Остання редакція: 2016-08-16
Тези доповіді
Меняйло Е. В.
(НМетАУ, г. Днепропетровск)
Инженерная методика расчета продолжительности затвердевания двухфазной зоны в отливках из Fe-C сплавов
Согласно существующим положениям в теории литейных процессов формирование усадочных раковин и пористости, а также ликвация (сегрегация) химических элементов происходят при кристаллизации сплавов в интервале температур ликвидус-солидус. С увеличением интервала температур кристаллизации tL-tS увеличивается ликвация химических элементов и усадочная пористость в отливке. Значения температур кристаллизации можно рассчитать по диаграмме Fe-C, однако ранее не было установлено продолжительность нахождения сплава в жидко-твердой и твердо-жидкой зонах отливки, в которых происходит формирование этих дефектов.
Для расчета процесса затвердевания отливок применили инженерную методику Б.Б. Гуляева, основанную на использовании критерия Фурье, в котором аτ/R2 заменено симплексом τ/R2. Б.Б. Гуляев, а затем и Н.И. Хворинов, показали, что величина температуропроводности (а) для одинаковых литейных материалов может быть введена в масштабе соответствующих диаграмм, в которых на оси ординат отложен относительный размер х/R.
При использовании безразмерных координат можно сравнивать результаты опытов, проведенных на отливках различных размеров при условии постоянства материалов отливки, формы и геометрического подобия отливок. Поэтому в соответствии с экспериментальными термографическими исследованиями, нами выведены формулы для определения продолжительность нахождения сплава в двухфазном состоянии по значениям времени проникновения границ затвердевания ликвидус (τL), солидус (τS) и выливания (τВ) до оси цилиндрической отливки, охлаждающейся в металлической форме. Например, для Fe-C сплава с содержанием 3,28% углерода время проникновения границ ликвидус τL(3,28С) , выливания τВ(3,28С) и солидус τS(3,28С) до оси отливки составляет соответственно:
τL(3,28С) = 3,17∙10-2∙R2,
τВ(3,28С) = 7,64∙10-2∙R2
τS(3,28С) = 17,35∙10-2∙R2
где R - радиус отливки, см; τ - время, мин.
Тогда продолжительность τLS нахождения отливки в интервале температур кристаллизации tL-tS равна:
τLS(3,28С) = τS(3,28С) - τL(3,28С) = 17,35∙10-2∙R2 - 3,17∙10-2∙R2 = 14,18∙10-2∙R2
Продолжительности затвердевания жидко-твердой τLВ и твердо-жидкой τВS зон в отливке рассчитали по:
τLВ(3,28С) = τВ(3,28С) - τL(3,28С) = 7,64∙10-2∙R2 - 3,17∙10-2∙R2 = 4,47∙10-2∙R2
τВS(3,28С) = τS(3,28С) - τВ(3,28С) = 17,35∙10-2∙R2 - 7,64∙10-2∙R2 = 9,71∙10-2∙R2
По аналогичной методике выполнены расчеты продолжительности затвердевания (τ) в кокиле цилиндрических отливок радиусом R (см) в жидко-твердой (τLВ , мин), твёрдо-жидкой (τВS , мин) зонах и в интервале температур ликвидус-солидус (τLS , мин) для сплавов Fe-C с содержанием углерода 0,04%, 0,1%, 0,4%, 0,93%, 1,42%, 2,44%, 3,28%, 4,45%, 4,83%.
Полученные результаты совмещены с диаграммой Fe-C, что позволяет рассчитывать не только продолжительность проникновения границ ликвидус, выливания и солидус до оси цилиндрической отливки, охлаждающейся в кокиле, но и установить продолжительность нахождения в жидко-твердой и твёрдо-жидкой зонах всех сплавов в интервале 0,04...4,83% С.