Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3
Выявлены пути ускорения процесса затвердевания стальных и чугунных отливок в песчаных формах с помощью системного анализа теплофизических процессов литья Виявлено ефективні шляхи прискорення процесу тверднення сталевих і чавунних виливків в піщаних формах за допомогою системного аналізу теплофізични...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2015
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160503 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 / В.А. Мамишев, О.И. Шинский, Л.А. Соколовская // Металл и литье Украины. — 2015. — № 3. — С. 33-36. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160503 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Мамишев, В.А. Шинский, О.И. Соколовская, Л.А. 2019-11-07T20:22:36Z 2019-11-07T20:22:36Z 2015 Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 / В.А. Мамишев, О.И. Шинский, Л.А. Соколовская // Металл и литье Украины. — 2015. — № 3. — С. 33-36. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160503 621.746 Выявлены пути ускорения процесса затвердевания стальных и чугунных отливок в песчаных формах с помощью системного анализа теплофизических процессов литья Виявлено ефективні шляхи прискорення процесу тверднення сталевих і чавунних виливків в піщаних формах за допомогою системного аналізу теплофізичних процесів лиття. The effective ways for acceleration of solidification process for steel and cast iron castings in the sand moulds were found out using the system analysis of thermophisycal casting process. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 Теплофізичні аспекти інтенсифікації тверднення виливків із сталі і чавуну в формах із кварцевого піску. Повідомлення 3 Thermophysical aspects of intensification for solidification of steel and cast iron castings in siliceous sand moulds. Announcement 3 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 |
| spellingShingle |
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 Мамишев, В.А. Шинский, О.И. Соколовская, Л.А. |
| title_short |
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 |
| title_full |
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 |
| title_fullStr |
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 |
| title_full_unstemmed |
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 |
| title_sort |
теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. сообщение 3 |
| author |
Мамишев, В.А. Шинский, О.И. Соколовская, Л.А. |
| author_facet |
Мамишев, В.А. Шинский, О.И. Соколовская, Л.А. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Теплофізичні аспекти інтенсифікації тверднення виливків із сталі і чавуну в формах із кварцевого піску. Повідомлення 3 Thermophysical aspects of intensification for solidification of steel and cast iron castings in siliceous sand moulds. Announcement 3 |
| description |
Выявлены пути ускорения процесса затвердевания стальных и чугунных отливок в песчаных формах с помощью системного анализа теплофизических процессов литья
Виявлено ефективні шляхи прискорення процесу тверднення сталевих і чавунних виливків в піщаних формах за допомогою системного аналізу теплофізичних процесів лиття.
The effective ways for acceleration of solidification process for steel and cast iron castings in the sand moulds were found out using the system analysis of thermophisycal casting process.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160503 |
| citation_txt |
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка. Сообщение 3 / В.А. Мамишев, О.И. Шинский, Л.А. Соколовская // Металл и литье Украины. — 2015. — № 3. — С. 33-36. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT mamiševva teplofizičeskieaspektyintensifikaciizatverdevaniâotlivokizstaliičugunavformahizkvarcevogopeskasoobŝenie3 AT šinskiioi teplofizičeskieaspektyintensifikaciizatverdevaniâotlivokizstaliičugunavformahizkvarcevogopeskasoobŝenie3 AT sokolovskaâla teplofizičeskieaspektyintensifikaciizatverdevaniâotlivokizstaliičugunavformahizkvarcevogopeskasoobŝenie3 AT mamiševva teplofízičníaspektiíntensifíkacíítverdnennâvilivkívízstalííčavunuvformahízkvarcevogopískupovídomlennâ3 AT šinskiioi teplofízičníaspektiíntensifíkacíítverdnennâvilivkívízstalííčavunuvformahízkvarcevogopískupovídomlennâ3 AT sokolovskaâla teplofízičníaspektiíntensifíkacíítverdnennâvilivkívízstalííčavunuvformahízkvarcevogopískupovídomlennâ3 AT mamiševva thermophysicalaspectsofintensificationforsolidificationofsteelandcastironcastingsinsiliceoussandmouldsannouncement3 AT šinskiioi thermophysicalaspectsofintensificationforsolidificationofsteelandcastironcastingsinsiliceoussandmouldsannouncement3 AT sokolovskaâla thermophysicalaspectsofintensificationforsolidificationofsteelandcastironcastingsinsiliceoussandmouldsannouncement3 |
| first_indexed |
2025-11-25T22:13:38Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:13:38Z |
| _version_ |
1850560881568514048 |
| fulltext |
33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 3 (262) ’2015
таллом в меньшей степени. Из-за высокой теплопро-
водности кокиля по толщине его стенок температура
распределена равномернее, чем по толщине стенок
песчаной формы [2, 4, 6]. В поверхностных слоях
стальной или чугунной отливки, которая затвердева-
ет в полости кокиля, расплав кристаллизуется более
интенсивно [6]. Это приводит к резкому повышению
вязкости температурно-неоднородного расплава, что
в условиях суспензионного литья препятствует хо-
рошей заполняемости полости кокиля охлаждённым
микрохолодильниками расплавом стали и чугуна с
низкой температурой заливки металлических форм.
