Вплив вмісту вуглецю на тривалість кристалізації фронту ізоліквідус сплавів Fe-C у кокільних циліндричних формах
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
НМетАУ, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Встановити тривалість кристалізації фронту ізоліквідус сплавів Fe-C в діапазоні 0,04 ... 4,83 %С, що охолоджуються у кокільних циліндричних формах. Методика. Тривалість кристалізації фронту ізоліквідус встановлювали по дев’яти експериментальним вимірам твердіння циліндричних виливків зі сплавів Fe-C, що отримані Б.Б. Гуляєвим, О.Н. Магницьким, Л.М. Постновим. Оцифровку твердіння сплавів з вмістом вуглецю 0,04%, 0,1%, 0,4%, 0,93%, 1,42%; 2,44%, 3,28%, 4,45%, 4,83% виконували в програмі AutoCAD 2010 в координа- тах х/R і τ/R2, де х – товщина шару металу, що затвердів; R – радіус виливка; τ – час твердіння. Результати. В процесі оцифровки і інтерполяції експериментальних термографічних досліджень отримано 20 кривих твердіння фронту ізоліквідус з кроком по відносному розміру виливку 0,05 х/R і по вмісту вуглецю 0,05% в інтервалі хімічних складів 0,04 ... 4,83%С. Наведено приклади розрахунку тривалості твердіння виливків різних хімічних складів в сплавах Fe-C при охолодженні у кокілях циліндричної форми. Максимальна тривалість твердіння при 0,1%С обумовлено виділенням високою кількістю твердої фази ≈60 % поблизу температури лікві- дус, а при 0,30 - 0,45%С зменшення тривалості твердіння обумовлено зменшенням кількості твердої фази до ≈7 %. Ще менша тривалість твердіння при температурі ліквідус у чавунів: при 3,5%С виділяється лише 2 - 3% твердої фази. Експериментальні криві охолодження також фіксують у чавунів незначну температурну зупинку на кривій охолодження при температурі ліквідус і велику – при солідус. Тому виділення більшої частини прихованої теплоти кристалізації відбувається при температурі солідус і загальна тривалість твердіння 100% твердої фази у чавунів більша, а ливарні властивості доевтектичних і евтектичних чавунів значно вищі, ніж у сталі. Наукова новизна. Вперше теоретично визначено вплив хімічного складу сплавів Fe-C у діапазоні 0,04...4,83%С на кінетику просування фронту твердіння ліквідус за параметричним критерієм τ/R2 і від- носним розміром х/R від поверхні до центру циліндричних виливків, що охолоджуються у кокілі. Вперше встановлено вплив на тривалість твердіння кількості твердої фази при температурі ізоліквідус і нерівномірністі розподілу частки прихованої теплоти кристалізації при температурах ліквідус і солідус. Практична значущість. За наведеними прикладами розрахунку тривалості твердіння фронту ізоліквідус обґрунтовано кращі ливарні властивості сплавів, в яких при температурі ліквідус кількість виділення твердої фази мінімальна. За отриманим масивом даних можливо побудувати кінетику просування фронту ліквідус по товщині циліндричного виливку, а за гіпотезою приведеної товщини М.І. Хворінова встановити тривалість твердіння виливків у формі куля і плита.
ENG: Purpose is to set the crystallization rate to the front of the isoquidus Fe-C alloys in the range of 0.04...4.83%C, which cools down in cylindrical molds. Methodology. The duration of crystallization of the isoquidus front was established according to nine experimental measurements of the solidification of cylindrical casting in Fe-C alloys, which were taken by B.B. Gulyaev, O.N. Magnitsky, L.M. Postnov. Digitization of solidification of alloys with composes of carbon 0.04%, 0.1%, 0.4%, 0.93%, 1.42%; 2.44%; 3.28%; 4.45%, 4.83% was made in AutoCAD 2010 in coordinates of х/R and τ/R2, where x – thickness of solidificated layer of metal; R – is the radius of the casting; τ – is time. Results. In the process of digitization and interpolation of experimental thermographic data, 20 solidification curves were gotten for the front of insulation with a step according to the thickness of the casting 0.05 x/R and according to the amount of carbon 0.05% in the interval of chemical composes 0.04...4.83%C. Introduced calculation of duration of solidification of casting various chemical compounds in Fe-C alloys when cooled in chill-molds of cylindrical shape. The maximum solidification duration at 0.1%C is associated with a high solid phase density of ≈60% near the liquidus temperature, and at 0.30 - 0.45%C, a change in solidification duration is associated with a change in solid phase density up to ≈7%. There is even less solidificationat liquidus temperature in iron: only 2 - 3% of the solid phase at 3.5%C. Experimental cooling curves also fix in iron an insignificant temperature stop on the cooling curve at liquidus temperature and large - at solidus. Therefore, a greater part of the latent heat of crystallization shows up at temperatures of solidus. This leads to longer duration of 100% solid phase in iron more, and the casting properties of near eutectic and eutectic irons is significantly higher, rather than in steel. Originality. The input of the chemical composes of Fe-C alloys in the range of 0.04...4.83%C was theoretically assigned to the kinetics of pushing the front of the solidificationnear liquidus with the parametric criterion τ/R2 and the relative value x/R from the surface to the center of the cylindrical castings, cooling at the chill-mold, for the first time. Influence of the amount of solid phase at the temperature of isoliquidus and uneven distribution of the latent heat of crystallization at liquidus and solidus temperatures was established. Practical value. Based on the given examples of calculation of the duration of the solidification of the isoliquidus front, the best casting properties have alloys in which the amount of solid phase separation is minimal at the liquidus temperature. Based on the obtained array of data, it is possible to construct the kinetics of the advancement of the liquidus front along the thickness of the cylindrical cast-ing, and based on the reduced thickness hypothesis, M.I. Hvorinov set the duration of solidification of castings in the form of a ball and a plate.
