Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків
One of the promising approaches for creating reliable and lightweight structures with specified operational properties is the use of lightweight composite castings with integrated ceramic fillers. The key factor determining the quality of such castings is the bond strength of the transition layer at...
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/311 |
| 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_ | 1859472006960906240 |
|---|---|
| author | Дьяченко, М.М. Корнієць, І.В. |
| author_facet | Дьяченко, М.М. Корнієць, І.В. |
| author_sort | Дьяченко, М.М. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-02-08T11:37:51Z |
| description | One of the promising approaches for creating reliable and lightweight structures with specified operational properties is the use of lightweight composite castings with integrated ceramic fillers. The key factor determining the quality of such castings is the bond strength of the transition layer at the metal–ceramic interface. The aim of this work was to study the physicochemical processes of transition layer formation between a melt of gray cast iron SCh200 and two types of integrated ceramic fillers (a liquid glass mixture and expanded clay) during the production of castings using the lost foam casting (LFC) method. The work involved an analysis of thermal regimes and possible chemical reactions. The thermodynamic probability of the formation of silicates (ferrosilite, rhodonite) and capillary phenomena were theoretically analyzed. For modeling, a mathematical heat transfer model implemented in a specialized software package developed at the PTIMA of the National Academy of Sciences of Ukraine was used. Hollow castings (module segments) with integrated fillers were experimentally produced using LFC technology. The structure was investigated using optical microscopy methods. The modeling results revealed differences in the thermal regimes and the dynamics of casting formation for the two filler types. For the system with the liquid glass mixture, a significant temperature gradient formed, indicating active heat absorption and promoting the mechanism of deep capillary impregnation. The experiment confirmed the formation of a pronounced mechanical bonding zone with a depth of 0.5–1.5 mm, with signs of additional chemical interaction. In contrast, for the system with expanded clay, a rapid and uniform heating of the filler due to convection was observed, which determined the mechanism of surface physicochemical interaction and the formation of a thin (0.1–0.3 mm) dense layer. Based on the obtained data, it was established that the pouring temperature of 1430 °C ensures the formation of the transition layer for both filler types. The article compares the mechanisms of transition layer formation for two thermophysically different fillers under the conditions of LFC technology. A relationship is shown between the predicted thermal fields and the thickness of the formed transition layer. The obtained results are useful for the production technologies of lightweight cast parts with local reinforcement. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:51:34Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-311 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:51:34Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-3112026-02-08T11:37:51Z Investigation of the Processes of Transition Layer Formation at the Interface of Gray Cast Iron–Integrated Non-Metallic Filler in the Production of Lightweight Castings Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків Дьяченко, М.М. Корнієць, І.В. Lightweight composite castings integrated ceramic structures transition layer lost-foam casting process (LFC) modeling gray iron легковагові композиційні виливки інтегровані керамічні наповнювачі перехідний шар лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ) моделювання сірий чавун One of the promising approaches for creating reliable and lightweight structures with specified operational properties is the use of lightweight composite castings with integrated ceramic fillers. The key factor determining the quality of such castings is the bond strength of the transition layer at the metal–ceramic interface. The aim of this work was to study the physicochemical processes of transition layer formation between a melt of gray cast iron SCh200 and two types of integrated ceramic fillers (a liquid glass mixture and expanded clay) during the production of castings using the lost foam casting (LFC) method. The work involved an analysis of thermal regimes and possible chemical reactions. The thermodynamic probability of the formation of silicates (ferrosilite, rhodonite) and capillary phenomena were theoretically analyzed. For modeling, a mathematical heat transfer model implemented in a specialized software package developed at the PTIMA of the National Academy of Sciences of Ukraine was used. Hollow castings (module segments) with integrated fillers were experimentally produced using LFC technology. The structure was investigated using optical microscopy methods. The modeling results revealed differences in the thermal regimes and the dynamics of casting formation for the two filler types. For the system with the liquid glass mixture, a significant temperature gradient formed, indicating active heat absorption and promoting the mechanism of deep capillary impregnation. The experiment confirmed the formation of a pronounced mechanical bonding zone with a depth of 0.5–1.5 mm, with signs of additional chemical interaction. In contrast, for the system