Открытый доступ
Доступ для подписчиков
Влияние геометрии литых изделий на ориентацию роста дендритных кристаллов и образование горячих трещин
Аннотация
Представлены результаты исследований горячих трещин, образовавшихся в стальных фасонных отливках, изготовленных из низколегированной стали 20ГЛ. Проведены макро- и микроструктурные анализы, а также фрактографическое исследование образцов, вырезанных из отливок, применяемых при производстве железнодорожных грузовых вагонов. Рассмотрены критерии, применяемые для оценки склонности сплавов к горячеломкости. Показано, что на процесс образования горячих трещин существенное влияние оказывает ориентация дендритных кристаллов, а направление роста дендритов определяется условиями теплоотвода, на которые, в свою очередь, влияет геометрическая форма отливок. Изучено явление коалесценции в условиях разориентировки соседних дендритов и его влияние на образование горячих трещин. Предложен модифицированный критерий RDG, позволяющий через угол разориентировки соседних кристаллов учесть влияние геометрии литого изделия на образование горячих трещин.
Ключевые слова
Литература
Макаренко К. В., Кузовов С. С., Лесюнина О. А. Механические аспекты образования в отливках горячих трещин // Литейное производство. 2013. № 2. С. 5 – 8.
Макаренко К. В., Кузовов С. С., Чмыхов Д. В., Илюшкин Д. А., Денисихин С. В. Влияние микрогеометрии поверхности рабочей полости литейной формы на трещиноустойчивость стали // Технология металлов. 2018. № 1. С. 11 – 18.
Farup Ivar, Mo Asbjшrn. Two-Phase modeling of mushy zone parameters associated with hot tearing // Metallurgical and Materials Transactions A. 2000. V. 31A. May. No. 5. P. 1461 – 1472.
Brian G. T. Modeling of hot tearing and other defects in casting processes / In: ASM Handbook. V. 22A: Fundamentals of Modeling for Metals Processing / Edited by V. D. U. Furrer and S. L. Semiatin. 2009. P. 362 – 374.
Stefanescu D. M. Science and Engineering of Casting Solidification / Springer Science + Business Media. LLC. 2009. 402 p.
Simon Naumovich Lekakh, Ron O’Malley, Mark Emmendorfer, Brenton Hrebec. Control of columnar to equiaxed transition in solidification macrostructure of austenitic stainless steel castings // ISIJ International. 2017. V. 57. No. 5. P. 824 – 832.
Stradomski G. Fracture mechanisms in steel castings // Archives of Foundry Engineering. 2013, May. V. 13, No. 3. P. 88 – 91.
El-Bealy M. O. On the formation of interdendritic internal cracks during dendritic solidification of continuously cast steel slabs // Metallurgical and Materials Transactions B. 2012. Dec. V. 43B. No. 12. P. 1488 – 1516.
Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. В 2-х частях. Ч. II: Формирование макроскопического строения отливки М.: Машиностроение, 1979. 335 с.
Прохоров Н. Н. Физические процессы в металлах при сварке. Т. II: Внутренние напряжения, деформации и фазовые превращения. М.: Металлургия, 1976. 600 с.
Bellet M., Cerri O., Bobadilla M., Chastel Y. Modeling hot tearing during solidification of steels: Assessment and improvement of macroscopic criteria through the analysis of two experimental tests // Metallurgical and Materials Transactions A. 2009. V. 40A, No. 11. P. 2705 – 2717.
Suyitno W. H., Kool L. Katgerman. Hot tearing criteria evaluation for direct-chill casting of an Al – 4.5 Pct Cu alloy // Metallurgical and Materials Transactions A. June, 2005. V. 36A, No. 6. P. 1537 – 1546.
Nallathambi A. K., Penumakala P. K., Specht E. Review of hot tearing studies in Al alloys during direct chill casting // Proceedings of the 2013 International Symposium on Liquid Metal Processing & Casting / Edited by: Matthew J. M. Krane, Alain Jardy, Rodney L. Williamson, and Joseph J. Beaman. P. 277 – 281.
Li S. Hot Tearing in Cast Aluminum Alloys: Measures and Effects of Process Variables: A Dissertation Degree of Doctor of Philosophy in Materials Science and Engineering. Worcester: Worcester Polytechnic Institute. 2010. 128 p.
Santillana M. B. Thermo-Mechanical Properties and Cracking During Solidification of Thin Slab Cast Steel: Ter Verkrijging van de Graad van Doctor aan de Technische Universiteit Delft. College voor Promoties, Wageningen University. Wageningen, 2013. 186 p.
