Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок
Затвердевание осевой зоны отливок шаровой, цилиндрической и плоской форм из алюминия, его сплавов с кремнием, железа и его сплавов с углеродом происходит со скоростью, соизмеримой со скоростью затвердевания металла у поверхности формы. Ликвация химических элементов не может быть причиной этого проце...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Процессы литья |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2012
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131095 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок / Е.В. Меняйло // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 14-21. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-131095 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Меняйло, Е.В. 2018-03-13T15:42:22Z 2018-03-13T15:42:22Z 2012 Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок / Е.В. Меняйло // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 14-21. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131095 621.771.07 Затвердевание осевой зоны отливок шаровой, цилиндрической и плоской форм из алюминия, его сплавов с кремнием, железа и его сплавов с углеродом происходит со скоростью, соизмеримой со скоростью затвердевания металла у поверхности формы. Ликвация химических элементов не может быть причиной этого процесса. Предложена физическая модель процесса ускоренного затвердевания центральных зон отливок из различных сплавов, которая основывается на гипотезе об увеличении количества растущих центров кристаллизации при сужении фронта затвердевания в осевой зоне шаровых, цилиндрических и плоских отливок. Твердіння осьової зони виливків кульової, циліндрової та плоскої форм з алюмінію, його сплавів з кремнієм, заліза і його сплавів з вуглецем відбувається із швидкістю, яка сумірна швидкісті твердіння металу у поверхні форми. Ліквація хімічних елементів не може бути причиною цього процесу. Запропонована фізична модель процесу прискореного твердіння центральних зон виливків з різних сплавів, яка ґрунтується на гіпотезі про збільшення кількості центрів кристалізації, що зростають, при звуженні фронту твердіння в осьовій зоні кульових, циліндрових та плоских виливків. The solidification velocity of the core zone of aluminium globular, cylindrical and flat ingots, aluminium alloys with silicon, iron and its alloys with hydrogen is commensurable with the solidification/velocity of metal at the mold surface. Aliquation of chemical elements can not be the reason of this process. A physical model of rapid solidification process of different alloys-made ingots’ core zone is proposed. The model is based on hypothesis about increase amount of growing crystal grains while the solidification front narrowing in the core zone of globular, cylindrical and flat ingots. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Затвердевание сплавов Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок |
| spellingShingle |
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок Меняйло, Е.В. Затвердевание сплавов |
| title_short |
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок |
| title_full |
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок |
| title_fullStr |
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок |
| title_full_unstemmed |
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок |
| title_sort |
теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок |
| author |
Меняйло, Е.В. |
| author_facet |
Меняйло, Е.В. |
| topic |
Затвердевание сплавов |
| topic_facet |
Затвердевание сплавов |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Процессы литья |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| description |
Затвердевание осевой зоны отливок шаровой, цилиндрической и плоской форм из алюминия, его сплавов с кремнием, железа и его сплавов с углеродом происходит со скоростью, соизмеримой со скоростью затвердевания металла у поверхности формы. Ликвация химических элементов не может быть причиной этого процесса. Предложена физическая модель процесса ускоренного затвердевания центральных зон отливок из различных сплавов, которая основывается на гипотезе об увеличении количества растущих центров кристаллизации при сужении фронта затвердевания в осевой зоне шаровых, цилиндрических и плоских отливок.
Твердіння осьової зони виливків кульової, циліндрової та плоскої форм з алюмінію, його сплавів з кремнієм, заліза і його сплавів з вуглецем відбувається із швидкістю, яка сумірна швидкісті твердіння металу у поверхні форми. Ліквація хімічних елементів не може бути причиною цього процесу. Запропонована фізична модель процесу прискореного твердіння центральних зон виливків з різних сплавів, яка ґрунтується на гіпотезі про збільшення кількості центрів кристалізації, що зростають, при звуженні фронту твердіння в осьовій зоні кульових, циліндрових та плоских виливків.
