Визначення раціональних комплексних модифікуючих та легуючих добавок для підвищення механічних характеристик сірого чавуну

Автор(и)

  • Степан Іванович Клименко Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України , Україна https://orcid.org/0000-0002-2431-451X
  • Анатолій Михайлович Верховлюк Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України , Україна https://orcid.org/0000-0002-2670-4052
  • Артур Арутюнович Севоян Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0009-0005-7966-2545
  • Олег Вікторович Акімов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-7583-9976
  • Ольга Іванівна Пономаренко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3043-4497
  • Павло Сергійович Пензєв Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-0402-9575

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.318552

Ключові слова:

механічні характеристики чавуну, модифікатори чавуну, легування, мікроструктура чавуну, графітизуючі та карбідоутворюючи елементи

Анотація

Об’єктом дослідження є механічні властивості та параметри мікроструктури чавуну. Вирішувалася проблема забезпечення високих механічних властивостей чавуну для деталей машинобудування. Для цього було сформовано робочу гіпотезу, яка передбачала можливість підвищення механічних властивостей підбором комплексних добавок на основі модифікаторів та легуючих феросплавів.

Досліджувалась дія 4 груп добавок: група 1 – ферохром (ФХ025) і силікокальцій (СК-30), група 2 – феротитан (ФТі35) і фероборал (ФБ6), група 3 – феротитан (ФТі35) і ферохром (ФХ025), група 4 – фероборал (ФБ6) і силікокальцій (СК-30). Їх вводили в рідкий метал у різному відсотковому відношенні у кількості 3 % від маси рідкого чавуну. За механічні характеристики були обрані: межа міцності на вигинання (σ, MPa), межа міцності на розривання (UTS, MPa), стріла прогину (f, mm), твердість (HB) та відбілювання.

Визначено, що характеристики міцності чавуну, який оброблено феросплавами групи 1, досягають максимуму при близько 40 % силікокальцію у складі добавки. Межа міцності чавуну на розривання досягає близько 320 MPa, межа міцності на вигинання близько 710 MPa, стріла прогину – 4,5 мм, а твердість відповідає рівню НВ250. Встановлено факт конкуренції твердості та інших механічних властивостей в діапазоні вмісту силікокальцію у складі модифікатора до 40 %. Таким чином, встановлено, що саме комбінація ФХ025 + СК-30 за співвідношення компонентів 40:60 відповідно є раціональною.

Виявлені закономірності зміни кількості карбідів, розміру графіту та кількості фериту за використання різних добавок дозволяють пояснити закономірності формування механічних властивостей чавунів. Завдяки цьому стає можливим виявляти механізм формування властивостей, забезпечуючи цілеспрямоване регулювання якості чавуну.

Отримані результати можуть бути використані в умовох чавуноливарних цехів при виготовленні виливків для машинобудування

Біографії авторів

Степан Іванович Клименко, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України

Кандидат технічних наук

Директор Держдепартаменту ливарного виробництва при міністерстві економіки та Національної академії наук України

Відділ фізико-хімії ливарних процесів

Анатолій Михайлович Верховлюк, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України

Доктор технічних наук, професор, завідувач відділу

Відділ фізико-хімії сплавів

Артур Арутюнович Севоян, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Аспірант

Кафедра ливарного виробництва

Олег Вікторович Акімов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра ливарного виробництва

Ольга Іванівна Пономаренко, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра ливарного виробництва

Павло Сергійович Пензєв, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Старший викладач

