В роботі запропоновано та досліджено спосіб отримання литих деталей (виливків) з робочою зносостійкою частиною (шаром) з модифікованого білого чавуну та монтажною частиною (шаром) з високоміцного чавуну.

Спосіб передбачає отримання виливків шляхом виплавляння базового вихідного чавуну заданого хімічного складу – (схильного до кристалізації з графітизацією СЧ або схильного до кристалізації з вибіленням БЧ) з наступним заливанням його в ливарну форму, де він проходить сфероїдизувальне модифікування (СМ) у реакційній камері ливникової системи, після чого прямує у порожнину ливарної форми з попередньо встановленим в неї холодильником з метою забезпечення прискореного тепловідведення від частини виливка для формування зносостійкої твердої поверхні з вибіленого чавуну (БЧ). Інша частина виливка кристалізується з в’язкого ударостійкого високоміцного чавуну з кулястим графітом (ВЧ) (рис. 1).

Рис. 1 – Схема технологічного варіанту отримання литих деталей з твердою зносостійкою та в’язкою ударостійкою частинами

З метою підтвердження можливості реалізації запропонованого способу та встановлення основних закономірностей процесу формування двошарових виливків з робочою зносостійкою та монтажною в’язкою частинами (шарами) в роботі проведені дослідження за допомогою системи 3D комп’ютерного моделювання ливарних процесів.

В комп’ютерних експериментах в якості об’єктів дослідження було обрано виливки типу горизонтальної плити розміром 240×120 мм з товщиною стінок, яка варіювалась від 10 до 50 мм з кроком 10 мм. Зовнішнім холодильником слугувала плоска плита із сірого чавуну розміром 240×120 мм. Товщина холодильника змінювалась в різних модельних експериментах від 10 до 50 мм з кроком 10 мм.

В якості вихідного розплаву обрано чавун, хімічний склад якого відповідає  високоміцному чавуну марки ВЧ450-10, який в експериментах заливали в ливарну форму при температурах 1350, 1400, 1450 та 1500°С.

В ході проведення модельних досліджень закономірності процесів кристалізації і охолодження модельних виливків оцінювали за кривими охолодження (рис. 2, а), які були записані за допомогою термопар, розташованих по вісі симетрії виливків на різних відстанях від холодильника з кроком по висоті 1 мм (рис. 2, б). В подальшому за отриманими кривими охолодження визначали швидкості охолодження і кристалізації у різних точках, за якими прогнозували формування структури та властивостей двошарових виливків.

1 – термопара; 2 – виливок;

3 – зовнішній холодильник

а

б

Рис. 2 – Приклад кривих охолодження (а) та схема розташування термопар в поперечному перерізі виливка (б)

На основі результатів модельних експериментів підтверджена можливість реалізація запропонованого способу та досліджено закономірності формування різних частин чавунних виливків з товщиною стінок до 50 мм та масою до 50 кг. Побудовані залежності впливу технологічних параметрів а саме: товщини зовнішнього холодильника, температури заливання вихідного чавуну, товщини виливка на швидкість охолодження і швидкість кристалізації в різних точках по висоті виливків. На основі отриманих залежностей спрогнозовані процеси структуроутворення різних частин (шарів) виливків і побудовані залежності можливої товщини вибіленого шару, а також шару з високоміцного чавуну з кулястим графітом у виливках різної товщини від змінних параметрів процесу. Результати досліджень з використанням комп’ютерного моделювання можуть бути використані при проектуванні технологій отримання промислових двошарових чавунних виливків, які працюють в умовах зношування.