The solidification velocity of the core zone of aluminium globular, cylindrical and flat ingots, aluminium alloys with silicon, iron and its alloys with hydrogen is commensurable with the solidification/velocity of metal at the mold surface. Aliquation of chemical elements can not be the reason of this process. A physical model of rapid solidification process of different alloys-made ingots’ core zone is proposed. The model is based on hypothesis about increase amount of growing crystal grains while the solidification front narrowing in the core zone of globular, cylindrical and flat ingots.
|
| issn |
0235-5884 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131095 |
| citation_txt |
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок / Е.В. Меняйло // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 14-21. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT menâiloev teplofizičeskaâmodelʹuskorennogozatverdevaniâcentralʹnyhzonotlivok |
| first_indexed |
2025-11-25T22:46:38Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:46:38Z |
| _version_ |
1850570237997481984 |
| fulltext |
14 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СПЛАВОВ
УДК 621.771.07
Е. В. Меняйло
Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УСКОРЕННОГО
ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРАЛЬНЫХ ЗОН ОТЛИВОК
Затвердевание осевой зоны отливок шаровой, цилиндрической и плоской форм из алюминия,
его сплавов с кремнием, железа и его сплавов с углеродом происходит со скоростью, соиз-
меримой со скоростью затвердевания металла у поверхности формы. Ликвация химических
элементов не может быть причиной этого процесса. Предложена физическая модель про-
цесса ускоренного затвердевания центральных зон отливок из различных сплавов, которая
основывается на гипотезе об увеличении количества растущих центров кристаллизации при
сужении фронта затвердевания в осевой зоне шаровых, цилиндрических и плоских отливок.
Ключевые слова: прокатный валок, чугун, шаровидный графит, затвердевание, плотность,
твердость, цементит, усадочная пористость.
Твердіння осьової зони виливків кульової, циліндрової та плоскої форм з алюмінію, його
сплавів з кремнієм, заліза і його сплавів з вуглецем відбувається із швидкістю, яка сумірна
швидкісті твердіння металу у поверхні форми. Ліквація хімічних елементів не може бути
причиною цього процесу. Запропонована фізична модель процесу прискореного твердіння
центральних зон виливків з різних сплавів, яка ґрунтується на гіпотезі про збільшення кількості
центрів кристалізації, що зростають, при звуженні фронту твердіння в осьовій зоні кульових,
циліндрових та плоских виливків.
Ключові слова: прокатний валок, чавун, кулястий графіт, твердіння, щільність, твердість,
цементит, усадкова пористість.
The solidification velocity of the core zone of aluminium globular, cylindrical and flat ingots, aluminium
alloys with silicon, iron and its alloys with hydrogen is commensurable with the solidification
velocity of metal at the mold surface. Aliquation of chemical elements can not be the reason of
this process. A physical model of rapid solidification process of different alloys-made ingots’ core
zone is proposed. The model is based on hypothesis about increase amount of growing crystal
grains while the solidification front narrowing in the core zone of globular, cylindrical and flat ingots.
Keywords: forming roll, cast iron, spheroidal graphite, solidifiation, density, hardness, cementite,
shrinkage porosity.
Состояние вопроса и постановка проблемы. При производстве прокатных валков
для листовых станов не допускается наличие карбидной сетки в шейках и трефах.
Наличие карбидов в осевой зоне уменьшает прочность прокатных валков. Однако
известно образование внутреннего (или обратного) отбела в чугунных отливках.
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 15
Затвердевание сплавов
Согласно работе [1], внутренне отбеленной называется отливка, поверхностный
слой которой имеет структуру серого чугуна, а середина − структуру белого или
половинчатого чугуна. Явление это известно давно, но общепринятого объяснения
его до сих пор нет.
Проведенный анализ показал [1], что внутренний отбел можно получить в чугунах
различного химического состава. Поэтому причиной его образования, по-видимому,
«является увеличение переохлаждения (скорости охлаждения) последних участков
жидкости в сердцевине отливки» [1]. Отсутствует объяснение причины увеличения
скорости охлаждения в центре отливки.
Затвердевание отливок рассчитывают, как правило, по уравнению квадратного
корня:
τ=x k , где х – толщина затвердевшего слоя металла; τ – время; k – коэф-
фициент затвердевания. Величина k представляет собой корень сложного транс-
цендентного уравнения и зависит от множества факторов, характеризующих процесс
затвердевания: термофизических коэффициентов материала отливки и литейной
формы, температуры перегрева, затвердевания и др. Анализ этой формулы указы-
вает на первоначальное ускоренное и последующее замедленное затвердевание
отливки по параболической кривой. В реальных условиях также происходит ускорен-
ное затвердевание части отливки, которая соприкасается с литейной формой, а по
мере продвижения фронта затвердевания в глубь отливки скорость затвердевания
уменьшается [2-4]. Это обусловлено тем, что в процессе прогрева литейной формы
уменьшается количество тепла, которое может аккумулировать литейная форма.