Кафедра ливарного виробництва

Посилання

  1. Хільчевський, В. В. (2002). Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів. К.: Либідь, 328.
  2. Demin, D. A., Pelikh, V. F., Ponomarenko, O. I. (1995). Optimization of the method of adjustment of chemical composition of flake graphite iron. Litejnoe Proizvodstvo, 7-8, 42–43.
  3. Demin, D. A., Pelikh, V. F., Ponomarenko, O. I. (1998). Complex alloying of grey cast iron. Litejnoe Proizvodstvo, 10, 18–19.
  4. Demin, D. A. (1998). Change in cast iron’s chemical composition in inoculation with a Si-V-Mn master alloy. Litejnoe Proizvodstvo, 6, 35.
  5. Riposan, I., Chisamera, M., Stan, S. (2014). New developments in high quality grey cast irons. China Foundry, 11 (4), 351–364.
  6. Demin, D. (2020). Constructing the parametric failure function of the temperature control system of induction crucible furnaces. EUREKA: Physics and Engineering, 6, 19–32. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001489
  7. Demin, D., Domin, O. (2021). Adaptive technology for constructing the kinetic equations of reduction reactions under conditions of a priori uncertainty. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 14–29. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2021.001959
  8. Fourlakidis, V., Diószegi, A. (2014). A generic model to predict the ultimate tensile strength in pearlitic lamellar graphite iron. Materials Science and Engineering: A, 618, 161–167. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.08.061
  9. Dymko, I. (2018). Choice of the optimal control strategy for the duplex-process of induction melting of constructional iron. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 3–13. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2018.00669
  10. Borsato, T., Berto, F., Ferro, P., Carollo, C. (2016). Effect of in-mould inoculant composition on microstructure and fatigue behaviour of heavy section ductile iron castings. Procedia Structural Integrity, 2, 3150–3157. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2016.06.393
  11. Demin, D. (2017). Strength analysis of lamellar graphite cast iron in the «carbon (C) – carbon equivalent (Ceq)» factor space in the range of C = (3,425-3,563) % and Ceq = (4,214-4,372) %. Technology Audit and Production Reserves, 1 (1 (33)), 24–32. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2017.93178
  12. Demin, D. (2017). Synthesis of nomogram for the calculation of suboptimal chemical composition of the structural cast iron on the basis of the parametric description of the ultimate strength response surface. ScienceRise, 8, 36–45. https://doi.org/10.15587/2313-8416.2017.109175
  13. Demin, D. (2018). Investigation of structural cast iron hardness for castings of automobile industry on the basis of construction and analysis of regression equation in the factor space «carbon (C) - carbon equivalent (Ceq)». Technology Audit and Production Reserves, 3 (1 (41)), 29–36. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.109097
  14. Thilak, G., Chandramohan, P., Saravanan, V. S. (2023). Influence of alloying elements and its effect on austempering of compacted graphite iron – A review. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.09.119
  15. Demin, D., Frolova, L. (2024). Construction of a logical-probabilistic model of casting quality formation for managing technological operations in foundry production. EUREKA: Physics and Engineering, 6, 104–118. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2024.003518
  16. Aubakirov, D. R., Issagulov, A. Z., Akberdin, A. A., Kvon, Sv. S., Kulikov, V. Yu., Arinova, S. K. et al. (2022). Influence of boron- and barium-containing modifiers on the structure of low-chromium cast iron. Heliyon, 8 (11), e11496. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11496
  17. Aguado, E., Ferrer, M., Larrañaga, P., Stefanescu, D. M., Suárez, R. (2019). The Effect of the Substitution of Silicon by Aluminum on the Properties of Lamellar Graphite Iron. International Journal of Metalcasting, 13 (3), 536–545. https://doi.org/10.1007/s40962-018-00303-y
  18. Frolova, L., Shevchenko, R., Shpyh, A., Khoroshailo, V., Antonenko, Y. (2021). Selection of optimal Al–Si combinations in cast iron for castings for engineering purposes. EUREKA: Physics and Engineering, 2, 99–107. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2021.001694
  19. Popov, S., Frolova, L., Rebrov, O., Naumenko, Y., Postupna, О., Zubko, V., Shvets, P. (2022). Increasing the mechanical properties of structural cast iron for machine-building parts by combined Mn – Al alloying. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 118–130. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002243
