Факультет:

Кафедра:

Спеціальність:

Науковий керівник:

Тема дипломної роботи:

Фізико-металургійний (ФМФ)

Фізичне матеріалознавство (ФМ)

Прикладне матеріалознавство (ПМ)

професор кафедри ФМ, доктор технічних наук Горбатенко Володимир Петрович

Дослідження структури і властивостей біметалів сталь-латунь отриманих методом відцентрової заливки

Висока економічність і довговічність створюваних машин може бути досягнута завдяки застосуванню біметалів. Біметали економлять дорогі кольорові метали та леговані сталі. В одному монолітному біметалічному виробі поєднуються дуже важливі різні властивості, наприклад висока механічна міцність і корозійна стійкість, висока міцність та антифрикційні властивості та ін Таким чином, створювані біметалічні матеріали мають комплекс різних властивостей, поєднання яких неможливо отримати в якому-небудь іншому сплаві.

Номенклатура деталей, які можуть виконуватися з біметалічних композицій, досить широка. Можна, зокрема, виділити групу деталей типу тіл обертання з внутрішньої робочою поверхнею.

Одним з найбільш прогресивних технологічних процесів для отримання біметалевих деталей, що мають форму тіл обертання, є відцентровий спосіб з електродуговим нагріванням (рис. 1).

1 – заготівля; 2 – шихта; 3 – центруючий фланець;

4 – графитова ущильнююча вставка-экран; 5 – графітові електроди

Рисунок 1. – Схема зашіхтованной заготівлі, підготовленої до заливки

Сутність даного способу полягає в наступному: всередину сталевої заготовки завантажують шихту (суміш частинок металу з флюсом), заготівлю із торців закривають фланцями з графітовими або азбестовими вставками. Заготівля встановлюється на верстаті і приводиться в обертання. Через центральні торцеві отвори всередину заготівлі вводять графітові електроди, між якими порушується електрична дуга, яка використовується в якості джерела тепла для плавлення шихти і нагрівання заготовки. Розплавлений метал шихти під дією відцентрових сил рівномірно розподіляється по внутрішній поверхні сталевої заготовки. Потім подача електроенергії на електроди припиняється до повного затвердіння залитого шару.

Шар плакуючего металу при цьому виходить щільним, без пор, раковин та інших дефектів. Даний метод також має ряд інших переваг: на чавунну або сталеву основу можна заливати більш тугоплавкі сплави, тому що нагрівання відбувається незалежною електричною дугою зсередини і температурний перепад йде від внутрішньої поверхні заливаємої гільзи до зовнішньої. Плавлення шихти (сплаву) відбувається безпосередньо на заливаємій поверхні. Одночасно плавленням шихти супроводжується підігрів заливаємої заготовки. В умовах горіння електричної дуги між графітовими електродами в замкнутому просторі з вельми обмеженим доступом повітря в зоні біметаллізаціі утворюється відновна атмосфера. Одночасно з плавленням можливе видалення окисних плівок за допомогою доданих в шихту оксідоросчиняючих флюсів.

Матеріалом для дослідження є біметалічна втулка. Склад матеріалу наведено в таблиці 1.

Таблиця 1. - Хімічний склад матеріалу.

Одною з основних вимог, що пред'являються до біметалу, є міцний зв'язок металів або сплавів, що складають біметал. За допомогою вимірювання мікротвердості вдалося встановити, що твердість як стальної так і латунної частини зразка зростає в напрямку вільної поверхні, а мінімальна твердість спостерігається поблизу границі. Так, біля границі розділу шарів твердість латуні становила 1160 - 1200 Н/мм², всередині шару 1230 - 1270 Н/мм², у вільній поверхні 1410 -1450 Н/мм². Це може бути пов'язано з витісненням цинку внапрямку вільної поверхні, зі збільшенням концентрації цинку підвищується міцність. Така ж картина спостерігається і в сталевої частини зразка. Приграничний шар сталі має твердість 1480 - 1550 Н/мм², в середині шару 2160 - 2240 Н/мм², у вільній поверхні 2530 - 2610 Н/мм². Зменшення міцності в сталевій частині зразка може бути зумовлено нагріванням в процесі заливання латунного шару.

Технологічний процес отримання біметалів методом відцентрової заливки забезпечує вельми міцний зв'язок сталевої основи з латунню. Плавлення шихти здійснюється безпосередньо на заливаємій сталевий поверхні, яка в ході процесу розігрівається до аустенітного стану. При цьому створюються хороші умови для дифузії елементів розплаву в розігріту сталеву основу.

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ:

• Технология производства крупных центробежнолитых биметаллических валков. / Р.Х. Гималетдинов, С.П. Павлов, А.А. Гулаков и др. Труды VI съезда литейщиков России. Том 2. - Екатеринбург: Изд. УГТУ-УПИ, 2003. с. 186- 188.;
• Костенко Г.Д., Снежко A.A. Технологические основы процессов получения биметаллических отливок/ Литейное производство. 1979. № 5. С. 25;
• Диффузионное перераспределение легирующих элементов при формировании биметаллических отливок / Г.Д. Костенко, В.Б. Крик, В.В. Горский и др. // Литейное производство. 1986. № 8. С. 9 10.;
• Особенности кристаллизации двухслойных отливок. /A.M. Михайлов, Н.С. Беспалов, М.К. Сарлин и др. Литейное производство, 1973, №7, с 26-28.;
• Гарбуз Н.А. Металлические композиционные материалы. В кн.: Литые биметаллические детали машин: Тр. Кубанского гос. ун-та,- Краснодар, 1972, с. 3-8.;
• Поздняк Л.А., Ульшин В.И., Костенко Г.Д., Влияние С, Сг, Мп на процесс формирования переходного слоя биметаллических отливок на основе железа. В кн.: Литье биметаллических изделий. - Киев, 1976, с 39-50.;
• Суходольская Е.А., Даниленко Е.А. Некоторые вопросы формирования структуры литого биметалла. Вестник Харьковского политехи, ин-та. -Харьков: Вища школа, 1973, №5, с 139-140.;
• Снежко A.A., Костенко Г.Д., Ульшин В.И. Формирование переходного слоя в биметаллических отливках сталь-чугун. В кн.: Литье биметаллических изделий. - Киев, 1976, с. 26 - 32.;
• Лакедемонский A.B. Биметаллические отливки. М.: Машиностроение, 1984.- 180 с.;
• Фурман Е.Л. Создание и совершенствование технологий получения композиционных отливок на основе изучения капиллярного взаимодействия в литейной форме: Дис. . доктора техн. наук.