Таким образом, согласно уравнению квадратного корня, скорость затвердевания
в осевой зоне отливки должна уменьшаться.
Однако, несмотря на постоянное уменьшение теплоотвода из отливки в форму,
в центральной (осевой) зоне плоской, цилиндрической и шаровой отливок фикси-
руется ускорение продвижения фронта затвердевания. Так, на рис. 1, приведены
результаты экспериментальных замеров [4] кинетики затвердевания алюминия и
сплава алюминия с 7,5 % Si в кокиле радиусом 100 мм.
Закону квадратного корня полностью подчиняется только затвердевание
плиты из чистого алюминия (1 на рис. 1, III). При затвердевании цилиндра и
шара из алюминия в металлической форме наблюдается ускорение затвердевания
в осевой зоне. Соотношение продолжительностей затвердевания плиты, цилиндра
и шара при равных радиусах (толщинах) для алюминиевых отливок составляет
1:0,26:0,19 [4]. Это довольно ощутимо расходится с соотношением, вытекающим
из гипотезы приведенных толщин − 1:0,25:0,11 [3].
При затвердевании отливок из сплава алюминия с 7,5% Si область затвер-
девания имеет три границы: начало выделения первичных кристаллов, конец
выделения первичных кристаллов и эвтектическое превращение - солидус. Пере-
мещение всех этих трех границ в отливках приближается к параболическому
закону в самой начальной стадии затвердевания и резко ускоряется в осевых
частях. Причем, ускорение наблюдается не только в сферических и цилиндрических
отливках, но и в плоских [4]. Соотношение продолжительности затвердевания пли-
ты, цилиндра и шара для границы ликвидуса составляет 1:0,78:0,65, для границы
солидуса − 1:0,36:0,14. Следовательно, для этих сплавов применение расчета по
приведенным толщинам неприемлемо.
Одним из факторов ускоренного затвердевания центральной (осевой) зоны
отливок, возможно, является ликвация химических элементов в эту зону. Однако
если легкоплавкие элементы вытесняются фронтом затвердевания в центральную
часть отливки, то температура солидуса должна уменьшиться, а продолжительность
затвердевания увеличиться. Но это не соответствует результатам экспериментов.
Цель работы − провести анализ и установить причины ускоренного затвердевания
центральной (осевой) зоны отливок.
16 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Затвердевание сплавов
Изложение основного материала исследований.
Ускоренное затвердевание осевой зоны, например, отливок из чугуна приводит
к повышению количества цементи-
та и твердости, что неприемлемо
для прокатных валков [5]. Так, при
охлаждении в кокиле диаметром
431 мм на макроструктуре бочки
прокатного валка из отбеленного
чугуна видно появление отбела
также и в осевой зоне (рис. 2).
Объяснить внутренний отбел
ликвацией карбидообразующих
химических элементов (Mn, Cr, Mo,
V и другие) невозможно, так как в
работе [7] показано, что при за-
твердевании чугунных прокатных
валков в кокильной части формы
ликвация практически отсутствует.
Это обусловлено тем, что скорость
продвижения фронта затверде-
вания выше скорости ликвации
химических элементов.
Изменение вида сплава не
влияет на общий характер затвер-
Рис. 2. Макроструктура бочки прокатного валка из
отбеленного чугуна при охлаждении в чугунном ко-
киле ∅ 431 мм, %мас.: С − 3,75; Si − 0,44; Mn − 0,39;
P − 0,38; S − 0,14; Cr − 0,73; Ni − 1,81; Тзал ~ 1305 0С
Рис. 1. Кинетика затвердевания алюминия и сплава алюминия с 7,5 % Si в кокиле
радиусом 100 мм шара (I), цилиндра (II) и стенки (III): 1 – алюминий; 2 – сплав
алюминия с 7,5 % Si; а – ликвидус, б – солидус, в – конец выделения первичных
кристаллов
х/R х/R
1
0
0,50
0,75
1
а
2 4
Ι ΙΙ
2 a
2 в
2 в
2 б1
2a
х/R
0,25
0,75
0,50
0,25
0 2 4 6 8
2 a 2 в 2 б
Время, мин
б
ΙΙΙ
0,75
0,50
0,25
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
2 б
в
1
1
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 17
Затвердевание сплавов
девания. Отливки из стали толщиной 25, 50 и 100 мм заливали в песчаные формы,
температуру затвердевания замеряли термопарами, а при выливании незатвер-
девшего расплава устанавливали границу перехода сплава из жидкотвердого
состояния в твердожидкое (рис. 3). Положение границы питания определяли
приближенно: на основе осмотра разрезов отливок или по рентгенограммам [4].