Коротченко А. Ю. Развитие научных и технологических основ получения фасонных литых заготовок в песчаных формах без усадочных дефектов и горячих трещин: дис. ... д-ра тех. наук: 05.16.04. МАТИ – РГТУ им. К. Э. Циолковского. М.: 2014. 305 с.
Eskin D. G., Katgerman L. A quest for a new hot tearing criterion // Metallurgical and Materials Transactions A. July, 2007. V. 38A, No. 7. P. 1511 – 1519.
Kou S. A criterion for cracking during solidification // Acta Materialia. 2015. No. 88. P. 366 – 374.
Rappazl M., Drezet J.-M., Mathier V., Vernиde S. Towards a micro-macro model of hot tearing // In: Materials Science Forum (July 2006). S. 519 – 521. Switzerland. Trans Tech. Publications. P. 1665 – 1674.
Feurer U. Quality control of engineering alloys and the role of metals science / Edit: H. Nieswaag and J. W. Schut. Delft: Delft University of Technology. The Netherlands, 1977. P. 131 – 145.
Eskin D. G. Physical Metallurgy of Direct Chill Casting of Aluminum Alloys / Boca Raton, London, New York: CRC Press. 2008. 274 p.
Sheikhi M., Malek Ghaini F., Assadi H., Sheikhi M. Prediction of solidification cracking in pulsed laser welding of 2024 aluminum alloy // Acta Materialia. 2015. V. 82. P. 491 – 502.
Rappaz M., Drezet J.-M., Gremaud M. A new hot-tearing criterion // Metallurgical and Materials Transactions A. Feb. 1999. V. 30A, No. 2. P. 449 – 455.
Drezet J.-M., Gremaud M., Graf R., Gaiimann M. A new hot tearing criterion for steel // Proceedings of the 4th European Continuous Casting Conference. IOM communications. Birmingham, UK, 2002. P. 755 – 763.
Suyitno. Hot Tearing and Deformation in Direct-chill Casting of Aluminum Alloys / Ter Verkrijging van de Graad van Doctor aan de Technische Universiteit Delft. College voor Promoties. Wageningen University. Wageningen, 2005. 187 p.
Drezet J.-M., Allehaux D. Application of the Rappaz–Drezet– Gremaud hot tearing criterion to welding of aluminium alloys / Hot Cracking Phenomena in Welds II. Eds: T. Bollinghaus, H. Herold, C. Cross and J. Lippold. Springer, 2008. P. 19 – 37.
Wisniewski J. Modйlisation thermomйcanique de la fissuration а chaud en soudage par faisceau dйctrons d’un alliage CuCrZr. Thиse de Doctorat: Bretagne-Sud Universitи de Bretagne-Sud. 2009. 194 p.
Bai Q. L., Liu J. C., Li H. X. et al. A modified hot tearing criterion for direct chill casting of aluminium alloys // Materials Science and Technology. 2016. No. 2. P. 1 – 9.
Sczygiol N., Domaсski Z. Numerical evaluation of hot tearing in the solidifying casting // Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science 2011. V. I (WCECS 2011, October 19 – 21). San Francisco, USA. 2011. P. 7 – 12.
Sczygiol N., Domaсski Z. Estimation of susceptibility to hot tearing in solidifying casting // In: IAENG Transactions on Engineering Technologies: Special Edition of the World / Eds: Haeng Kon Kim, Sio-Iong Ao, Burghard B. Rieger. 2013. P. 215 – 227.
Gawronska E. Different techniques of determination of the cracking criterion for solidification in casting / XXI Polish- Slovak Scientific Conference on Machine Modeling and Simulations; MMS 2016 // Procedia Engineering. 2017. No. 177. P. 86 – 91.
Bellet M., Qiu G., Bellet M., Jean-Michel Carpreau, Comparison of two hot tearing criteria in numerical modelling of arc welding of stainless steel AISI 321 // Journal of Materials Processing Technology, Elsevier. 2016. No. 230. P. 143 – 152.
Guo J., Wen G. Influence of alloy elements on cracking in the steel ingot during its solidification // Metals-Open Access Metallurgy Journal. 2019. V. 836, No. 9(8). P. 11. https:// www.mdpi.com/2075-4701/9/8/836
Young Mok Won, Tae-Jung Yeo, Dong Jin Seol, Kyu Hwan Oh. A new criterion for internal crack formation in continuously cast steels // Metallurgical and Materials Transactions B. 2000. V. 31B, Aug. No. 8. P. 779 – 794.
Nasresfahani M. R., Behzad Niroumand. A new criterion for prediction of hot tearing susceptibility of cast alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 2014. V. 45A, June. No. 6. P. 3699 – 3702.
