Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків
For modern machinery, composite materials are of great importance because they ensure improved properties of parts. The work is dedicated to study the influence of the diameter and volume fraction of the reinforcement elements in the form of rods on the thermal processes that occur during the crysta...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/289 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
Institution
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1859472000787939328 |
|---|---|
| author | Тарасевич, М.І. Шинський, О.Й. Шалевська, І.А. Корнієць, І.В. Гнилоскуренко, С.В. Дьяченко, М.М. |
| author_facet | Тарасевич, М.І. Шинський, О.Й. Шалевська, І.А. Корнієць, І.В. Гнилоскуренко, С.В. Дьяченко, М.М. |
| author_sort | Тарасевич, М.І. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-09-16T19:11:14Z |
| description | For modern machinery, composite materials are of great importance because they ensure improved properties of parts. The work is dedicated to study the influence of the diameter and volume fraction of the reinforcement elements in the form of rods on the thermal processes that occur during the crystallization and structure formation of cast steel composites. Computational experiment and computer modeling were used to study the thermal interaction between the matrix melt (steel 35) and reinforcing elements (steel 20), phase transformation at their different diameters (2-10 mm) and volume fraction (10-50 %), the formation and growth dynamics of solid crusts at the interface between the “melt – reinforcing element” phases and the critical parameters that ensure optimal connection of the matrix alloy with the reinforcing elements. As a result a critical relationship of the diameter and volume fraction of the reinforcing elements (18–31.5 %) was established, which influences the quality of adhesion (bonding) between phases and the microstructure of the material. Regression models have been developed to predict temperature regimes on the surface of reinforcing elements depending on their diameter and volume fraction and the optimal technological parameters for obtaining composite castings have been determined. With diameters of reinforcing elements of 2-5 mm, their volume fraction of 10-50 % complete melting of the reinforcing phase occurs, which ensures homogenization of the structure. For rod diameters of 6-10 mm their critical (or maximum) volume fractions are indicated for 7 mm — 21 %, for 9 mm — 16 %, in which optimal phase connection is achieved without creating a stable solid crust. The practical significance of these results lies in the possibility of precise control and optimization of technological parameters when obtaining high-quality cast composites with minimal defects. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:51:28Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-289 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:51:28Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-2892025-09-16T19:11:14Z Influence of Diameter and Volume Fraction of Reinforcing Elements on the Formation of Composite Castings Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків Тарасевич, М.І. Шинський, О.Й. Шалевська, І.А. Корнієць, І.В. Гнилоскуренко, С.В. Дьяченко, М.М. Reinforced composite casting casting heat transfer phase transformations diffusion coupling regression analysis mathematical modeling армований композиційний виливок лиття теплопередача фазові перетворення дифузійний зв’язок регресійний аналіз математичне моделювання For modern machinery, composite materials are of great importance because they ensure improved properties of parts. The work is dedicated to study the influence of the diameter and volume fraction of the reinforcement elements in the form of rods on the thermal processes that occur during the crystallization and structure formation of cast steel composites. Computational experiment and computer modeling were used to study the thermal interaction between the matrix melt (steel 35) and reinforcing elements (steel 20), phase transformation at their different diameters (2-10 mm) and volume fraction (10-50 %), the formation and growth dynamics of solid crusts at the interface between the “melt – reinforcing element” phases and the critical parameters that ensure optimal connection of the matrix alloy with the reinforcing elements. As a result a critical relationship of the diameter and volume fraction of the reinforcing elements (18–31.5 %) was established, which influences the quality of adhesion (bonding) between phases and the microstructure of the material. Regression models have been developed to predict temperature regimes on the surface of reinforcing elements depending on their diameter and volume fraction and the optimal technological parameters for obtaining composite castings have been determined. With diameters of reinforcing elements of 2-5 mm, their volume fraction of 10-50 % complete melting of the reinforcing phase occurs, which ensures homogenization of the structure. For rod diameters of 6-10 mm their critical (or