Из представленных кривых видно, что закону квадратного корня полностью
подчиняется только перемещение границы ликвидуса в отливке, имеющей конфи-
гурацию плиты (1 на рис. 3, III). Во всех остальных случаях перемещение границ
затвердевания происходит с ускорением в осевой части, в том числе и для пло-
ской отливки – границы солидуса, выливаемости и питания (2, 3, 4 на рис. 3, III),
только в начальной стадии фронт затвердевания перемещается по закону, близкому
к параболическому. Соотношение продолжительности затвердевания плиты, ци-
линдра и шара следующее [4]: для границы ликвидуса − 1:0,37:0,28; для границ
выливаемости и питания − 1:0,28:0,18; для границы солидуса – 1:0,26:0,15; при
расчете по гипотезе приведенных толщин − 1:0,25:0,11.
Изменение средней скорости кристаллизации по радиусу цилиндрических от-
ливок (рис. 4), полученное после обработки экспериментальных данных, также по-
казывает увеличение скорости затвердевания осевой зоны отливок [4].
При затвердевании алюминия и его сплавов (рис. 4, а) скорость затвердевания
у поверхности отливки высокая (3,0-1,5 см/мин), но по мере прогрева литейной
формы уменьшается. В осевой зоне отливки скорость затвердевания увеличивается
так, что в отдельных случаях становится выше, чем у поверхности литейной формы.
Аналогичные результаты получены при исследовании изменения средней скоро-
сти кристаллизации по радиусу цилиндрических отливок из железа, стали и чугуна
1,0
х/R
0
0,25
0,50
0,75
0,50
0,75
10 20 30
0,25
10 20 30 40
0
0,25
1,0
х/R
Ι ΙΙ
х/R
ΙΙΙ
1,0
0,75
0,50
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
R 100 мм
R 50 мм
R 25 мм
1 1
3
4
2
3
1
243
4 2
τ
⋅ -2
2 10
R
Рис. 3. Кинетика затвердевания шара (I), цилиндра (II) и плиты (III) из стали 35Л в
песчаных формах [4]: 1 – ликвидус; 2 – солидус; 3 – граница выливаемости; 4 – граница
питания
18 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Затвердевание сплавов
(рис. 4, б). Изучение размеров зерен в отливках показало, что в сплавах, кристал-
лизующихся при постоянной температуре (чистые металлы, эвтектические сплавы)
или в узком температурном интервале, размер зерна однозначно определяется
средней скоростью кристаллизации.
В сплавах, кристаллизующихся в значительном интервале температур, размер
зерна в наружной и внутренней частях отливки при одинаковой средней скорости
кристаллизации различный. Причем, размер зерна в осевой части отливки, как
правило, оказывается мельче, чем в наружной при той же средней скорости кри-
сталлизации. Возможно, что в широкой области затвердевания создаются более
благоприятные условия для возникновения центров кристаллизации [4].
Кроме того, даже поверхностный анализ графиков (рис. 4) показывает, что уве-
личение скорости затвердевания начинается уже на половине радиуса отливки.
Таким образом, ускорение затвердевания осевой зоны отливки фиксируется
во всех видах сплавов, а ликвация химических элементов не может быть причиной
этого процесса.
Теплофизическая модель ускоренного затвердевания центральных зон отливок,
предлагаемая в данной работе, базируется на следующих положениях:
− в процессе затвердевания происходит нагрев литейной формы и уменьшается
количество тепла, которое отводится от отливки (это установлено эксперименталь-
ными замерами для песчаных и кокильных форм, а также отливок, имеющих форму
шара, цилиндра и пластины [2-4, 8, 9]);
− затвердевание центральных зон отливок происходит по гетерогенному меха-
низму (в рассматриваемый момент времени расплав уже содержит твердую фазу,
а, например, границы солидуса и выливания соответствуют температурам, которые
меньше ликвидуса);
− ускоренное затвердевание центральных зон отливок обусловлено увеличением
количества растущих центров кристаллизации на единицу объема (поверхности)
при сужении фронта затвердевания в осевой зоне.
