ВПЛИВ МАСОВОГО СПІВВІДНОШЕННЯ АРМУЮЧОГО ЕЛЕМЕНТА ТА МАТРИЧНОГО СПЛАВУ НА ФОРМУВАННЯ ГЕТЕРОГЕННОГО ВИЛИВКА

Procesi littâ, 2023, Vol 3 (153), 25-33

Анотація

Для одержання виливків зі спеціальними функціональними властивостями металеві сплави армують необхідними компонентами у рідкофазному стані. Для вирішення важливої технологічної проблеми при поєднанні компонентів армованої системи щодо утворення надійного зв’язку на межі «армуючий елемент – матричний сплав» у статті методами
математичного та комп’ютерного моделювання досліджено зміну теплового стану армованого виливка в залежності від масового співвідношення армуючих елементів та матричного сплаву (10 50 )%. Об’єктом дослідження обрано циліндричний виливок зі сталі 35Л діаметром 100 мм та висотою 200 мм, армований металевими циліндричними елементами зі сталі 20Л діаметром 10 мм. Початкова температура армуючих елементів становила 20 °С, температура заливання матричного сплаву – 1600 °С. Обчислювальний експеримент проводили з використанням представницького об’єму, який відповідає досліджуваному виливку. Установлено теплофізичні особливості взаємодії рідкої й твердої фаз при формуванні гетерогенного виливка при відповідному масовому співвідношенні компонентів. За результатами обчислювального експерименту у статті наведено графічні залежності зміни температури армуючого елемента та металу під час формування виливка й товщини шару металу, що наморозився на армуючому елементі, при зміні його об’ємної частки. Аналіз зміни температур рідкого металу та армуючого елемента показав, що тепловий потік направлений на розігрів армуючого елемента. Через певний час у системі «армуюча фаза — рідкий метал» встановлюється температура, величина якої залежить від відсотка вмісту армуючої фази. Серія  обчислювальних експериментів дозволила встановити, що при вмісті армуючої фази до 13 % поверхня армуючого елемента досягає температури солідус рідкого металу за 2,25 с. Таким чином, армуючий елемент перебуває у двофазному стані, а армуюча фаза прискорила тепломасообмінні процеси і не зафіксувалась як армуючий елемент у виливку. Надійний дифузійний зв’язок із матричним сплавом забезпечується при вмісті армування від 18 % до 31,5 %, при цьому поверхня армуючого елемента виступає центром кристалізації. Підвищення армуючої металевої фази на понад 32 % при гравітаційному заливанні металу є недоцільним, тому що тоді не будуть забезпечені умови для ефективного з’єднання армуючої та рідкої фази в процесі тверднення. Одержані результати можуть бути використані при виробництві виливків зі спеціальними функціональними властивостями.