Технологические процессы получения серого чугуна имеют особенности связанные с тем, что химический состав этих чугунов рекомендуется при нормировании величин их прочности [1]. Прочность серого чугуна определяет марку, поэтому особенную актуальность приобретает решение вопроса контроля прочностных свойств чугуна, находящегося ещё в жидком состоянии.
При заданной температуре металлического расплава литейного сплава значение его электрического сопротивления Ɍ, используя определение [2, 3], можно описать уравнением: R = f (R1 R2 R3), где R1 ‒ электрическое сопротивление примесей в сплаве; R2 ‒ электрическое сопротивления центров кристаллизации; R3 ‒ электрическое сопротивление при заданной температуре.
Для определения величин электросопротивления R расплава чугуна использовали мостовую схему метода Уитстона [4]. Экспериментальная установка позволяла измерять величину R при переходе образца серого чугуна из жидкого в твёрдое состояние с точностью измерения 0,650 %. Данная установка с образцами чугуна диаметром 30 мм (рис. 1)
Установка состоит из: 1 – нижняя литейная полуформа; 2 – измерительная ячейка, выполненная из стержневой смеси; 3 – полость литейной формы для образца чугуна с диаметром 30 мм; 4 – стояк формы с чашей; 5 – полость литейной формы для вторых образцов серого чугуна; 6 – верхняя литейная полуформа. Для подвода к полости образца переменного электрического поля Uпер от звукового генератора (ЗГ-17) 7 использовали вольфрамовые электроды диаметром 8,0 мм. Со второй пары вольфрамовых электродов диаметром
6,0 мм марки ВА измеряемое напряжение Uизм с мостовой схемы 8 передавалось на потенциометр с автоматической записью показаний. Для определения температуры заливки чугуна в литейную форму применяли вольфрам-рениевую термопару 9 типа ВР-5/20.
Постоянную значений измерительной ячейки K потенциальных электродов 8 определяли по отношению расстояния между измерительными электродами Lизм (внутренние электроды ячейки с Uизм) и величины площади продольного сечения электродов S, т. е.
K =
(1)
Значения K при измерениях с помощью использованного датчика величин электрического сопротивления R металлического расплава в испытываемых образцах чугуна были одинаковы.
Величину R рассчитывали по формуле:
R = Rн
, (2)
где Rн – величина нормального сопротивления в мостовой схеме; Rк – значение сопротивления в мостовой схеме в момент компенсации величины Uизм; r – сопротивление постоянного плеча мостовой схемы.
Результаты экспериментов выявили, что во временном интервале от
1 до τ2 (рис. 2) наблюдается период переохлаждения чугуна, который характеризуется величиной
электросопротивления Rпер сплава. Значение Rпер определяется разностью величин R1 и R2 и зависит от степени переохлаждения чугуна, зависящей от уровня энергии необходимой для протекания процесса образования кристаллов твёрдой структуры в металлическом расплаве чугуна [5, 6].
По результатам экспериментов была построена графическая зависимость изменения величин предела прочности σв чугуна от относительного электросопротивления ∆R сплава (рис. 3).
В качестве параметра ∆R было использовано процентное отношение разности значений R1 и R2 к величине R1, т. е.
∆R =
Эта зависимость показала, что значения прочностных свойств серых чугунов повышаются при росте относительной величины сопротивления ∆R. Увеличение ∆R можно объяснить наличием примесей и количеством центров кристаллизации графита и первичного аустенита в жидком сплаве, влияющих на величину электрического сопротивления серого чугуна.
Как известно [6 – 8], процесс кристаллизации серого чугуна непосредственным образом влияет на образование структуры сплава, что определяет его физические свойства. Изменения условий процесса кристаллизации чугунов, определяемые величиной переохлаждения расплава чугуна [9, 10], приводят к изменению значений относительного электросопротивления ∆R, зависящих от количества токоносителей, примесей и состояния твёрдой фазы в кристаллизующимся сплаве. Повышении величины переохлаждения расплава приводит к росту количества центров кристаллизации в единице объёма расплава чугуна, что связано с увеличением ∆R. Такое повышение числа кристаллов сплава делает структуру чугуна более дисперсной с более высокими прочностными свойствами. Это даёт возможность по зависимости σв = f(∆R) определять прочностные свойства серых чугунов, находящихся ещё в жидком состоянии [11, 12].
Заключение
Таким образом, полученный на основе использованной методики, электрографический способ позволяет прогнозировать величину прочностных свойств серых чугунов. В условиях литейного производства возникает возможность по величине ∆R расплава чугуна определять его прочность и при несоответствии прочностных свойств заданным значениям провести специальные технологические операции для устранения этих отклонений. Применение данного способа контроля прочности сплавов позволит также тестировать в условиях конкретного технологического процесса получение литейного сплава заданной марки, что снизит процент брака чугунных отливок по механическим свойствам и увеличит рентабельность производства литой заготовки деталей для машиностроения.
