Влияние послойной заливки на микроструктуру и твердость вкладышей отбойных из хромистого чугуна

Процессы грануляции, дробления, измельчения сырья, наиболее широко используемые в горнорудной промышленности при переработке полезных ископаемых, реализуются в центробежных измельчителях высокоскоростным ударным воздействием, что приводит к быстрому износу сменных деталей центробежного дробильно-размольного оборудования. Одной из таких деталей является вкладыш отбойный, производимый в Институте технологии металлов Национальной академии наук Беларуси из износостойкого хромистого чугуна марки ИЧХ18ВМ. Геометрия данных деталей представляет собой параллелепипед с размером квадратного поперечного сечения 7,0–8,5 см. Для изменения микроструктуры данной детали с целью повышения ее износостойкости использована пятислойная заливка в кокиль специально разработанной конструкции. Численное моделирование теплообмена в системе отливка – кокиль показало, что в отличие от сплошной заливки на участке снятия перегрева температурная динамика в глубине отливки имеет немонотонный периодический характер. Изучены особенности микроструктуры отливок детали вкладыш отбойный при пятислойной заливке в кокиль. Показано, что особенности изменения температуры расплава в процессе заливки дают возможность считать многослойную заливку аналогом термоциклирования жидкого металла выше температуры солидуса. Установлено, что такая обработка обеспечивает существенное повышение дисперсности и равномерности микроструктуры по сечению отливки по сравнению с однократной заливкой. Участки перлитного распада распределены более равномерно по сечению отливки по сравнению с однократной заливкой. Причиной может являться более равномерное распределение зародышей цементита при распаде аустенита в условиях термоциклирования вследствие увеличения поверхности раздела аустенит – карбид в ледебурите. Повышение однородности структуры обеспечивает выравнивание твердости по сечению отливки. Опробованный способ послойного литья перспективен для повышения износостойкости и прочности деталей отбойных плит и вкладышей для центробежного дробильно-размольного оборудования.

1. Бороха, Э. Л. Центробежные дробилки и мельницы ударного типа / Э. Л. Бороха, В. В. Воробъев, А. В. Горобец // Центробежная техника – высокие технологии: материалы 3-й Междунар. науч.-техн. конф. Минск, 2008. С. 5–15.

2. Повышение ресурса работы деталей из износостойких хромистых чугунов оборудования по производству кирпича из глины и центробежных измельчителей / К. Э. Барановский, В. М. Ильюшенко, Э. Ф. Барановский, Г.П. Короткин // Литье и металлургия. 2010. № 3. С.43–47.

3. Цыпин, И. И. Износостойкие отливки из белых легированных чугунов: обзор / И. И. Цыпин. М.: НИИмаш, 1983. 56 с.

4. Гарбер, М. Е. Износостойкие белые чугуны: свойства, структура, технология, эксплуатация / М. Е. Гарбер. М.: Машиностроение, 2010. 280 с.

5. Барановский, К. Э. Получение отливок из износостойких хромистых чугунов в комбинированных формах и кокилях / К. Э. Барановский, В. М. Ильюшенко, П. Ю. Дувалов // Металл и литье Украины. 2012. № 6. С. 10–13.

6. Патент BY № 14155, МПК С22С 37/00. Износостойкий чугун: № а 20090689, заявл. 13.05.2009: опубл. 30.04.2011 / В. М. Ильюшенко, К. Э. Барановский: заявитель ГНУ «ИТМ НАН Беларуси». URL: https://by.patents.su/5-14155-iznosostojjkijj-chugun.html.

7. О применении внутренних источников теплоотвода при получении отливок из износостойких хромистых чугунов / В. А. Пумпур, А. Г. Анисович, К. Э. Барановский [и др.] // Наука и техника. 2022. Т. 21, № 6. С. 464–472. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-6-464-472.

8. Cтруктура и твердость литых деталей из износостойких чугунов / Е. И. Марукович, В. М. Ильюшенко, П. Ю. Дувалов, А. И. Калентионок, К. Э. Барановский // Литье и металлургия. 2017. № 3. С. 39–44. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2017-3-39-44.

9. Homogeneous Billet Layer Casting Fabrication Method / F. Ren, J. Wang, H. Ge [et al.] // Metallurgical and Materials Transactions A. 2017. Vol. 48, Nо 10. P. 4453–4457. https://doi.org/10.1007/s11661-017-4239-y.

10. Experimental and Numerical Simulation Study on Layer Casting Method for Composition Homogeneity on Ingot Casting / Li Jun, Wang Junge, Ren Fengli [et al.] // Acta metallurgica sinica. 2018. Vol. 54, Nо 1. P. 118–128 https://doi.org/10.11900/0412.1961.2017.00225.

11. A Comprehensive Study of Layer Casting Process by a Four-Phase Filling-Solidification Model / F. Ren, J. Li, H. Ge [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 284, 116737. https://doi.org/10.1016/j.Jmatprotec.2020.116737.

12. Дувалов, П. Ю. Теплофизические особенности литья вкладыша отбойного в 5 слоев из износостойкого хромистого чугуна / П. Ю. Дувалов, В. А. Дементьев, Ю. А. Лебединский // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: cб. науч. тр.: в 3 кн. / редкол.: В. Г. Залесский (гл. ред.) [и др.]. Минск: ФТИ НАН Беларуси, 2023. Кн. 1: Материаловедение. С. 95–110.

13. Hecht, F. New Development in FreeFem++ / F. Hecht // Journal of Numerical Mathematics. 2012. Vol. 20, No 3–4. P. 251–265. https://doi.org/10.1515/jnum-2012-0013.

14. Влияние термической обработки исходного расплава на структуру и свойства кристаллических слитков или отливок / П. С. Попель, В. Е. Сидоров, И. Г. Бродова [и др.] // Расплавы. 2020. № 1. С. 3–36. https://doi.org/10.31857/s0235010620010065.

15. Влияние состояния расплава на структуру жаропрочных сплавов типа ЦНК / А. Г. Тягунов, Т. К. Костина, Е. Е. Барышев, Г. В. Тягунов // Вестник ЮУрГУ. Сер. Металлургия. 2013. Т. 13, № 1. С. 79–84.

16. Сагалакова, М. М. Об аномальных свойствах доменного чугуна без выделений графита / М. М. Сагалакова // Вестник ЮУрГУ. Сер. Металлургия. 2022. Т. 22, № 1. С. 5–12.