  20. Lysenkov, V., Demin, D. (2022). Reserves of resource saving in the manufacture of brake drums of cargo vehicles. ScienceRise, 3, 14–23. https://doi.org/10.21303/2313-8416.2022.002551
  21. Nikolaiev, D. (2022). Procedure for selecting a rational technological mode for the processing of cast iron melt on the basis of graph-analytical processing of the data of serial smeltings. ScienceRise, 5, 3–13. https://doi.org/10.21303/2313-8416.2022.002774
  22. Frolova, L., Barsuk, A., Nikolaiev, D. (2022). Revealing the significance of the influence of vanadium on the mechanical properties of cast iron for castings for machine-building purpose. Technology Audit and Production Reserves, 4 (1 (66)), 6–10. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.263428
  23. Nikolaev, D. (2024). The choice of rational adjustment of the chemical composition of iron melted in an electric arc furnace on the basis of technological audit of serial films. Technology Audit and Production Reserves, 2 (1 (76)), 22–26. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.301259
  24. Demin, D. (2017). Synthesis of optimal control of technological processes based on a multialternative parametric description of the final state. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (4 (87)), 51–63. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.105294
  25. Верховлюк, А. М., Нарівський, А. В., Могилатенко, В. Г. (2016). Технології одержання металів та сплавів для ливарного виробництва. К.: Видавничий дім «Вініченко», 224. Available at: https://foundry.kpi.ua/wp-content/uploads/2020/03/tehnologiyi-oderzhannya-metaliv.pdf
  26. Білецький, В. С. (Ред.) (2004). Мала гірнича енциклопедія. Т. 1. Донецьк: Донбас, 670.
  27. References +++
  28. Khilchevskyi, V. V. (2002). Materialoznavstvo i tekhnolohiya konstruktsiynykh materialiv. Kyiv: Lybid, 328.
  29. Demin, D. A., Pelikh, V. F., Ponomarenko, O. I. (1995). Optimization of the method of adjustment of chemical composition of flake graphite iron. Litejnoe Proizvodstvo, 7-8, 42–43.
  30. Demin, D. A., Pelikh, V. F., Ponomarenko, O. I. (1998). Complex alloying of grey cast iron. Litejnoe Proizvodstvo, 10, 18–19.
  31. Demin, D. A. (1998). Change in cast iron’s chemical composition in inoculation with a Si-V-Mn master alloy. Litejnoe Proizvodstvo, 6, 35.
  32. Riposan, I., Chisamera, M., Stan, S. (2014). New developments in high quality grey cast irons. China Foundry, 11 (4), 351–364.
  33. Demin, D. (2020). Constructing the parametric failure function of the temperature control system of induction crucible furnaces. EUREKA: Physics and Engineering, 6, 19–32. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001489
  34. Demin, D., Domin, O. (2021). Adaptive technology for constructing the kinetic equations of reduction reactions under conditions of a priori uncertainty. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 14–29. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2021.001959
  35. Fourlakidis, V., Diószegi, A. (2014). A generic model to predict the ultimate tensile strength in pearlitic lamellar graphite iron. Materials Science and Engineering: A, 618, 161–167. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.08.061
  36. Dymko, I. (2018). Choice of the optimal control strategy for the duplex-process of induction melting of constructional iron. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 3–13. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2018.00669
  37. Borsato, T., Berto, F., Ferro, P., Carollo, C. (2016). Effect of in-mould inoculant composition on microstructure and fatigue behaviour of heavy section ductile iron castings. Procedia Structural Integrity, 2, 3150–3157. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2016.06.393
  38. Demin, D. (2017). Strength analysis of lamellar graphite cast iron in the «carbon (C) – carbon equivalent (Ceq)» factor space in the range of C = (3,425-3,563) % and Ceq = (4,214-4,372) %. Technology Audit and Production Reserves, 1 (1 (33)), 24–32. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2017.93178
  39. Demin, D. (2017). Synthesis of nomogram for the calculation of suboptimal chemical composition of the structural cast iron on the basis of the parametric description of the ultimate strength response surface. ScienceRise, 8, 36–45. https://doi.org/10.15587/2313-8416.2017.109175