Целесообразно сопоставить разные способы ин-
тенсификации процесса затвердевания отливок из
железоуглеродистых сплавов в низкотеплопроводных
формах из кварцевого песка, которые обладают необ-
ходимой податливостью для предотвращения усло-
вий образования горячих трещин в отливках, а также
достаточной газопроницаемостью стенок песчаных
форм для отвода газов, образующихся в кристалли-
зующемся расплаве формирующейся отливки.
Так как высокотемпературный расплав стали или
чугуна очень быстро нагревает рабочие слои песча-
ных форм и стержней до высоких температур поряд-
ка 1000 °С, то затвердевание отливок резко замедля-
ется. Это способствует нежелательному укрупнению
структуры литого металла. Для ускорения процесса
затвердевания отливок и возникновения твёрдой ко-
рочки рабочие слои сухих песчаных форм целесо-
образно охлаждать до отрицательных температур
между -20 и -60 °С, а рабочие и внутренние слои
сырых песчаных форм целесообразно охлаждать за
счёт их предварительного замораживания при низ-
ких [14] температурах формы (или стержня).
Взаимодополняющими методами интенсификации
теплообмена в системе затвердевающая отливка –
низкотемпературная песчаная форма – окружающая
среда в современных технологиях суспензионного
литья могут быть: способы ускорения внутреннего
теплоотвода от кристаллизующегося расплава к об-
ломкам дендритов в жидкой сердцевине затвердева-
ющей отливки или от жидкого металла к дисперсным
частицам-микрохолодильникам; способы ускорения
внешнего теплоотвода от затвердевающей отливки
В разовых неметаллических формах из кварцево-
го песка процесс затвердевания отливок разной
геометрии из стали и чугуна происходит [1-6] при
более низких скоростях охлаждения кристал-
лизующегося расплава по сравнению с процессом
затвердевания отливок в многоразовых металличе-
ских формах (кокили, изложницы, кристаллизаторы
МНЛЗ). Из-за медленного охлаждения расплава в
песчаной форме в теле затвердевающей отливки
формируется крупнозернистое (крупнокристалли-
ческое) строение литого металла с низким уровнем
физико-механических (прочность и пластичность) и
служебных (коррозионная стойкость, износостой-
кость, герметичность и др.) свойств литых изделий
разного назначения.
Для измельчения первичной и вторичной кристал-
лической структуры литого металла во внутренних
объёмах стальных и чугунных отливок разной толщи-
ны, которые затвердевают в формах из кварцевого
песка, целесообразно использовать теплофизиче-
ские возможности технологии суспензионного ли-
тья [7-9]. Это позволяет интенсифицировать процесс
внутреннего теплообмена в жидком и кристаллизу-
ющемся металле за счёт быстрого снятия начально-
го перегрева расплава введёнными в него микрохо-
лодильниками [10, 11].
При реализации технологии суспензионного ли-
тья высокотемпературных железоуглеродистых
сплавов (стали и чугуны) в податливые газопрони-
цаемые песчаные формы кристаллическая структу-
ра литого металла формируется в поверхностных
слоях и внутренних объёмах затвердевающих отли-
вок в условиях быстрого снятия перегрева распла-
ва над температурой ликвидуса сплава. При этом
широко применяется [8,12], мудрое правило литей-
щиков – «плавь горячо, а лей холодно», которое в
металлургии и литейном производстве позволяет
реализовать [13] эффективные режимы термовре-
менной обработки жидкого металла для повышения
физико-механических и эксплуатационных свойств
стальных и чугунных отливок.
