Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків
This study investigates the influence of fluidized silica sand on the microstructure formation of 40KhL steel during lost foam casting. The aim of the research was to experimentally assess the possibility of controlling the microstructure of castings by modifying the cooling conditions within the mo...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-2-2 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Metal Science and Treatment of Metals |
Institution
Metal Science and Treatment of Metals| id |
oai:ojs2.localhost:article-339 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Metal Science and Treatment of Metals |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-11-23T17:39:26Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
виливок сталь псевдозріджений пісок швидкість охолодження мікроструктура мікротвердість |
| spellingShingle |
виливок сталь псевдозріджений пісок швидкість охолодження мікроструктура мікротвердість Kaliuzhnyi, P. B. Veis, V. I. Parkhomchuk, Zh. V. Cherednychenko, S. P. Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків |
| topic_facet |
casting steel fluidized sand cooling rate microstructure microhardness виливок сталь псевдозріджений пісок швидкість охолодження мікроструктура мікротвердість |
| format |
Article |
| author |
Kaliuzhnyi, P. B. Veis, V. I. Parkhomchuk, Zh. V. Cherednychenko, S. P. |
| author_facet |
Kaliuzhnyi, P. B. Veis, V. I. Parkhomchuk, Zh. V. Cherednychenko, S. P. |
| author_sort |
Kaliuzhnyi, P. B. |
| title |
Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків |
| title_short |
Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків |
| title_full |
Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків |
| title_fullStr |
Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків |
| title_full_unstemmed |
Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків |
| title_sort |
використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків |
| title_alt |
Application of a fluidized sand bed to control the structure of steel castings |
| description |
This study investigates the influence of fluidized silica sand on the microstructure formation of 40KhL steel during lost foam casting. The aim of the research was to experimentally assess the possibility of controlling the microstructure of castings by modifying the cooling conditions within the mold, without applying conventional heat treatment. For this purpose, single-use stepped patters made of polystyrene foam were fabricated and poured with molten steel at a temperature of 1560 °C. The castings were cooled in molds filled with dry silica sand: the first series under natural conditions, the second with a fluidized sand bed created by supplying compressed air from the bottom of the mold after the casting reached a temperature of approximately 1070 °C.
Microstructural analysis and microhardness measurements were carried out on samples extracted from walls of different thicknesses (5–20 mm). In the samples cooled in fluidized sand, the formation of a highly dispersed martensitic structure was observed in the thin walls (5 mm), along with bainitic structures in the thicker zones. The microhardness of martensite reached up to 900 HV200, which significantly exceeded the values observed in samples cooled under conventional conditions (~260–380 HV200). In castings with thicker walls, a gradient structure was formed with increased surface hardness. Additionally, the formation of an oxidized porous layer on the sample surface due to rapid cooling was detected, with a thickness of 209 ± 32 µm.
The obtained results confirm the effectiveness of the fluidized sand method in controlling the cooling rate and, consequently, the phase composition of steel castings. This method enables the production of castings with tailored properties without additional thermal processing, aligning with current requirements for energy saving and resource efficiency in foundry operations. The proposed approach can be used to produce thin-walled or surface-hardened castings of complex geometry. |
| publisher |
Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-2-2 |
| work_keys_str_mv |
AT kaliuzhnyipb applicationofafluidizedsandbedtocontrolthestructureofsteelcastings AT veisvi applicationofafluidizedsandbedtocontrolthestructureofsteelcastings AT parkhomchukzhv applicationofafluidizedsandbedtocontrolthestructureofsteelcastings AT cherednychenkosp applicationofafluidizedsandbedtocontrolthestructureofsteelcastings AT kaliuzhnyipb vikoristannâpsevdozrídženogošarupískudlâkeruvannâstrukturoûstalevihvilivkív AT veisvi vikoristannâpsevdozrídženogošarupískudlâkeruvannâstrukturoûstalevihvilivkív AT parkhomchukzhv vikoristannâpsevdozrídženogošarupískudlâkeruvannâstrukturoûstalevihvilivkív AT cherednychenkosp vikoristannâpsevdozrídženogošarupískudlâkeruvannâstrukturoûstalevihvilivkív |
| first_indexed |
2025-09-24T18:19:37Z |
| last_indexed |
