Розробка математичної моделі твердості Ti-легованого чавуна для литих деталей, що експлуатуються в умовах інтенсивного абразивного тертя

Автор(и)

  • Андрій Сергійович Барсук Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-7978-4407

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.301156

Ключові слова:

зносостійкість чавуну, твердість HRC, легування чавуну, хімічний склад чавуну

Анотація

Об'єктом дослідження є зносостійкий чавун, призначений для литих деталей, що працюють за умов інтенсивного абразивного тертя в процесі експлуатації. Прикладами таких деталей можуть бути лопатки змішувачів різного функціонального призначення, до експлуатаційних властивостей яких відносять стійкість, яка залежить від твердості, що визначається за шкалою HRC. Для надання таким литим деталям зносостійких властивостей чавуни, з яких вони виготовляються, легують елементами, що сприяють формуванню карбідів різного складу: W, V, Mo, Ti тощо. Основною проблемою, яка перешкоджає цілеспрямованому вибору матеріалів, є неповне знання щодо впливу хімічного складу на властивості, зокрема зносостійкість, що перешкоджає обґрунтованому критерію вибору.

Методами регресійного аналізу отримана математична модель, що включає рівняння регресії виду HRC=f(C; Ceq; Ti), яка пов’язує вміст в чавуні вуглецю, титану та вуглецевий еквівалент та твердість. Отримана модель дозволяє здійснювати цілеспрямований вибір хімічного складу, що забезпечує задану величину HRC, від якої залежить зносостійкість. Оптимізація хімічного складу, виконана за цією моделлю, дозволила визначити, що хімічний склад, що забезпечує максимум твердості HRC=49, знаходиться за межами області планування: C=3.54 %, Ceq=3.95 %, Ti=3.56 %. Встановлено, що таке ж значення твердості може бути отримано і всередині розглянутої області планування, яка має довільний вигляд, забезпечений доступними умовами пасивного експерименту. Відповідно до наявних експериментальних даних, значення вхідних змінних, що дорівнюють C=3.34 %, Ceq=3.727 %, Ti=0.73 %, забезпечують отримання твердості на рівні HRC=49. Такі альтернативні варіанти щодо складу та властивостей можуть свідчити про те, що поверхня відгуку HRC=f(C; Ceq; Ti) має складний вигляд, який потребує додаткових досліджень.

Біографія автора

Андрій Сергійович Барсук, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Аспірант

Кафедра ливарного виробництва

Посилання

  1. Golub, G., Myhailovych, Y., Achkevych, O., Chuba, V. (2019). Optimization of angular velocity of drum mixers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (99)), 64–72. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.166944
  2. Hassanpour, A., Tan, H., Bayly, A., Gopalkrishnan, P., Ng, B., Ghadiri, M. (2011). Analysis of particle motion in a paddle mixer using Discrete Element Method (DEM). Powder Technology, 206 (1-2), 189–194. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.07.025
  3. Gao, W., Liu, L., Liao, Z., Chen, S., Zang, M., Tan, Y. (2019). Discrete element analysis of the particle mixing performance in a ribbon mixer with a double U-shaped vessel. Granular Matter, 21 (1). doi: https://doi.org/10.1007/s10035-018-0864-4
  4. Bohl, D., Mehta, A., Santitissadeekorn, N., Bollt, E. (2011). Characterization of Mixing in a Simple Paddle Mixer Using Experimentally Derived Velocity Fields. Journal of Fluids Engineering, 133 (6). doi: https://doi.org/10.1115/1.4004086
  5. Li, S., Kajiwara, S., Sakai, M. (2021). Numerical investigation on the mixing mechanism in a cross-torus paddle mixer using the DEM-CFD method. Powder Technology, 377, 89–102. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.08.085
  6. Zaselskiy, V., Shved, S., Shepelenko, M., Suslo, N. (2020). Modeling the horizontal movement of bulk material in the system «conveyor – rotary mixer». E3S Web of Conferences, 166, 06008. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016606008
  7. 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.
  8. Demin, D. A. (1998). Change in cast iron's chemical composition in inoculation with a Si-V-Mn master alloy. Litejnoe Proizvodstvo, 6, 35.
  9. 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. doi: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.263428
  10. 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. doi: https://doi.org/10.15587/2312-8372.2017.93178
  11. 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. doi: https://doi.org/10.15587/2313-8416.2017.109175
  12. 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. doi: https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.109097
  13. Mohanad, M. K., Kostyk, V., Domin, D., Kostyk, K. (2016). Modeling of the case depth and surface hardness of steel during ion nitriding. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (80)), 45–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.65454
  14. Kontorov, B. M., Kunin, N. M. (1960). Iznosostoikie belye chuguny, legirovany borom i titanom. Liteinoe proizvodstvo, 4.
  15. Demin, D. (2020). Constructing the parametric failure function of the temperature control system of induction crucible furnaces. EUREKA: Physics and Engineering, 6, 19–32. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001489
  16. Kharchenko, S., Barsuk, A., Karimova, N., Nanka, A., Pelypenko, Y., Shevtsov, V. et al. (2021). Mathematical model of the mechanical properties of Ti-alloyed hypoeutectic cast iron for mixer blades. EUREKA: Physics and Engineering, 3, 99–110. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2021.001830
  17. Barsuk, A. (2022). Optimization of the composition of cast iron for cast parts operating under abrasive friction, according to the criterion of maximum wear resistance. ScienceRise, 5, 14–20. doi: https://doi.org/10.21303/2313-8416.2022.002775
  18. Domin, D. (2013). Artificial orthogonalization in searching of optimal control of technological processes under uncertainty conditions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (65)), 45–53. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.18452
Development of the hardness mathematical model of Ti-alloyed iron for cast parts used in conditions of intensive abrasive friction

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-04-03

Як цитувати

Барсук, А. С. (2024). Розробка математичної моделі твердості Ti-легованого чавуна для литих деталей, що експлуатуються в умовах інтенсивного абразивного тертя. Technology Audit and Production Reserves, 3(1(77), 6–9. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.301156

Номер

Том 3 № 1(77) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Металургія

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Andriy Barsuk

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.