Во многих отраслях промышленности вместо базовых ответственных монометаллических деталей,от качества которых во многом зависит надежность и долговечность работы оборудования, механизмов и машин, к отдельным частям которых зачастую предъявляются разные, часто противоречивые требования, технически и экономически целесообразно использовать биметаллические имногослойные отливки с дифференцированными свойствами. Производство литых деталей (отливок) с дифференцированной структурой и свойствами сопряжено со сложными проблемами, как организационного характера, так и в плане обеспечения требуемого уровня качества металла. В организационном плане для получения слоев с дифференцированной структурой и свойствами металла чаще всего требуется два и более разнородных расплава, что вызывает необходимость синхронной их подготовки и требует установки двух и более плавильных агрегатов или другого дополнительного оборудования и сложных устройств. В техническом плане сложности связаны с тем, что для получения дифференцированной структуры и требуемых свойств металла в слоях необходимо кроме обеспечения заданного химического состава расплава, создать необходимые оптимальные режимы его затвердевания,обеспечив при этом условия для не смешивания расплавов в слоях и надежного бездефектного сплавления разнородных слоев.

Технологияпроизводства отливок с дифференцированными структурой и свойствами может быть существенно упрощена при получении ихиз одного базового расплава. Однако это, в свою очередь вызывает необходимость разработки новых способови технологических схем их производства.Кроме того для получения качественных отливок по разработанным новым технологиям требуется оптимизация технологических режимов литья и строгого их соблюдения в процессе их реализации.

В работе предложены и исследованы новые технологии изготовления двухслойных и многослойных чугунных отливок из одного исходного базового  расплава. Используя при литье в качестве исходного (базового) расплавычугунов разных типов (серый, склонный к кристаллизации с выделением графита или белый, склонный к кристаллизации с отбелом), дифференциация структуры и свойств металла в различных частях или зонах отливок в предложенных способах обеспечивается за счет дифференцированной модифицирующей обработкиразличных частей (потоков) расплава в литейной форме разными по функциональному назначению и воздействию на расплавтвердыми дисперсными добавками.В процессе исследований особое внимание уделено технологиям, которые позволяют получить в отливке сочетание рабочего слоя (рабочей части) из твердого износостойкогобелогочугуна и монтажной (крепежной) части (зоны) из вязкого ударостойкого высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Для примера некоторые из технологических схем таких процессов получения двухслойных отливок из базового белого чугуна (БЧ) представленына рис.1,а-в, а при получении из базового серого чугуна – на рис.1, г-е.

В качестве объектов исследования выбраны экспериментальные отливки типа горизонтальная плита размером 220×220×25 мм (рис. 1, а, г), которая моделирует промышленные детали типа зуб ковша экскаватора, детали для обработки почвы, рабочие детали дробилок, смесителей, горно-добывающегооборудования; вертикальна плита размером 240×240×30 мм (рис. 1, б, д), моделирующая детали типа ножей для резки и обработки материалов; а также цилиндра диаметром 150 мм, высотой 100 мм (рис.1, в, е), моделирующего промышленные детали типа вальцов, втулок, гильз, валков прокатных станов и др.

а                  б                           в

г                            д                    е

БЧ – чугунсклонный к кристаллизации с отбелом, СЧ – чугун, склонный к кристаллизации с выделениемграфита, ВЧ – высокопрочныйчугун,СМ – сфероидизирующиймодификатор;КМ – карбидостабилизирующиймодификатор

Рис. 1 – Схемытехнологийизготовления двухслойных отливок из базового расплава методом внутриформенного модифицирования

Многочисленными исследованиями с использованием методов физического и компьютерного моделирования, а также экспериментальными исследованиями на отливках трех типов (горизонтальная и вертикальная плиты и цилиндр)подтверждена возможность реализации предложенных технологий, отработаны режимы литья,обеспечивающие стабильноеполучения двухслойных чугунных отливок с рабочей твердой износостойкой частью (поверхностью) из белого чугуна и ударостойкой частью (зоной)из высокопрочного чугуна.Результаты исследований позволили разработать рекомендации по производству промышленных двухслойных и многослойных отливок массой до 50 кг и толщиной стенок до 100 мм и прошли испытания на предприятиях Украины при изготовлении отливок «Бронефутеровочная плита», «Насадка молотковой дробилки», «Нож», «Крыльчатка», некоторые другие.