Поздняков А. В., Золоторевский В. С., Хомутов М. Г. Горячеломкость литейных алюминиевых сплавов: монография. М.: Изд. дом МИСиС, 2014. 88 с.
Rappaz M., Jacot A., Boettinger W. J. Last-stage solidification of alloys: Theoretical model of dendrite-arm and grain coalescence // Metallurgical and Materials Transactions A. 2003. V. 34A, March. No. 3. P. 467 – 479.
Rappaz M., Grasso P.-D., Mathier V. et al. How does coalescence of dendrite arms or grains influence hot tearing? // The Minerals, Metals & Materials Society. 2004. https:// infoscience.epfl.ch/record/62657
Grasso P.-D., Drezet J.-M., Farup I., Rappaz M. Direct observation of hot tear formation in organic alloys. Proc. Euromat, 2001. https://infoscience.epfl.ch/record/62404
Grasso P.-D., Drezet J.-M., Rappaz M. Hot tear formation and coalescence observations in organic alloys // Journal of Metals. January, 2002. https://infoscience.epfl.ch/record/ 62625
Adirli E. C., Marasli N., Bayender B., Gunduz M. Investigation of the structure parameters according to the solidification parameters for pivalic acid // Journal of Materials Science. 1999. V. 34. P. 5533 – 5541.
El-Bealy M. O. A mathematical model of interdendritic thermometallurgical strain for dendritic solidification processes // Metallurgical and Materials Transactions B. Dec. 2011. V. 42B, No. 12. P. 1280 – 1296.
Голод В. М., Добош Л. Ю. Диагностика дендритной структуры многокомпонентных алюминиевых сплавов // Литье и металлургия. 2018. Т. 90, No. 1. С. 55 – 62.
Голод В. М. Эволюционная модель кристаллизации стали // Труды СПБГТУ. 2009. No. 510. С. 242 – 257.
Флемингс М. С. Процессы затвердевания: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. 423 с.
Flemings M. C., Mortensen A., Cornie J. A. Solidification of infiltrated metal matrix composites // Metallurgical Science and Technology. 1987. V. 5(1). P. 3 – 10.
Хворинов Н. И. Кристаллизация и неоднородность стали / Пер. с чешск. М.: Машгиз, 1958. 392 с.
Баландин Г. Ф. Формирование кристаллического строения отливок. Кристаллизация в литейной форме. М.: Машиностроение, 1973. 288 с.
Tavakoli R. On the prediction of shrinkage defects by thermal criterion functions / Rouhollah Tavakoli // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. V. 74. P. 569 – 579.
Davies G. J. Solidification and Casting. London: Applied Science Publishers LTD, 1973. 206 p.
Dahle A. K. Mushy Zone Properties and Castability of Aluminium Foundry Alloys: Dissertation for the degree Doktor Ingeniшra Vhandling. Trondheim: Norwegian University of Science and Technology (NTNU), 1996. 212 p.
Aucott L., Li J., Rack A., Dong H. B. Solidification cracking during welding of steel: in situ x-ray observation / IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 529. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/529/1/ 012026/pdf
Курц У., Фишер Д. Фундаментальные основы затвердевания. Москва – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013. 300 с.
Ming-Fang Zhu, Ting Dai, Sung-Yoon Lee, Chun-Pyo Hong. Modeling of dendritic growth in alloy solidification with melt convection // Computers & Mathematics with Applications. 2008. April. V. 55, Is. 7. P. 1620 – 1628.
L. Huang Aucott D., Dong H. B., Wen S. W. A three-stage mechanistic model for solidification cracking during welding of steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2018. May. V. 49A, No. 5. P. 1674 – 1682.
Пржибыл Й. Некоторые вопросы литейной теории / Пер. с чешск. М.: Машгиз, 1961. 140 с.
Кузовов С. С., Макаренко К. В., Жижкина Н. А. Методика исследования дефектов типа “горячая трещина” // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59, № 11. С. 799 – 805.
Журавлев В. А. Затвердевание и кристаллизация сплавов с гетеропереходами (физические основы, теория, эксперименты, практика). Москва – Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”. Институт компьютерных исследований, 2006. 560 с.
Martorano M. A., Beckermann C., Gandin Ch.-A. A solutal interaction mechanism for the columnarto-equiaxed transition in alloy solidification // Metallurgical and Materials Transactions A. 2003. Aug. V. 34A, No. 8. P. 1657 – 1674.
Dantzig J. A., Rappaz M. Solidification. A Swiss academic publisher distributed by CRC Press: EPFL Press, 2009. 644 p.
Fredriksson H., Еkerlind U. Materials Processing during Casting. John Wiley & Sons Ltd, 2006. 434 p.
DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2024.2.3-15
© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024