with expanded clay, a rapid and uniform heating of the filler due to convection was observed, which determined the mechanism of surface physicochemical interaction and the formation of a thin (0.1–0.3 mm) dense layer. Based on the obtained data, it was established that the pouring temperature of 1430 °C ensures the formation of the transition layer for both filler types. The article compares the mechanisms of transition layer formation for two thermophysically different fillers under the conditions of LFC technology. A relationship is shown between the predicted thermal fields and the thickness of the formed transition layer. The obtained results are useful for the production technologies of lightweight cast parts with local reinforcement. Одним із перспективних шляхів створення надійних та легких конструкцій із заданими експлуатаційними властивостями є використання литих легковагових композиційних виливків з інтегрованими керамічними наповнювачами. Ключовим фактором, що визначає якість таких виливків, є міцність зв’язку перехідного шару на межі розділу метал–кераміка. Метою роботи було дослідження фізико-хімічних процесів формування перехідного шару між розплавом сірого чавуну СЧ200 та двома типами інтегрованих керамічних наповнювачів (рідкоскляною сумішшю та керамзитом) при виготовленні виливків методом лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ). У роботі проведено аналіз теплових режимів і можливих хімічних реакцій. Теоретично проаналізовано термодинамічну ймовірність утворення силікатів (феросилікату, родоніту) та капілярні явища. Для моделювання використана математична модель теплопереносу, реалізована в спеціалізованому програмному комплексі, розробленому у ФТІМС НАН України. Експериментально виготовлено порожнисті виливки (сегменти модулів) з інтегрованими наповнювачами за технологією ЛГМ. Структуру досліджували методами оптичної мікроскопії. Результати моделювання виявили відмінності в теплових режимах та динаміці формування виливків для двох типів наповнювачів. Для системи з рідкоскляною сумішшю (РСС) формувався значний градієнт температури, що свідчить про активне поглинання тепла та сприяло механізму глибокого капілярного просочення. Експеримент підтвердив формування вираженої зони механічного зчеплення глибиною 0,5—1,5 мм, що супроводжувалося хімічною взаємодією. На противагу, для системи з керамзитом спостерігався швидкий і рівномірний прогрів наповнювача за рахунок конвекції, що обумовило механізм поверхневої фізико-хімічної взаємодії та утворення тонкого (0,1—0,3 мм) щільного шару. На основі отриманих даних встановлено, що температура заливання 1430 °C забезпечує формування перехідного шару для обох типів наповнювачів. У статті порівняно механізми формування перехідного шару для двох теплофізично різних наповнювачів в умовах технології ЛГМ. Показано зв’язок між прогнозованими тепловими полями та товщиною перехідного шару, що формується. Отримані результати корисні для технологій виробництва легковагових литих деталей з локальним армуванням. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2025-12-30 Article Article application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/311 10.15407/steelcast2025.03-04.119 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 33 No. 3-4 (2025): Metal and Casting of Ukraine; 119-130 Метал та лиття України ; Том 33 № 3-4 (2025): Метал та лиття України; 119-130 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/311/305 Авторське право (c) 2025 М.М. Дьяченко, І.В. Корнієць https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | легковагові композиційні виливки інтегровані керамічні наповнювачі перехідний шар лиття за моделями що газифікуються (ЛГМ) моделювання сірий чавун Дьяченко, М.М. Корнієць, І.В. Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків |
| title | Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків |
| title_alt | Investigation of the Processes of Transition Layer Formation at the Interface of Gray Cast Iron–Integrated Non-Metallic Filler in the Production of Lightweight Castings |
| title_full | Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків |
| title_fullStr | Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків |
| title_full_unstemmed | Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків |
| title_short | Дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків |
| title_sort | дослідження процесів формування перехідного шару на межі сірий чавун–інтегрований неметалевий наповнювач при одержанні легковагових виливків |
| topic | легковагові композиційні виливки інтегровані керамічні наповнювачі перехідний шар лиття за моделями що газифікуються (ЛГМ) моделювання сірий чавун |
| topic_facet | Lightweight composite castings integrated ceramic structures transition layer lost-foam casting process (LFC) modeling gray iron легковагові композиційні виливки інтегровані керамічні наповнювачі перехідний шар лиття за моделями що газифікуються (ЛГМ) моделювання сірий чавун |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/311 |
| work_keys_str_mv | AT dʹâčenkomm investigationoftheprocessesoftransitionlayerformationattheinterfaceofgraycastironintegratednonmetallicfillerintheproductionoflightweightcastings AT korníêcʹív investigationoftheprocessesoftransitionlayerformationattheinterfaceofgraycastironintegratednonmetallicfillerintheproductionoflightweightcastings AT dʹâčenkomm doslídžennâprocesívformuvannâperehídnogošarunamežísírijčavuníntegrovanijnemetalevijnapovnûvačprioderžannílegkovagovihvilivkív AT korníêcʹív doslídžennâprocesívformuvannâperehídnogošarunamežísírijčavuníntegrovanijnemetalevijnapovnûvačprioderžannílegkovagovihvilivkív |