Газодинамічний вплив на структуроутворення вуглецевої сталі, що твердіє в металевій формі

Анотація

Відомо, що наближення механічних властивостей виливків до рівня деформованого металу дозволить скорочувати їх масу на 10 – 30 % за рахунок зменшення товщини стінок при збереженні необхідної конструктивної міцності, а також переводити виготовлення деталей із поковок і прокату з низьким КВМ (0,3 – 0,5) на точні литі заготовки з КВМ 0,8 – 0,9.
На практиці, для одержання гарантованого ефекту ущільнення металу виливка під дією тиску, зниження ліквації і т.п., як правило, перевагу віддають способам лиття, заснованим на використанні його максимальних значень. При існуючих способах такого лиття більша частина навантажень, пов’язаних з використовуваним тиском, реалізується за рахунок міцності ливарної форми, або ємності, в якій вона знаходиться, що суттєво обмежує можливий діапазон тиску та масу виливків.
Також негативним чином впливає на якість виливків неможливість передачі тиску рідкій фазі всередині виливка із-за наявності міцного поверхневого шару затверділого металу наприкінці поршневого пресування, або твердіння в автоклаві при герметизації форми разом з виливком. Разом з тим, поняття оптимальної технології полягає у встановленні саме мінімально достатнього тиску для досягнення необхідної якості виливка. Тому застосування високих і надвисоких тисків у ливарних технологіях повинно бути обумовлене відповідною необхідністю, тим більше, що як показав досвід, далеко не завжди інтенсивне зростання тиску супроводжується відповідним зростанням якості виливків.
Технологія газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі дозволяє поліпшувати якість литого металу при використанні газового тиску в діапазоні, переважно, 0,3 – 20 МПа без застосування складного спеціального обладнання, і може бути вбудована в діючий технологічний процес. Проте, для визначення ефективності газодинамічного впливу на розплав, що твердіє, необхідне дослідження значної кількості фізико-технологічних параметрів литого металу, до числа найбільш значущих з яких можна віднести структуру та фазовий склад.
Проведені металографічні дослідження зразків литої сталі 30Л, що отримана за традиційною технологією лиття в кокіль та з використанням газодинамічного впливу з середньою швидкістю підвищення тиску аргону в системі виливок-пристрій для введення газу Vp = 0,04 МПа/с та з максимальним тиском P = 4 МПа.
Встановлено, що після газодинамічного впливу структура сталі стає більш рівноважною, відповідає 3-4 балам (зерна перліту середньої величини і сітка фериту), а метал вихідної плавки – 4-5 балам (средні та крупні зерна перліту і сітка фериту). Найменший бал зерна перліту (третій) спостерігається на зразках, вирізаних як з периферійної частини темплету, так і з середньої частини. Мікротвердість структурних складових зразків сталі 30Л майже не змінюється після газодинамічного впливу для феритної складової, та дещо збільшується для перлітної складової: за традиційною технологією – 1300-1800 МПа для перліту та 1400-1600 МПа для фериту; після газодинамічного впливу – 1500-2000 МПа для перліту та 1500-1800 МПа для фериту. При цьому, міжпластинчаста відстань цементиту та фериту зменшується. Межа міцності зразків сталі 30Л, отриманої за традиційною технологією, складає 550 – 680 МПа, а кристалізація із застосуванням газодинамічного впливу збільшує цей інтервал, до 700 – 750 МПа (на 12 – 15 %). Твердість металу досліджуваних зразків при використанні газодинамічного впливу на розплав підвищується з 205-215 НВ, до 217-247 НВ. Також збільшується відносне подовження литого металу на 20 – 30 %.