2025-12-02T19:01:28Z |
| _version_ |
1850424257683652608 |
| spelling |
oai:ojs2.localhost:article-3392025-11-23T17:39:26Z Application of a fluidized sand bed to control the structure of steel castings Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків Kaliuzhnyi, P. B. Veis, V. I. Parkhomchuk, Zh. V. Cherednychenko, S. P. casting steel fluidized sand cooling rate microstructure microhardness виливок сталь псевдозріджений пісок швидкість охолодження мікроструктура мікротвердість This study investigates the influence of fluidized silica sand on the microstructure formation of 40KhL steel during lost foam casting. The aim of the research was to experimentally assess the possibility of controlling the microstructure of castings by modifying the cooling conditions within the mold, without applying conventional heat treatment. For this purpose, single-use stepped patters made of polystyrene foam were fabricated and poured with molten steel at a temperature of 1560 °C. The castings were cooled in molds filled with dry silica sand: the first series under natural conditions, the second with a fluidized sand bed created by supplying compressed air from the bottom of the mold after the casting reached a temperature of approximately 1070 °C. Microstructural analysis and microhardness measurements were carried out on samples extracted from walls of different thicknesses (5–20 mm). In the samples cooled in fluidized sand, the formation of a highly dispersed martensitic structure was observed in the thin walls (5 mm), along with bainitic structures in the thicker zones. The microhardness of martensite reached up to 900 HV200, which significantly exceeded the values observed in samples cooled under conventional conditions (~260–380 HV200). In castings with thicker walls, a gradient structure was formed with increased surface hardness. Additionally, the formation of an oxidized porous layer on the sample surface due to rapid cooling was detected, with a thickness of 209 ± 32 µm. The obtained results confirm the effectiveness of the fluidized sand method in controlling the cooling rate and, consequently, the phase composition of steel castings. This method enables the production of castings with tailored properties without additional thermal processing, aligning with current requirements for energy saving and resource efficiency in foundry operations. The proposed approach can be used to produce thin-walled or surface-hardened castings of complex geometry. У роботі досліджено вплив псевдозрідженого кварцового піску на структуроутворення сталі 40ХЛ під час лиття за моделями, що газифікуються. Метою дослідження було експериментально перевірити можливість керування мікроструктурою виливків шляхом зміни умов охолодження у ливарній формі без застосування традиційної термічної обробки. Для цього були виготовлені разові моделі ступінчастих проб із пінополістиролу, які заливали розплавом сталі за температури 1560 °C. Виливки охолоджували у формах, заповнених сухим кварцовим піском: перша серія — за звичайних умов, друга — з використанням псевдозрідженого шару піску, який створювали подачею стисненого повітря знизу форми після досягнення температури виливка ~1070 °C. Проведено мікроструктурний аналіз і вимірювання мікротвердості зразків зі стінок різної товщини (5–20 мм). У зразках, охолоджених у псевдозрідженому піску, зафіксовано формування високодисперсної мартенситної структури у тонких стінках (5 мм), а також бейнітної структури у товстіших зонах. При цьому мікротвердість мартенситу сягала 900 HV200, що суттєво перевищує значення для зразків, охолоджених у звичайних умовах (~260–380 HV200). У зразках з товстішими стінками спостерігалося утворення градієнтної структури зі збільшеною твердістю при поверхні. Виявлено також формування окисленого поруватого шару на поверхні зразків у разі швидкого охолодження товщиною 209 ± 32 мкм. Отримані результати підтверджують ефективність методу псевдозрідження піску для керування швидкістю охолодження та, відповідно, фазовим складом сталевих виливків. Метод дозволяє створювати виливки з регульованими властивостями без додаткових термічних операцій, що узгоджується з сучасними вимогами енергозбереження та ресурсоефективності в ливарному виробництві. Запропонований підхід може бути використаний для виготовлення тонкостінних або поверхнево зміцнених виливків складної конфігурації. Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine 2025-06-30 Article Article application/pdf https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-2-2 10.15407/mom2025.02.013 Scientific Technical Journal; Vol. 31 No. 2 (2025): The Scientific Technical journal Metal Science and Treatment of Metals; 13-23 Науково-технічний журнал; Том 31 № 2 (2025): Науково-технічний журнал Металознавство та обробка металів; 13-23 2664-2441 2073-9583 uk https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-2-2/2025-2-2 Copyright (c) 2025 Scientific Technical Journal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |