak and G. I. Khimicheva, Usp. Fiz. Met., 17, No. 4: 375 (2016). Crossref
    18. V. V. Kurylyak and G. I. Khimicheva, Usp. Fiz. Met., 18, No. 2: 155 (2017). Crossref
    19. V. V. Kurylyak, G. I. Khimicheva, and О. N. Khoroshilov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 1: 71 (2019) (in Ukrainian). Crossref
    20. ‘Planetcalc’: https://planetcalc.ru/1421.
    21. O. N. Khoroshilov, Protsessy Lit’ya, No. 2: 41 (2002) (in Russian).
    22. ISO 8062-1:2007. Geometrical Product Specifications (GPS): Dimensional and Geometrical Tolerances for Moulded Parts, Part 1: Vocabulary.
    23. ISO 8062-3:2007. Geometrical Product Specifications (GPS): Dimensional and Geometrical Tolerances for Moulded Parts, Part 3: General Dimensional and Geometrical Tolerances and Machining Allowances for Castings. Technical Corrigendum 1.
    24. M. L. Shashank, M. S. Srinath, and H. J. Amarendra, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 330: 012087 (2018). Crossref
    25. J. K. Park, I. V. Samarasekera, B. G. Thomas, and U. S. Yoon, Metall. Mater. Trans. B, 33, Iss. 3: 425 (2002). Crossref
    26. J. K. Park, I. V. Samarasekera, B. G. Thomas, and U. S. Yoon, Metall. Mater. Trans. B, 33, Iss. 3: 437 (2002). Crossref
    27. O. N. Khoroshilov and A. A. Pavlova, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1, No. 3(67): 16 (2014) (in Russian). Crossref
    28. O. N. Khoroshilov and O. I. Ponomarenko, Novі Materіaly i Tekhnologіi v Metalurgіi ta Mashynobuduvannі, No. 2: 79 (2009) (in Russian).
    29. O. N. Khoroshilov, A. A. Mel’nichenko, and L. L. Segal, Zbіrnyk Naukovykh Ptats’ Ukrains’koi Inzhenerno-Pedagogіchnoi Akademіi, No. 19: 68 (2017) (in Russian).
    30. V. B. Molodkin, H. I. Nizkova, Ye. I. Bogdanov, S. I. Olikhovskii, S. V. Dmitriev, M. G. Tolmachev, V. V. Lizunov, Ya. V. Vasylyk, A. G. Karpov, and O. G. Voytok, Usp. Fiz. Met., 18, No. 2: 177 (2017) (in Ukrainian). Crossref
    31. V. V. Lizunov, I. M. Zabolotnyy, Ya. V. Vasylyk, I. E. Golentus, and M. V. Ushakov, Usp. Fiz. Met., 20, No. 1: 75 (2019). Crossref