Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия

Е. И. Яровая, доцент кафедры металлургических технологий и оборудования (МТиО), канд. техн. наук, эл. почта: helyar@yandex.ru
И. О. Леушин, заведующий кафедрой МТиО, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: igoleu@yandex.ru

Филиал Российского федерального ядерного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики «Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю. Е. Седакова», Нижний Новгород, Россия
А. Ю. Гусев, заместитель главного конструктора – начальник отделения филиала, эл. почта: algus_76@mail.ru

На основе анализа изменения напряженно-деформационного состояния отливки «ступица» из стали 30ХНМЛ, формируемой в песчано-глинистых формах (ПГФ), и из холоднотвердеющих смесей (ХТC), установлено, что ПГФ-процесс является более чувствительным к трещинообразованию. Напряжения в отливке, охлаждаемой в ПГФ-форме в зоне предельных пластических деформаций стали, выше, чем в форме из ХТC, колебания температур в объеме составляют 10–15 °C для ПГФ и 8–10 °C для ХТС, брак по трещинам практически одинаковый и равен 1–1,5 %. Выявлено, что данные колебания могут быть следствием наличия прибыльных конструкций в верхней части и образованием зазора между контактными поверхностями отливки и формы (до 0,5 мм), влияющими на теплопередачу. Определены критические напряжения в металле при различных скоростях охлаждения (0,1–0,35 °C/с) в диапазоне 1480–500 °C. Рассмотрена возможность снижения трещинообразования на основе анализа трех параметров: скорости охлаждения, внутренних напряжений и теплопередачи. Для данной конструкции отливки «ступица» из сплава 30ХНМЛ установлена необходимость терморегуляции, которая обеспечивает устранение перепадов температур, усадочных напряжений и трещин. Решением проблемы является установка термостатных элементов, которые в интервале пластичности обеспечивают равномерную заданную скорость охлаждения (менее 0,25 °C/c), контактную поверхность, соответствующую геометрическим параметрам отливки; имеют низкие коэффициент линейного расширения и теплопроводность.

1. Чернышов Е. А., Евстигнеев А. И., Евлампиев А. А. Литейные дефекты. Причины образования. Способы предупреждения и исправления. — М. : Машиностроение, 2008. — 282 с.
2. Monroe C., Beckermann C. Development of a hot tear indicator for steel castings // Material Science and Engineering: A. 2005. Vol. 413-414. P. 30–36.
3. Stradomski Z., Stachura S., Stradomski G. Fracture mechanisms in steel castings // Archives of Foundry Engineering. 2013. Vol. 13, Iss. 3. P. 88–91.
4. Шибеев Е. А., Москвин И. П., Танакова Ю. Е. Влияние податливости смеси на дефект отливок в виде трещин // Омский научный вестник. 2017. № 6 (156). С. 19–23.
5. Чернышов Е. А. Формирование стальных отливок в условиях внешнего и комплексного воздействия. — Н. Новгород : Изд-во НГТУ, 2007. — 199 с.
6. Исагулов А. З., Ибатов М. К., Медведева И. Е., Малашкевичуте-Брийан Е. И. и др. Применение внутренних холодильников при литье по газифицируемым моделям // Труды университета. 2021. № 4 (85). С. 73–77.
7. Болдин А. Н. и др. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые смеси и покрытия : справочник / МГТУ им. Н. Э. Баумана. — М. : Машиностроение, 2006. — 507 с.
8. Жуковский С. С. и др. Формовочные материалы и технология литейной формы : справочник / под общ. ред. С. С. Жуковского. — М. : Машиностроение, 1993. — 431 с.
9. ГОСТ Р 53464–2009. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. — Введ. 01.07.2010.
10. Лукашик К. А., Бурцев Д. С., Пономарев А. А., Солохненко В. В. Развитие представлений о формировании точности отливок, получаемых литьем в формы из холоднотвердеющих смесей // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. Т. 17. № 9. С. 387–389.

11. Батышев А. И., Батышев К. А. Образование горячих трещин в стальных отливках в зависимости от условий затвердевания. Часть IV // Литейное производство. 2018. № 1. С. 12–14.
12. Иванов М. А., Швецов В. И. Влияние скорости охлаждения сплава на процесс образования трещин в отливках // Литье и металлургия. 2013. № 3 (72). С. 106–108.
13. Кузовов С. С., Макаренко К. В., Дмитриева Н. В. Анализ влияния химсостава стали на образование горячих трещин в отливках // Литейное производство. 2018. № 2. С. 17–19.
14. Тимофеев Г. И. Механика сплавов при кристаллизации слитков и отливок. — М. : Металлургия, 1977. — 160 с.
15. Самойлович Ю. А., Тимошпольский Н. Л., Мандель В. И. Показатели пластичности углеродистой и легированной стали при повышенных температурах (обзор) // Литье и металлургия. 2006. № 1 (37). С. 93–96.
16. Santillana B., Eskin D. G., Boom R., Katgerman L. The 3^rd International Conference on Advances in Solidification Processes // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2011. Vol. 27. P. 1–6.
17. Davies G. J. Solidification and casting. — London : Applied Science Publishers LTD, 1973. — 206 p.
18. Десницкая Л. В., Десницкий В. В., Матвеев И. А. Учет напряженно-деформированного состояния кристаллизующихся стальных отливок в технологии их производства // Литейное производство. 2019. № 4. С. 6–8.
19. Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. — М. : Машиностроение, 1979. — 335 с.
20. Теплофизические свойства веществ : справочник / под ред. проф. Н. Б. Варгафтика. — Москва ; Ленинград : Госэнергоиздат, 1956. — 367 с.
21. Ильичев М. В., Мордынский В. Б., Терешонок Д. В., Тюфтяев А. С. и др. Экспериментальное определение зависимости коэффициента теплопроводности стали от температуры // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 2. С. 193–198.
22. Иванов М. А., Швецов В. И., Волосатова Е. Л., Изотов Д. В. Развитие теории трещиноустойчивости отливок // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2011. № 36 (253). С. 48–50.