maximum) volume fractions are indicated for 7 mm — 21 %, for 9 mm — 16 %, in which optimal phase connection is achieved without creating a stable solid crust. The practical significance of these results lies in the possibility of precise control and optimization of technological parameters when obtaining high-quality cast composites with minimal defects. Для сучасного машинобудування актуальними є композиційні матеріали, які забезпечують покращені властивості деталей. Роботу присвячено дослідженню впливу діаметра та об'ємної частки армувальних елементів у вигляді стрижнів на теплові процеси, які мають місце при кристалізації та формуванні структури литих сталевих композиційних матеріалів. Методами обчислювального експерименту та комп'ютерного моделювання було досліджено теплову взаємодію між матричним розплавом (сталь 35) та армуючими елементами (сталь 20), фазові перетворення при різних поєднаннях їх діаметрів (2—10 мм) та об'ємної частки (10—50 %), утворення та динаміку росту твердих кірок на межі розділу фаз «рідкий сплав — армувальний елемент», критичні параметри, що забезпечують оптимальне з’єднання матричного сплаву з армуючими елементами. У результаті роботи встановлені критичні співвідношення діаметра та об'ємної частки армуючих елементів (18—31,5 %), які впливають на якість зчеплення фаз та мікроструктуру матеріалу, розроблені регресійні моделі для прогнозування температурних режимів на поверхні армуючих елементів залежно від їх діаметра та об'ємної частки, визначені оптимальні технологічні параметри одержання композиційних виливків. При діаметрах армуючих елементів 2—5 мм та об'ємній їх частці 10—50 % відбувається повне розплавлення армуючої фази, що забезпечує гомогенізацію структури. Для стрижнів діаметром 6—10 мм визначено граничні об'ємні частки: для 7 мм — 21 %, для 9 мм — 16 %, при яких досягається оптимальне з'єднання фаз без утворення стійкої твердої кірки. Практична значимість одержаних результатів полягає у можливості точного контролю та оптимізації технологічних параметрів при одержанні якісних литих композитів з мінімальними дефектами. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2025-09-16 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/289 10.15407/steelcast2025.02.030 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 33 No. 2 (2025): Metal and Casting of Ukraine; 30-37 Метал та лиття України ; Том 33 № 2 (2025): Метал та лиття України; 30-37 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/289/285 Авторське право (c) 2025 Метал та лиття України |
| spellingShingle | армований композиційний виливок лиття теплопередача фазові перетворення дифузійний зв’язок регресійний аналіз математичне моделювання Тарасевич, М.І. Шинський, О.Й. Шалевська, І.А. Корнієць, І.В. Гнилоскуренко, С.В. Дьяченко, М.М. Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків |
| title | Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків |
| title_alt | Influence of Diameter and Volume Fraction of Reinforcing Elements on the Formation of Composite Castings |
| title_full | Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків |
| title_fullStr | Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків |
| title_full_unstemmed | Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків |
| title_short | Вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків |
| title_sort | вплив діаметра та об'ємної частки армуючих елементів на формування композиційних виливків |
| topic | армований композиційний виливок лиття теплопередача фазові перетворення дифузійний зв’язок регресійний аналіз математичне моделювання |
| topic_facet | Reinforced composite casting casting heat transfer phase transformations diffusion coupling regression analysis mathematical modeling армований композиційний виливок лиття теплопередача фазові перетворення дифузійний зв’язок регресійний аналіз математичне моделювання |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/289 |
| work_keys_str_mv | AT tarasevičmí influenceofdiameterandvolumefractionofreinforcingelementsontheformationofcompositecastings AT šinsʹkijoj influenceofdiameterandvolumefractionofreinforcingelementsontheformationofcompositecastings AT šalevsʹkaía influenceofdiameterandvolumefractionofreinforcingelementsontheformationofcompositecastings AT korníêcʹív influenceofdiameterandvolumefractionofreinforcingelementsontheformationofcompositecastings AT gniloskurenkosv influenceofdiameterandvolumefractionofreinforcingelementsontheformationofcompositecastings AT dʹâčenkomm influenceofdiameterandvolumefractionofreinforcingelementsontheformationofcompositecastings AT tarasevičmí vplivdíametrataobêmnoíčastkiarmuûčihelementívnaformuvannâkompozicíjnihvilivkív AT šinsʹkijoj vplivdíametrataobêmnoíčastkiarmuûčihelementívnaformuvannâkompozicíjnihvilivkív AT šalevsʹkaía vplivdíametrataobêmnoíčastkiarmuûčihelementívnaformuvannâkompozicíjnihvilivkív AT korníêcʹív vplivdíametrataobêmnoíčastkiarmuûčihelementívnaformuvannâkompozicíjnihvilivkív AT gniloskurenkosv vplivdíametrataobêmnoíčastkiarmuûčihelementívnaformuvannâkompozicíjnihvilivkív AT dʹâčenkomm vplivdíametrataobêmnoíčastkiarmuûčihelementívnaformuvannâkompozicíjnihvilivkív |