Дослідження ринку матеріалів формокомплекту склотарної промисловості виокремлює такі найуживаніші матеріали як бронзи, нержавіючі сталі, нікелеві сплави і навіть композити, але найбільшої популярності набули ливарні чавуни, оскільки вироби з них є економічними, доступнішими та простішими у виробництві [1, 2]. Також, враховуючи термічні навантаження у процесі експлуатації, чавун як матеріал є стійким до виникнення дефектів [3, 4]. У свою чергу, дослідження літературних джерел [3, 5] вказує, що одним з ефективних методів підвищення терміну експлуатації чавунних деталей формокомплекту є створення певної структуризації литої заготовки, а саме забезпечення градієнтної структури за перерізом виливка.

Для створення структуризації за перерізом виливка досліджено два технологічні прийоми із використанням жаростійкого кремнистого чавуну [6]. У першому технологічному прийомі застосовано внутрішньоформове поверхневе модифікування з використанням інокулятора SB5, подрібненого до фракцій 0315, 04 та 063. У другому, окрім поверхневого модифікування інокулятором SB5 фракції 0315, використано чавунні холодильники різної товщини – 10 мм, 20 мм та 30 мм для підсилення ефекту структуризації.

Встановлено (табл. 1), що розподіл графіту у зразках, виготовлених за першим технологічним варіантом із застосуванням інокуляторів не забезпечує спрямованої градієнтної структури. Зменшені розміри та кількість графітових вкраплень на периферії виливка з обох сторін, порівняно із його центральною частиною (рис. 1, а) погіршують відведення тепла, що призводить до перегрівання та передчасного виходу деталей формокомплекту з ладу.

Результати дослідження технологічного варіанту оброблення розплаву чавуну із додатковим застосуванням холодильника показують, що розміри графітових вкраплень зростають по мірі віддалення від поверхні виливка (рис. 1, б), тобто забезпечується ефект утворення направленої структуризації за перерізом виливка. Найбільш виражений ефект спостерігається у випадку застосування холодильника товщиною 30 мм.

Відповідно, отриманий характер зміни розмірів та кількості графітових вкраплень від поверхні виливка, на якій проведено поверхневе оброблення, до протилежної, вказує на сформовану градієнтну структуру, що дозволить забезпечити надійні теплофізичні характеристики за перерізом деталей, які працюють в умовах циклічних температурних навантажень.

Таблиця 1 – Класифікація графітових вкраплень у виготовлених за обома технологічними варіантами зразках згідно з ДСТУ EN ISO 945-1:2022. Мікро-структура чавунів. Частина 1. Класифікація графіту візуальним аналізуванням

Література:

[1] Ю. А. Гулоян, Технология стеклотары и сортовой посуды. Учебник для техникумов. – М.: Легпромбытиздат, 1986. – 264 с.

[2] «fimaolimpia.it,» Fima Olimpia Fonderie Spa.Glass sector.Cast iron, [Онлайновий]. Available: http://www.fimaolimpia.it/en/area-vetro_ghise.php. [Дата звернення: 2024].

[3] М. В. Александров, Д. Г. Чистяков. Формирование градиентной структуры в деталях стеклоформ из чугунов с различной морфологией графита // Металлургия и материаловедение, № 3 (100). – с. 219-229, 2013.

[4] И. О. Леушин , Д. Г. Чистяков та В. А. Володин. Влияние структуры чугуна на оброзование эксплуатационных дефектов склоформирующей оснастки // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн., т. 15, № № 11, с. 111–123, 2015.

[5] L. Hollands, The Glass to Metal Interface during Container Forming Processes, The University of Sheffield, March 1998.

[6] А. І. Устименко, І. В. Лук’яненко, М. М. Ямшинський, І. М. Гурія, Б. В. Кивгило Нові жаростійкі сплави для виготовлення склоформ // Процеси лиття, т. 1, № 151. – С. 43–53, 2023.