По сравнению с низкотеплопроводной песчаной
формой рабочие слои высокотеплопроводной метал-
лической формы (кокиля) разогреваются жидким ме-
УДК 621.746
В. А. Мамишев, О. И. Шинский, Л. А. Соколовская
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Теплофизические аспекты интенсификации затвердевания
отливок из стали и чугуна в формах из кварцевого песка.
Сообщение 3
Выявлены пути ускорения процесса затвердевания стальных и чугунных отливок в песчаных формах с помощью
системного анализа теплофизических процессов литья
Ключевые слова: сталь, чугун, отливка, затвердевание, песчаная форма, теплообмен
34 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 3 (262) ’2015
формы реализуются эффекты поглощения физиче-
ской теплоты нагрева зёрен кварцевого песка, скры-
той теплоты плавления межзёренных прослоек льда
и испарения образующихся плёнок воды. Это спо-
собствует повышению эффективной теплоаккумули-
рующей способности низкотемпературных песчаных
форм и стержней по сравнению с традиционными су-
хими и сырыми песчаными формами. Поэтому учёт
дополнительных тепловых эффектов в системе за-
твердевающая отливка – замороженная форма по-
зволяет интенсифицировать процессы внутреннего и
внешнего теплообмена при суспензионном литье ме-
таллических сплавов в низкотемпературные формы
из кварцевого песка.
Если снизить температуру рабочей поверхности
формы из кварцевого песка, то можно синхронно по-
низить температуру поверхностных слоёв кристал-
лизующегося расплава, что ускоряет процесс за-
твердевания отливок в низкотемпературных песча-
ных формах за счёт интенсификации теплообмена в
контактной зоне отливка-форма. При этом в наруж-
ных слоях затвердевающей отливки повышаются
градиенты температуры и скорости охлаждения, что
способствует измельчению литого зерна в поверх-
ностных слоях отливок разной геометрии [17, 18] из
стали, чугуна и других сплавов.
С точки зрения теплофизики процессов литья низ-
котеплопроводные песчаные формы больше приспо-
соблены для реализации прогрессивной технологии
суспензионного литья, чем высокотеплопроводные
металлические кокили. Преимущество низкотемпе-
ратурной формы из кварцевого песка по сравнению
с кокилем состоит в том, что при заполнении поло-
сти песчаной формы расплавом её рабочие слои
к внутренней (рабочей) поверхности низкотемпера-
турной песчаной формы и от наружной поверхности
теплоаккумулирующей формы в окружающую среду.
Поэтому для ускорения внешнего теплообмена
между затвердевающей отливкой, песчаной формой
и окружающей средой следует применять [14, 15]
низкотемпературные формы из кварцевого песка, ко-
торые получены при предварительном охлаждении
сухих или замораживании сырых форм.
Чтобы интенсифицировать процесс внешнего
теплообмена в системе затвердевающая отливка –
песчаная форма – окружающая среда необходимо
оказывать управляющее теплофизическое воздей-
ствие на температуру рабочих слоёв традиционных
и низкотемпературных форм и на перепады темпе-
ратуры по их толщине для ускорения процесса кри-
сталлизации железоуглеродистых сплавов в поверх-
ностных слоях отливок разной геометрии. Для умень-
шения степени разогрева жидким металлом рабочих
слоёв сухих песчаных форм целесообразно понизить
температуру их внутренней (рабочей) поверхности в
зоне теплового контакта с отливкой за счёт предва-
рительного охлаждения [14] полости формы холод-
ным воздухом или сжиженным газом (азотом).
Чтобы интенсифицировать процесс внутреннего
теплообмена в стальных и чугунных отливках разной
геометрии, необходимо оказывать управляющее те-
плофизическое воздействие на температуру заливки
расплава в полость формы из кварцевого песка по
схемам суспензионного литья. Для уменьшения сте-
пени разогрева рабочих слоёв сырых песчаных форм
целесообразно увеличить их теплоаккумулирующую
способность за счёт частичного [15] или полного за-
мораживания влажных форм из кварцевого песка с
образованием межзёренных просло-
ек льда в стенках песчаной формы,
на расплавление которых расходу-
ется теплота перегрева расплава за-
твердевающей отливки.
