Використання псевдозрідженого шару піску для керування структурою сталевих виливків

Анотація

У роботі досліджено вплив псевдозрідженого кварцового піску на структуроутворення сталі 40ХЛ під час лиття за моделями, що газифікуються. Метою дослідження було експериментально перевірити можливість керування мікроструктурою виливків шляхом зміни умов охолодження у ливарній формі без застосування традиційної термічної обробки. Для цього були виготовлені разові моделі ступінчастих проб із пінополістиролу, які заливали розплавом сталі за температури 1560 °C. Виливки охолоджували у формах, заповнених сухим кварцовим піском: перша серія — за звичайних умов, друга — з використанням псевдозрідженого шару піску, який створювали подачею стисненого повітря знизу форми після досягнення температури виливка ~1070 °C.

Проведено мікроструктурний аналіз і вимірювання мікротвердості зразків зі стінок різної товщини (5–20 мм). У зразках, охолоджених у псевдозрідженому піску, зафіксовано формування високодисперсної мартенситної структури у тонких стінках (5 мм), а також бейнітної структури у товстіших зонах. При цьому мікротвердість мартенситу сягала 900 HV₂₀₀, що суттєво перевищує значення для зразків, охолоджених у звичайних умовах (~260–380 HV₂₀₀). У зразках з товстішими стінками спостерігалося утворення градієнтної структури зі збільшеною твердістю при поверхні. Виявлено також формування окисленого поруватого шару на поверхні зразків у разі швидкого охолодження товщиною 209 ± 32 мкм.

Отримані результати підтверджують ефективність методу псевдозрідження піску для керування швидкістю охолодження та, відповідно, фазовим складом сталевих виливків. Метод дозволяє створювати виливки з регульованими властивостями без додаткових термічних операцій, що узгоджується з сучасними вимогами енергозбереження та ресурсоефективності в ливарному виробництві. Запропонований підхід може бути використаний для виготовлення тонкостінних або поверхнево зміцнених виливків складної конфігурації.