ENG: Purpose is to set the crystallization rate to the front of the isoquidus Fe-C alloys in the range of 0.04...4.83%C, which cools down in cylindrical molds. Methodology. The duration of crystallization of the isoquidus front was established according to nine experimental measurements of the solidification of cylindrical casting in Fe-C alloys, which were taken by B.B. Gulyaev, O.N. Magnitsky, L.M. Postnov. Digitization of solidification of alloys with composes of carbon 0.04%, 0.1%, 0.4%, 0.93%, 1.42%; 2.44%; 3.28%; 4.45%, 4.83% was made in AutoCAD 2010 in coordinates of х/R and τ/R2, where x – thickness of solidificated layer of metal; R – is the radius of the casting; τ – is time. Results. In the process of digitization and interpolation of experimental thermographic data, 20 solidification curves were gotten for the front of insulation with a step according to the thickness of the casting 0.05 x/R and according to the amount of carbon 0.05% in the interval of chemical composes 0.04...4.83%C. Introduced calculation of duration of solidification of casting various chemical compounds in Fe-C alloys when cooled in chill-molds of cylindrical shape. The maximum solidification duration at 0.1%C is associated with a high solid phase density of ≈60% near the liquidus temperature, and at 0.30 - 0.45%C, a change in solidification duration is associated with a change in solid phase density up to ≈7%. There is even less solidificationat liquidus temperature in iron: only 2 - 3% of the solid phase at 3.5%C. Experimental cooling curves also fix in iron an insignificant temperature stop on the cooling curve at liquidus temperature and large - at solidus. Therefore, a greater part of the latent heat of crystallization shows up at temperatures of solidus. This leads to longer duration of 100% solid phase in iron more, and the casting properties of near eutectic and eutectic irons is significantly higher, rather than in steel. Originality. The input of the chemical composes of Fe-C alloys in the range of 0.04...4.83%C was theoretically assigned to the kinetics of pushing the front of the solidificationnear liquidus with the parametric criterion τ/R2 and the relative value x/R from the surface to the center of the cylindrical castings, cooling at the chill-mold, for the first time. Influence of the amount of solid phase at the temperature of isoliquidus and uneven distribution of the latent heat of crystallization at liquidus and solidus temperatures was established. Practical value. Based on the given examples of calculation of the duration of the solidification of the isoliquidus front, the best casting properties have alloys in which the amount of solid phase separation is minimal at the liquidus temperature. Based on the obtained array of data, it is possible to construct the kinetics of the advancement of the liquidus front along the thickness of the cylindrical cast-ing, and based on the reduced thickness hypothesis, M.I. Hvorinov set the duration of solidification of castings in the form of a ball and a plate.
Description
В. Хричиков: ORCID 0000-0002-8557-098X; О. Меняйло: ORCID 0000-0002-6874-7202
Keywords
твердіння, ліквідус, виливки, Fe-C, тверда фаза, solidification, liquidus, castings, solid phase, КЛВ
Citation
Семенов О. Д., Хричиков В. Є., Меняйло О. В., Афтандилянц Є. Г., Гнилоскуренко С. В. Вплив вмісту вуглецю на тривалість кристалізації фронту ізоліквідус сплавів Fe-C у кокільних циліндричних формах. Теорія і практика металургії. 2022. № 3 (134). С. 57–62.