Вплив O, N і H на структуру металевої основи сірого чавуну у виливках кілець-заготовок поршневих кілець

А. Ю. Борисенко; Л. С. Молчанов; Т.С. Голуб

doi:10.15407/mom2025.03.045

Автор(и)

А. Ю. Борисенко Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0003-2120-0944
Л. С. Молчанов Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0001-6139-5956
Т.С. Голуб Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0001-9269-2953

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2025.03.045

Ключові слова:

поршневі кільця, чавун, гази, кристалізація, перліт, бейніт, мартенсит

Анотація

Вивчено вплив кисню, азоту та водню на структуру металевої основи виливків кілець-заготовок поршневих кілець діаметром 110 і 130 мм із сірого чавуну, виготовлених із шихти на основі доменного чавуну різних підприємств. Проведено комплексний кореляційний аналіз значущості впливу діаметра виливків кілець-заготовок та їх хімічного складу на утворення бейніто-мартенситної структури металевої основи сірого чавуну. Показано, що кисень, азот і водень чинять складний комплексний вплив на стійкість аустеніту до розпаду при переохолодженні, але діють вони однаково – у бік його стабілізації, сприяючи загартуванню сірого чавуну. Мінімальна сумарна кількість кисню, азоту і водню призводить до часткового вибілу чавунних виливків кілець-заготовок поршневих кілець діаметром 110 та 130. На структуру металевої основи сірого чавуну у виливках кілець-заготовок діаметром 110 і 130 кисень має більший вплив, ніж азот і водень, які різною мірою посилюють цей ефект. Різниця у швидкості охолодження виливків кілець-заготовок поршневих кілець діаметром 110 і 130 мм практично не впливає на утворення гартівної бейніто-мартенситної структури. Вуглець не надає значного впливу на схильність чавуну до загартування. Серед легуючих та домішкових елементів найбільший вплив на утворення бейніто-мартенситної структури у виливках кілець-заготовок поршневих кілець діаметром 110 і 130 мм із сірого чавуну чинять марганець, сірка, фосфор та нікель. Підвищений вміст газів, особливо кисню, що надходять із шихтових матеріалів, в першу чергу з доменного чавуну, у разі відсутності рафінування розплаву за інших рівних умов ведення плавки є основною причиною утворень гартівної бейніто-мартенситної структури металевої основи сірого чавуну у виливках кілець-заготовок поршневих кілець. Вплив марганцю, сірки та фосфору в умовах проведеного експерименту вторинний.

Посилання

English, K. (1962). Porshnevye kolʹtsa [Piston rings] (Vol. 1, Theory, manufacturing, design and calculation; V. K. Zhitomersky, Ed.; Trans. from German). Mashgiz. [in Russian]

Melʹnikov, A. P., Golub, D. M., Fonov, V. V., & Bolotskiy, V. D. (2006). High-tech equipment for manufacturing vertical-stack molds in the production of piston ring castings. Litʹe i metallurgiya, (2[38]), 51–54. [in Russian]

Melʹnikov, A. P., Sadoha, M. A., Fonov, V. V., & Grechanik, S. N. (2011). Improvement of technology and equipment for producing piston ring blanks in vertical stack molds. Litʹe i metallurgiya, (4[63]), 18–22. [in Russian]

Motorservice. (2025). Porshnevye kolʹtsa dlya dvigateley vnutrennego sgoraniya [Piston rings for internal combustion engines]. https://mam.ms-motorservice.com/mc/epaper?guid=14c0e687ec52f52c [in Russian]

GOST 621. (n.d.). Kolʹtsa porshnevye dvigateley vnutrennego sgoraniya. Obshchie tekhnicheskie usloviya [Piston rings of internal combustion engines. General specifications]. [in Russian]

Ivanov, V. H. (2017). Doslidzhennia struktury porshnevykh kilʹtsʹ z vysokomitsnoho chavunu pislia ekspluatatsii u dvotaktnomu dvyhuni [Investigation of the structure of piston rings made of high-strength cast iron after operation in a two-stroke engine]. Visnyk dvyhunobuduvannia, (1), 156–160. [in Ukrainian]

Pivovarsky, E. (1965). Vysokokachestvennyy chugun [High-quality cast iron] (Vol. 1). Metallurgiya. [in Russian]

Levi, L. I. (1964). Vliyanie usloviy plavki na soderzhanie gazov v chugune i ego «nasledstvennye» svoystva [Effect of melting conditions on gas content in cast iron and its “inherited” properties]. In Gazy v litom metalle (pp. 113–121). Nauka. [in Russian]

Voronova, N. A., Mogilevtsev, O. A., & Shteyn, N. A. (1972). Kachestvo domennogo liteynogo chuguna i puti ego povysheniya [Quality of blast furnace foundry cast iron and ways of its improvement]. UkrNIINTI. [in Russian]

Kondratiuk, S. Ye., Parkhomchuk, Zh. V., Stoianova, O. M., & Shchehlov, V. M. (2018). Spadkove modyfikuvannia stali [Hereditary modification of steel]. Vydavets Kravchenko Ya. O. [in Ukrainian]

Borisenko, A. Yu. (2009). O strukturnoy nasledstvennosti v serykh chugunakh [On structural heredity in gray cast irons]. Fundamentalʹnye i prikladnye problemy chernoy metallurgii, (20), 254–265. [in Russian]

Girshovich, N. G. (1949). Chugunnoe litʹe [Cast iron casting]. Metallurgizdat. [in Russian]

Ivanov, V. H. (2018). Vplyv umov plavky ta hazonasychenosti na formoutvorennia hrafitu v chavunakh [Effect of melting conditions and gas saturation on graphite formation in cast irons]. Novi materialy i tekhnolohii v metalurhii ta mashynobuduvanni, (1), 16–20. [in Ukrainian]

https:// doi.org/10.15588/1607-6885-2018-1-2

Ivanov, V. H. (2016). Rozpodil khimichnykh elementiv u strukturi vysokomitsnoho chavunu dlia maslotnykh zahotivok porshnevykh kilʹtsʹ [Distribution of chemical elements in the structure of high-strength cast iron for oil ring blanks]. Visnyk dvyhunobuduvannia, (1), 121–127. [in Ukrainian]

Krutilin, A. N., Stanyuk, A. I., & Stanyuk, D. I. (2005). Analiz sushchestvuyushchikh sposobov polucheniya zagotovok porshnevykh kolʹts [Analysis of existing methods of obtaining piston ring blanks]. Litʹe i metallurgiya, (3[35]), 33–36. [in Russian]

Shapovalov, V. I. (2013). Legirovanie vodorodom [Alloying with hydrogen]. Zhurfond. [in Russian]

Borisenko, A. Yu., & Balakhanova, T. V. (2024). Zviazok khimichnoi mikroneodnoridnosti siroho chavunu ta struktury plastynchatoho hrafitu [Relation between chemical micro-inhomogeneity of gray cast iron and the structure of flake graphite]. Metaloznavstvo ta obrobka metaliv, (4), 36–46. [in Ukrainian] https://doi.org/10.15407/mom2024.04.003

Novikov, I. I. (1978). Teoriya termicheskoy obrabotki metallov [Theory of heat treatment of metals]. Metallurgiya. [in Russian]

Girshovich, N. G. (1978). Spravochnik po chugunnom litʹyu [Handbook on cast iron casting]. Mashinostroenie. [in Russian]