Внутренние растягивающие напряжения в отливках из чугуна

Количественный прогноз величины предусадочного расширения чугунных отливок позволяет снизить затраты на производство продукции и ее себестоимость за счет уменьшения затрат металла и объема механической обработки отливки. В связи с чем, актуальной является научно-техническая задача повышения размерной точности и уменьшения объёма прибылей отливок из чугуна получаемых в сырых песчано – глинистых формах.
Объект исследования – высокопрочный и серый чугун.
Предмет исследования – особенности формирования отливок из чугуна.

Цель работы
Показать напряженно-деформированное состояние в отливках из чугуна в зависимости от размера, формы и количества графитовых включений при графитизации для обеспечения разработки и корректировки технологического процесса изготовления отливок из чугуна в песчано – глинистых смесях.
Задачи
1. Раскрыть сущность процесса предусадочного расширения отливок из чугуна;
2. Провести сравнительный анализ влияния размера, формы и количества графитовых включений на величину внутренних растягивающих напряжений.

Факторы , влияющие на усадочные процессы:
Объёмная и линейная усадка различных видов чугунов , %

Механизм протекания предусадочного расширения при затвердевании отливок
Изменение коэффициента линейной усадки Кl при охлаждении:
белого чугуна (1),
серого чугуна с пластинчатым графитом (2),
высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (3) .
Смирнов, А.Н. Производство отливок из чугуна: учебное пособие / А.Н. Смирнов, И.В. Лейрих. – Донецк: Норд – пресс, 2005. – 245 с.

Срез твердого сплава, имеющий три графитовых включения пластинчатой формы.
Срез твердого сплава, имеющий три графитовых включения шаровидной формы.
Влияние размера, формы и количества графитовых включений на предусадочное расширение и размерную точность.
Рассмотрим некую плоскостную модель при следующих одинаковых условиях:
- количество включений графита;
- степень и скорость графитизации;
- объем включений графита;
- распределение включений.

Срез твердого сплава, имеющий шесть графитовых включений шаровидной формы.
Согласно закону Гука относительное удлинение образца l описывается формулой:
l=σ/Е,
где σ - внутреннее напряжение;
Е – модуль Юнга.

Микроструктура образцов (х100)
в)
а)
б)
г)
а) плавка 11, б) плавка 5, в) плавка 8, г)плавка 7.

Результаты металлографического анализа
Для всех образцов все прочие условия практически одинаковы:
- содержание углерода 3,57-3,65%;
- содержание кремния 1,8-2,0%;
- степень сфероидальности графита 0,85-0,91 по ГОСТ 3443-87;
- распределение графита ШГр1 по ГОСТ 3443-87;
- форма графита ШГф5 по ГОСТ 3443-87.

Выводы
1. Рассмотрены факторы влияющие на возникновения внутренних растягивающих напряжений в чугунах в зависимости от формы, размера и количества графитовых включений.
2.Теоретически обосновано с точки зрения теории упругости, что большее предусадочное расширение в отливках из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, по сравнению с серым чугуном с пластинчатым графитом, непосредственно после кристаллизации при всех прочих равных условиях, зависит от распределения внутренних растягивающих напряжений в теле отливки.
3.Также обосновано, что в отливках из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом с уменьшением размеров графитовых включений и увеличением их количества предусадочное расширение уменьшается.
Данные выводы можно использовать для регулирования размерной точности отливок из чугунов и снижения объема прибыльной части отливки.