  40. Demin, D. (2018). Investigation of structural cast iron hardness for castings of automobile industry on the basis of construction and analysis of regression equation in the factor space «carbon (C) - carbon equivalent (Ceq)». Technology Audit and Production Reserves, 3 (1 (41)), 29–36. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.109097
  41. Thilak, G., Chandramohan, P., Saravanan, V. S. (2023). Influence of alloying elements and its effect on austempering of compacted graphite iron – A review. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.09.119
  42. Demin, D., Frolova, L. (2024). Construction of a logical-probabilistic model of casting quality formation for managing technological operations in foundry production. EUREKA: Physics and Engineering, 6, 104–118. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2024.003518
  43. Aubakirov, D. R., Issagulov, A. Z., Akberdin, A. A., Kvon, Sv. S., Kulikov, V. Yu., Arinova, S. K. et al. (2022). Influence of boron- and barium-containing modifiers on the structure of low-chromium cast iron. Heliyon, 8 (11), e11496. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11496
  44. Aguado, E., Ferrer, M., Larrañaga, P., Stefanescu, D. M., Suárez, R. (2019). The Effect of the Substitution of Silicon by Aluminum on the Properties of Lamellar Graphite Iron. International Journal of Metalcasting, 13 (3), 536–545. https://doi.org/10.1007/s40962-018-00303-y
  45. Frolova, L., Shevchenko, R., Shpyh, A., Khoroshailo, V., Antonenko, Y. (2021). Selection of optimal Al–Si combinations in cast iron for castings for engineering purposes. EUREKA: Physics and Engineering, 2, 99–107. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2021.001694
  46. Popov, S., Frolova, L., Rebrov, O., Naumenko, Y., Postupna, О., Zubko, V., Shvets, P. (2022). Increasing the mechanical properties of structural cast iron for machine-building parts by combined Mn – Al alloying. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 118–130. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002243
  47. Lysenkov, V., Demin, D. (2022). Reserves of resource saving in the manufacture of brake drums of cargo vehicles. ScienceRise, 3, 14–23. https://doi.org/10.21303/2313-8416.2022.002551
  48. Nikolaiev, D. (2022). Procedure for selecting a rational technological mode for the processing of cast iron melt on the basis of graph-analytical processing of the data of serial smeltings. ScienceRise, 5, 3–13. https://doi.org/10.21303/2313-8416.2022.002774
  49. Frolova, L., Barsuk, A., Nikolaiev, D. (2022). Revealing the significance of the influence of vanadium on the mechanical properties of cast iron for castings for machine-building purpose. Technology Audit and Production Reserves, 4 (1 (66)), 6–10. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.263428
  50. Nikolaev, D. (2024). The choice of rational adjustment of the chemical composition of iron melted in an electric arc furnace on the basis of technological audit of serial films. Technology Audit and Production Reserves, 2 (1 (76)), 22–26. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.301259
  51. Demin, D. (2017). Synthesis of optimal control of technological processes based on a multialternative parametric description of the final state. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (4 (87)), 51–63. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.105294
  52. Verkhovliuk, A. M., Narivskyi, A. V., Mohylatenko, V. H. (2016). Tekhnolohiyi oderzhannia metaliv ta splaviv dlia lyvarnoho vyrobnytstva. Kyiv: Vydavnychyi dim «Vinichenko», 224. Available at: https://foundry.kpi.ua/wp-content/uploads/2020/03/tehnologiyi-oderzhannya-metaliv.pdf
  53. Biletskyi, V. S. (Ed.) (2004). Mala hirnycha entsyklopediya. Vol. 1. Donetsk: Donbas, 670.
Визначення раціональних комплексних модифікуючих та легуючих добавок для підвищення механічних характеристик сірого чавуну

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-27

Як цитувати

Клименко, С. І., Верховлюк, А. М., Севоян, А. А., Акімов, О. В., Пономаренко, О. І., & Пензєв, П. С. (2024). Визначення раціональних комплексних модифікуючих та легуючих добавок для підвищення механічних характеристик сірого чавуну. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (132), 15–23. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.318552

Номер

Том 6 № 12 (132) (2024): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Stepan Klymenko, Anatolii Verkhovliuk, Artur Sevoian, Oleg Akimov, Olga Ponomarenko, Pavlo Penziev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.