РОЗДІЛ 2
ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА І ОСНОВНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Моделювання технологічних варіантів диференційованого модифікування чавуну в ливарній формі для виробництва двошарових і двобічних чавунних виливків
Спосіб виробництва двошарових чавунних виливків із зносостійкою твердою робочою поверхнею і м'якою пластичною ударостійкою матрицею, що досліджується, полягає в попередньому завантаженні модифікатора в реакційну камеру ливникової системи ливарної форми з наступним заливанням форми крізь реакційну камеру і розчиненням модифікатора в струмені чавуну. При цьому розрахункова кількість модифікатора і тривалість його розчинення навмисно зменшується таким чином, щоб на другому етапі заливання частина чавуну надходила в форму без модифікування крізь спустошену реакційну камеру або після паузи крізь незалежну ливникову систему без реакційної камери. Можливі й інші варіанти диференційованого модифікування чавуну в ливниковій системі форми для отримання двобічних виливків, наприклад, розділенням вихідного чавуну в ливниковій системі на два потоки, один з яких прямує безпосередньо в одну частину порожнини форми, а інший - крізь реакційну камеру з модифікатором у іншу частину форми. Також можливо обидва потоки одночасно спрямувати в різні частини порожнини форми крізь камери з різними за функціональним призначенням модифікаторами [143].
Апріорним моделюванням різноманітних конструктивно-технологічних варіантів диференційованого модифікування чавуну в ливарній формі встановлені чотири основні морфологічні ознаки запропонованого процесу:
- хімічний склад базового чавуну (прогнозовані властивості в виливках);
- заряд реакційної камери (функціональне призначення модифікатора);
- тип виливка (об'єкт експериментального дослідження);
- конструктивна схема ливникової системи з реакційними камерами.
За першою морфологічною ознакою ливарну форму можна заливати вихідним чавуном трьох типів і, відповідно, трьох хімічних складів з їх прогнозованими властивостями в металі виливка (рис. 2.1):
- модифікованим у розливальному ковші поза ливарною формою м'яким магнієвим чавуном з кулястим графітом графіто-феритного класу евтектичного хімічного складу (ВЧ);
- схильним до кристалізації з вибіленням твердим чавуном цементито-перлітного класу доевтектичного хімічного складу (БЧ);
- звичайним сірим чавуном з пластинчастим графітом графіто-феритного класу евтектичного хімічного складу (СЧ).
Рис. 2.1. Схематичні варіанти заливання форми високоміцним феритним (ВЧ), білим цементитним (БЧ) або сірим (СЧ) чавуном крізь реакційну камеру з графітизувальним (ГМ), карбідостабілізувальним (КМ) або сфероїдизувальним (СМ) модифікатором
За другою морфологічною ознакою як заряд реакційної камери ливникової системи форми спрямованого функціонального призначення доцільно використовувати три типи модифікаторів (див. рис.2.1.):
- графітизувальний модифікатор у заповненій (ГМ) або у напівзаповненій (0,5ГМ) реакційній камері;
- карбідостабілізувальний модифікатор у заповненій (КМ) або в напівзаповненій (0,5КМ) реакційній камері;
- сфероїдизувальний модифікатор у заповненій (СМ) або в напівзаповненій (0,5СМ) реакційній камері.
Крім того, можливі наступні варіанти двошарового заповнення камери двома різнорідними за функціональним призначенням модифікаторами:
- графітизувальний модифікатор знаходиться у верхньому шарі, а карбідостабілізувальний модифікатор у нижньому шарі заряду реакційної камери (ГМ-КМ);
- карбідостабілізувальний модифікатор - зверху, а графітизувальний - знизу (КМ-ГМ);
- графітизувальний модифікатор - зверху, а сфероїдизувальний - знизу (ГМ-СМ);
- сфероїдизувальний модифікатор - зверху, а графітизувальний - знизу (СМ-ГМ);
- карбідостабілізувальний модифікатор зверху, а сфероїдизувальний - знизу (КМ-СМ);
- сфероїдизувальний модифікатор - зверху, а карбідостабілізувальний - знизу (СМ-КМ).
За третьою морфологічною ознакою можливі чотири принципові схеми конструкцій ливникових систем з реакційними камерами для виробництва двошарових та двобічних виливків:
- з двома незалежними ливниковими системами, одна з яких включає реакційну камеру (рис. 2.2, а);
- з двома незалежними ливниковими системами, кожна з яких включає реакційну камеру (рис. 2.2, б);
- з розділенням загальної ливникової системи на дві частини, одна з яких включає реакційну камеру (рис. 2.2, в);
- з розділенням загальної ливникової системи на дві частини, кожна з яких включає реакційну камеру (рис. 2.2, г).
а б
в г
Рис. 2.2. Схеми конструктивних варіантів ливникових систем з реакційними камерами
За четвертою морфологічною ознакою всю номенклатуру біметалевих виливків можна поділити на два спрощених типи: двобічна плита та двошаровий брусок.
Двобічна плита (рис. 2.3, а) з однією локальною частиною з м'якого ударостійкого (ВЧ), а іншою - з твердого зносостійкого (БЧ) чавуну за умовами експлуатації моделює фрагменти виливків типу метальних лопаток, дробометальних і піскометальних апаратів, зубів екскаватора, ножів розпушників землечерпалок та інших подібних виробів.
Двошаровий брусок (рис. 2.3, б) з м'якою базовою матричною підкладкою (ВЧ) і твердою зносостійкою робочою поверхнею (БЧ) моделює фрагменти виливків типу прокатних валків і опорних роликів, щік дробарок, бронефутерувальних плит кульових млинів, склизів бункерів сипких матеріалів, зубчас