Совмещая процессы внутреннего
и внешнего теплообмена в условиях
суспензионного литья сплавов в низ-
котемпературные песчаные формы,
можно учесть [16] эффекты тепло-
выделения и теплопоглощения при
затвердевании отливок в традици-
онных и замороженных формах. В
объёме формирующейся отливки
реализуются эффекты выделения
теплоты перегрева расплава, скры-
той теплоты кристаллизации сплава
и физической теплоты охлаждения
корочки затвердевающей отливки в
сочетании с эффектами поглощения
физической теплоты нагрева частиц-
микрохолодильников до температу-
ры их солидуса и скрытой теплоты
плавления микрохолодильников в
окружающем расплаве.
При нагреве замороженной пес-
чаной формы тепловым потоком от
затвердевающей отливки в стенках
Схема управления температурным состоянием системы затвердевающая от-
ливка – низкотемпературная форма
Захолаживание расплава
микрохолодильниками
Замораживание формы
из кварцевого песка
Интенсификация
внутреннего теплообмена
Понижение температуры
металлического расплава
Интенсификация
внешнего теплообмена
Понижение температуры
рабочих слоёв формы
Измельчение
кристаллической
структуры отливок
Суспензионное литьё
в низкотемпературные
песчаные формы
песчаные формы
структуры отливок
35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 3 (262) ’2015
после быстрого нагрева жидким металлом до высо-
ких температур выполняют роль теплового барьера
в контактной зоне отливка-форма. Поэтому при су-
спензионном литье в низкотемпературные песчаные
формы интенсивность теплообмена между затвер-
девающей отливкой, стенками формы и окружаю-
щей средой меньше, чем при кокильном литье, что
улучшает заполняемость полости формы расплавом
с низким перегревом жидкого металла над темпера-
турой ликвидуса стали или чугуна.
На длительность технологического цикла изго-
товления отливок разной массы и конфигурации в
разовых формах из кварцевого песка влияет выбор
температуры выбивки затвердевшей отливки из раз-
рушаемой песчаной формы. Если назначить высокую
температуру выбивки отливок из разовой песчаной
формы, то можно повысить производительность тех-
нологического процесса литья в низкотеплопровод-
ные песчаные формы. Однако при этом ухудшается
качество отливок из-за возможности появления горя-
чих трещин в литом металле, так как механические
свойства стали, чугуна и других литейных сплавов
при предсолидусных температурах имеют [19] более
низкие значения. После выбивки отливок из песчаной
формы процесс их охлаждения на воздухе проиcходит
значительно интенсивнее, чем процесс охлаждения
отливок в полости высоконагретой песчаной формы.
Итак, при суспензионном литье в низкотемпера-
турные песчаные формы можно улучшить качество
стальных и чугунных отливок, формирующихся в по-
датливых газопроницаемых формах из кварцевого
песка, за счёт быстрого снятия перегрева распла-
ва. Способствует этому интенсификация процессов
внутреннего и внешнего теплообмена в системе за-
твердевающая отливка – песчаная форма – окружа-
ющая среда. Для ускорения внутреннего теплообме-
на между расплавом и объёмно распределёнными в
металлической суспензии микрохолодильниками в
виде обломков ветвей дендритов, железного порош-
ка, стальной или чугунной дроби, инокуляторов, мо-
дификаторов, легирующих добавок и других дисперс-
ных частиц необходимо кристаллизующийся расплав
интенсивно перемешивать [11]. Для повышения каче-
ства отливок необходимо обеспечить относительно
равномерное распределение теплоаккумулирующих
частиц-микрохолодильников в объёме расплава, за-
твердевающего в полости низкотемпературных ли-
тейных форм из кварцевого песка.
В результате системного анализа температурных
условий суспензионного литья в разовые неметал-
лические и постоянные металлические формы полу-
чен важный для практики вывод – технологические
схемы литья сталей и чугунов в низкотемпературные
песчаные формы могут быть более эффективными,
чем технологические схемы суспензионного литья
железоуглеродистых сплавов в кокиль, так как при
заливке песчаных форм расплавом с введёнными в
него микрохолодильниками обеспечивается хорошая
заполняемость полости формы, а при заливке ко-
килей металлической суспензией их заполняемость
хуже из-за очень быстрого теплоотвода от затверде-
вающего расплава в стенки кокиля.
1. Ефимов В. А. Специальные способы литья: Справочник / Под. общ. ред. В. А. Ефимова. – М.: Машиностроение,
1991. – 736 с.
