Автоматизированное решение по формированию поверхностной зоны отливок в формах с функциональным покрытием разных фракций

Язык труда и переводы:
УДК:
621.74.01
Дата публикации:
27 мая 2022, 13:30
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Смыков Андрей Федорович
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Кузовов Сергей Сергеевич
Брянский государственный технический университет
Аннотация:
Представлена расчетная методика для автоматизированного прогнозирования структуры затвердевающего сплава на проблемных участках фасонных стальных литых заготовок, разработанная на основе синтеза решений тепловых и кристаллизационных задач литья, учитывающих начальное распределение температуры расплава после заполнения его формы, рельефность покрытия, его смачиваемость, теплообмен последнего с формой, а также условий зарождения и роста кристаллов. Рассматриваются вопросы влияния микрорельефа поверхности литейной формы на формирование дендритной структуры в поверхностной зоне фасонных отливок.
Ключевые слова:
функциональное покрытие, расчетная методика, эффективный коэффициент аккумуляции тепла, затвердевание, отливка, структура
Основной текст труда

Разработка новых технологических решений с целью устранения условий способствующих развитию различных дефектов в литых заготовках является актуальной задачей. В частности, при производстве крупногабаритных стальных отливок с протяженными стенками в песчано-глинистые формы остается проблемой появление горячих трещин, в том числе на криволинейных участках литых заготовок с малой относительной толщиной. В этой с вязи, наряду с традиционными решениями интерес представляют предложения, связанные с применением специальных покрытий определенных фракций в проблемной зоне на поверхности формы. Так, для стальных отливок — это покрытие на основе хромитового песка толщиной 4–5 мм с со степенью рельефности Kф = 1,2 и 1,4 [1]. Такое покрытие, как показали исследования, создает дополнительные препятствия образованию горячих трещин (ГТ) за счет формирования на начальном этапе кристаллизации сплава каркаса повышенной прочности, состоящего из наклонно растущих дендритных кристаллов в поверхностной зоне отливки (рисунок 1), которые вследствие своего направления роста образуют между собой большее количество точек контакта. 

Рисунок 1. Микроструктура в поверхностной зоне стальной отливки на участке функционального покрытия с Kф = 1,4

Тепловая составляющая процесса, влияющая на формирование кристаллического строения в прилегающем к форме слое отливки, решена на основе метода поузлового расчета продолжительности затвердевания отливки с использованием эффективного коэффициента аккумуляции тепла формы bэф [2], учитывающего двухслойность и рельефность формы, а также определения скорости линейной кристаллизации сплава [3] в этих условиях.

В результате последовательность для автоматизированного решения задачи по формированию поверхностной зоны отливок в формах, имеющих участки с покрытием определенного микрорельефа, может быть представлена следующей модульной блок-схемой на рисунке 2.

Рисунок 2. Блок-схема расчета скорости линейной кристаллизации отливки

В соответствие с блок-схемой на рисунке 2, после ввода исходных данных (ВИД) в зависимости от номера исследуемого участка с функциональном покрытием, в первом программном модуле рассчитывается начальная температура формы после заполнения ее расплавом Tk. Затем во втором модуле определяется время затвердевания объема расплава на этом же участке и, наконец, в последнем модуле для этих же условий рассчитывается скорость линейной кристаллизации сплава.

По разработанной программе были выполнены расчеты и построены кривые линейной скорости кристаллизации стали 20ГЛ для разных значений Кф функционального покрытия формы в зависимости от расстояния до границы раздела «металл–поверхность литейной формы» (рисунок 3).

Рисунок 3. Изменение скорости линейной кристаллизации расплава стали 20ГЛ на разных расстояниях от поверхности формы 

Из работ [3, 4] следует, что увеличение линейной скорости кристаллизации приводит к увеличению объемной скорости кристаллизации, что в свою очередь, подтверждается результатами микроструктурного анализа поверхностной зоны отливки для Кф=1,4 (см. рисунок 1).

Разработанная расчетная методика рекомендуется для анализа «работы» аналогичных функциональных покрытий с целью их применения в устранении поверхностных горячих трещин.

Литература
  1. Кузовов С.С., Макаренко К.В. Повышение трещиноустойчивости стальных отливок путем нанесения функционального покрытия на рабочую полость литейной формы. Литейное производство, 2017, № 4, с. 13–17.
  2. Неуструев А.А., Моисеев В.С., Смыков А.Ф. Разработка САПР технологических процессов литья. Москва, Экомет, 2005, 216 с.
  3. Хворинов Н.И. Кристаллизация и неоднородность стали. Москва, Машгиз, 1958, 392 с.
  4. Флемингс М.С. Процессы затвердевания. Москва, Мир, 1977, 423 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.