Если количество центров кристаллизации, растущих от поверхности отливки,
принять равным К, то их количество на единицу поверхности шаровой отливки КR
составит
С
р
е
д
н
яя
с
ко
р
о
ст
ь
за
тв
е
р
д
е
ва
н
и
я,
с
м
/м
и
н
4
3
25 50 75 100 125
0
1
2
Расстояние от поверхности отливки, мм Расстояние от поверхности отливки, мм
С
р
е
д
н
яя
с
ко
р
о
ст
ь
за
тв
е
р
д
е
ва
н
и
я,
с
м
/м
и
н 5
1
2
3
4
25 40 60 80 100 125
2
3
4
1
4
3
2
1
5
Рис. 4. Изменение средней скорости кристаллизации по радиусу цилин-
дрических отливок [4]: а – алюминиевые сплавы, % (1 – АЛ000, 2 – 3,84 Si,
3 − 7,55 Si, 4 − 12,77 Si); б − железоуглеродистые сплавы, % (1 – железо
армко, 2 − сталь 0,4 С, 3 − сталь 0,93 С, 4 − чугун 4,84 С, 5 − чугун 3,45 С
и 4,00 Si)
а б
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 19
Затвердевание сплавов
= ,R
R
K
K
S
(1)
где SR – площадь поверхности шаровой отливки радиусом R.
В процессе затвердевания уменьшается толщина незатвердевшего слоя метал-
ла с R до r. Если в первом приближении принять одинаковое количество растущих
центров кристаллизации К на поверхности и в глубине отливки, то при радиусе r
их количество на единицу поверхности шаровой отливки Kr составит
r
r
K
K
S
= , (2)
где Sr – площадь поверхности шаровой отливки радиусом r.
Приравняв (1) и (2) и выразив площадь S через радиус, получим
.Rr
R
K K
r
2
2=
(3)
Если по аналогичной схеме рассчитать количество центров кристаллизации,
растущих от поверхности отливки, на единицу объема шаровой отливки, то получим
,R
R
K
K
V
= (4)
где VR – объем шаровой отливки радиусом R.
В процессе затвердевания уменьшается толщина незатвердевшего слоя метал-
ла с R до r. Если в первом приближении принять одинаковое количество растущих
центров кристаллизации K на поверхности и в глубине отливки, то при радиусе r их
количество на единицу объема шаровой отливки Kr составит
r
r
K
K
V
= ,
(5)
где Vr – объем шаровой отливки радиусом r.
Приравняв (1) и (2) и выразив объем через радиус, получим
π πRrK R K r3 34 4
=
3 3
(6)
или
3
3= .Rr
r
K K
R
Результаты расчетов изменения количества центров кристаллизации на единицу
поверхности и объема отливки при уменьшении толщины незатвердевшего слоя
сведены в таблице.
Так, при затвердевании шаровой отливки для оставшейся незатвердевшей 0,5 R тол-
щины отливки количество центров кристаллизации на единицу поверхности будет в
4 раза больше, чем при радиусе R (Nr = 4NR в таблице). Если сравнивать количество
20 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Затвердевание сплавов
центров кристаллизации на единицу объема шаровой отливки при r = R/2, то их
количество в 8 раз больше, чем у поверхности отливки (Kr = 8 KR).
При затвердевании шаровой отливки для оставшейся 1/3 незатвердевшей
осевой зоны количество центров кристаллизации на единицу поверхности бу-
дет в 9 раз больше, чем при радиусе R (Nr = 9NR в таблице). Если сравнивать
количество дендритов на единицу объема шаровой отливки при r = R/3, то их
количество в 27 раз больше, чем у поверхности отливки (Kr = 27 KR).
Для цилиндрической полубесконечной отливки при r = R/2 количество центров
кристаллизации на единицу поверхности увеличивается в 2 раза, а на единицу
объема − в 4 (таблица). При r = R/3 количество центров кристаллизации на единицу
поверхности увеличивается в 3 раза, а на единицу объема − в 9 (таблица).
Для плоской полубесконечной отливки увеличение количества центров кристал-
лизации происходит только при расчете на единицу объема: в 2 раза при r = R/2 и
в 3 − при r = R/3.
Таким образом, основной причиной ускоренного затвердевания центральных зон
отливок из различных сплавов является увеличение количества центров кристалли-
зации при сужении фронта затвердевания в осевой зоне шаровых, цилиндрических
и плоских отливок.
Выводы
• Затвердевание осевой зоны отливок шаровой, цилиндрической и плоской форм
из алюминия, его сплавов с кремнием, железа и его сплавов с углеродом происходит
со скоростью, соизмеримой со скоростью затвердевания металла у поверхности
формы. Ликвация химических элементов не может быть причиной этого процесса.