2. Нехендзи Ю. А. Стальное литье / Ю. А. Нехендзи. – М.: Металлургиздат, 1948. – 766 с.
3. Василевский П. Ф. Технология стального литья / П. Ф. Василевский. – М.: Машиностроение, 1974. – 408 с.
4. Гиршович Н. Г. Чугунное литьё / Н. Г. Гиршович. – М.-Л.: Металлургиздат, 1949. – 708 с.
5. Захарченко Э. В. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом / Э. В. Захарченко, Ю. Н. Левченко,
В. Г. Горенко, П. А. Вареник. – К.: Наукова думка, 1986. – 248 с.
6. Бураков С. Л. Литьё в кокиль / С. Л. Бураков, А. И. Вейник, Н. П. Дубинин и др. – М.: Машиностроение, 1980. – 415 с.
7. Мадянов А. М. Суспензионная разливка / А. М. Мадянов. – М.: Металлургия, 1969. – 184 с.
8. Затуловский С. С. Суспензионная разливка / С. С. Затуловский. – К.: Наукова думка, 1981.– 259 с.
9. Кириевский Б. А. Особенности суспензионного литья / Б. А. Кириевский, В. Л. Черкасский // Литейное производство,
1978. – № 8. – С. 25-27.
10. Соколовская Л. А. О возникновении дополнительных центров кристаллизации при введении дроби в расплав / Л. А. Со-
коловская, В. А. Мамишев // Металл и литьё Украины, 2014. – № 7. – С. 35-38.
11. Мамишев В. А. Системный анализ затвердевания литых заготовок с переменной кривизной границ двухфазной зоны //
Процессы литья, 2014. – № 1. – С. 19-26.
12. Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки / Г. Ф. Баландин. – М.: Машиностроение. – Ч.2. – 1979. – 335 с.
13. Баум Б. А. Термовременная обработка жидких сплавов и стали / Б. А. Баум, Г. В. Тягунов, Е. Е. Барышев, В. С. Цепе-
лев // Сталь, 1996. – № 6. – С. 16-19.
14. Грузман В. М. О судьбе и перспективах применения замороженных форм / В. М. Грузман // Литейное производство,
2009. – № 7. – С. 14-17.
15. Мамишев В. А., Шинский О. И., Соколовская Л. А. Системный анализ процесса затвердевания литых заготовок разной
массы и назначения / В. А. Мамишев // Процессы литья, 2010. – № 1. – С. 20-24.
16. Мамишев В. А. О повышении эффективности теплообмена в системе литая заготовка-форма-окружающая среда //
Металл и литьё Украины, 2012. – № 11. – С. 31-35.
17. Мамишев В. А. Физико-технологические аспекты затвердевания фасонных отливок в песчаной форме / В. А. Ма-
мишев, О. И. Шинский, Л. А. Соколовская // Металл и литьё Украины, 2014. – № 9. – С. 28-30.
ЛИТЕРАТУРА
36 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 3 (262) ’2015
18. Мамишев В. А. Физико-математические аспекты затвердевания отливок разной геометрии в песчаной форме /
В. А. Мамишев, О. И. Шинский, Л. А. Соколовская // Металл и литьё Украины, 2014. – № 11. – С. 21-24.
19. Скок Ю. Я. Механические свойства стали при температурах вблизи солидуса: Препринт /Ю. А. Скок. – К.: ИПЛ АН
УССР, 1983. – 66 с.
Виявлено ефективні шляхи прискорення процесу тверднення сталевих і чавунних виливків в піщаних формах за
допомогою системного аналізу теплофізичних процесів лиття.
Мамішев В. А., Шинський О. Й., Соколовська Л. А.
Теплофізичні аспекти інтенсифікації тверднення виливків із сталі
і чавуну в формах із кварцевого піску. Повідомлення 3
Анотація
Ключові слова сталь, чавун, виливок, тверднення, піщана форма, теплообмін
Mamishev V., Shinskiy O., Sokolovska L.
Thermophysical aspects of intensification for solidification of steel and cast
iron castings in siliceous sand moulds. Announcement 3
Summary
The effective ways for acceleration of solidification process for steel and cast iron castings in the sand moulds were found
out using the system analysis of thermophisycal casting process.
steel, cast iron, casting, solidification, sand mould, heat transferKeywords
Поступила 05.03.2015
|