• Предложена физическая модель процесса ускоренного затвердевания цен-
тральных зон отливок из различных сплавов, которая основывается на гипотезе
об увеличении количества растущих центров кристаллизации при сужении фронта
затвердевания в осевой зоне шаровых, цилиндрических и плоских отливок.
• Расчеты показали, что после затвердевания половины радиуса шаровой отливки
количество центров кристаллизации на единицу поверхности фронта затвердевания
Количество центров
кристаллизации при
уменьшении толщины
незатвердевшего слоя
отливки от R до r
Размеры не-
затвердевшей
зоны отливки
Форма отливки
плоская по-
лубесконеч-
ная пластина
цилиндр по-
лубесконеч-
ный
шар
На единицу поверхности
фронта затвердевания
(N, шт/мм2)
R > r Nr = NR
r = R/2 Nr = N1 Nr = 2NR Nr = 4NR
r = R/3 Nr = N1 Nr = 3NR
Nr = 9NR
На единицу объема фрон-
та затвердевания
(К, шт/мм3)
R > r
r = R/2 Kr = 2KR
Kr = 4KR Kr = 8KR
r = R/3 Kr = 3KR
Kr = 9KR Kr = 27KR
Изменение количества центров кристаллизации на единицу поверхности
и объема фронта затвердевания отливки при уменьшении толщины неза-
твердевшего слоя
r R
R
N = N r
2
2r R
R
N = N
r
r R
R
K = K r
2
2r R
R
K = K
r
3
3r R
R
K = K
r
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 21
Затвердевание сплавов
будет в 4 раза больше, чем у поверхности отливки, а на единицу объема незатвер-
девшего металла их количество в 8 раз больше, чем у поверхности отливки.
• При затвердевании осевой зоны шаровой отливки (r = R/3) количество центров
кристаллизации на единицу поверхности фронта затвердевания будет в 9 раз боль-
ше, чем у поверхности отливки, а на единицу объема незатвердевшего металла в
27 раз больше, чем у поверхности отливки.
• После затвердевания половины радиуса цилиндрической полубесконечной
отливки количество центров кристаллизации на единицу поверхности фронта за-
твердевания увеличивается в 2 раза, а на единицу объема − в 4 по сравнению с
затвердеванием у поверхности литейной формы. При затвердевании осевой зоны
(r = R/3) количество центров кристаллизации на единицу поверхности фронта за-
твердевания в 3 раза больше, а на единицу объема − в 9.
• Для плоской полубесконечной отливки увеличение количества центров кри-
сталлизации происходит только при расчете на единицу объема незатвердевшего
металла: в 2 раза при затвердевании половины отливки и в 3 − при затвердевании
осевой зоны (r = R/3).
1. Бунини К. П., Малиночка Я. Н., Таран Ю. Н. Основы металлографии чугуна. − М.: Метал-
лургия, 1969. − 415 с.
2. Раддл Р. У. Затвердевание отливок: Пер. с англ. − М.: Машгиз, 1960. − 392 с.
3. Хворинов Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали: Пер. с чеш. − М.: Машгиз, 1958.
− 392 с.
4. Гуляев Б. Б. Литейные процессы. − М.; Л.: Машгиз, 1960. − 416 с.
5. Кривошеев А. Е. Литые валки. − М.: Металлургиздат, 1957. − 360 с.
6. Затвердевание металлов и металлических композиций / В. А. Лейбензон, В. Л. Пилюшенко,
В. М. Кондратенко и др. – Киев: Наук. думка, 2009. – 410 с.
7. Зональная ликвация в крупных чугунных отливках / В. Е. Хрычиков, Н. П Котешов, В. М. Сна-
говский, А. Е. Кривошеев // Литейн. пр-во. − 1983. № 6. − С. 26-28.
8. Вейник А. И. Теория затвердевания отливок. − М.: Машгиз, 1960. − 435 с.
9. Хрычиков В. Е. Термокинетические условия образования усадочных дефектов в чугунных
прокатных валках //Процессы литья. −1996. − № 1. − С. 24-31.
Поступила 24.09.2012
************************************************************
Уважаемые подписчики!
Подписаться на журнал «Процессы литья»
через Интернет
можно на сайте ГП «Пресса» www.presa.ua
с помощью сервиса «Подписка On-line».
***********************************************************************
|