Сообщение редактировано 9:39 дп – 14.07.2010 пользователем caerus

Многие литейщики столкнулись и пытаются разобраться с причинами горячих (кристаллизационных) трещин в габаритных тонкостенных стальных отливках типа "РАМА БОКОВАЯ".

Поскольку данная отливка хорошо известна нескольким поколениям литейщиков, под ее производство построено несколько литейных заводов только в последние 5 лет и закуплены различные системы моделирования отливок (MAGMA, ПОЛИГОНсофт, LVMFlow, SOLIDCAST и др.), предлагаю на ее примере обсудить подходы с пониманию проблемы, постановку задачи, возможности моделирования и способы решения проблемы горячих трещин.

Характерное место возникновения трещины в отливке "РАМА БОКОВАЯ" – угол буксового проема.

Есть несколько мнений по поводу причин трещин (горячих) в буксовом проеме:

1. ЦНИИМ-инвест считают, что причины в неравномерном температурном поле. Трещины вызывают тепловые деформации, а податливость формы не при чем. Достаточно изменить подвод металла и причин для трещин не возникнет.

2. Трещины в буксовом проеме вызваны "некачественным" металлом с низкой трещиноустойчивостью. Это мнение многих "металлургов" и "литейщиков" на производствах. Например, этому посвящена статья Кульбовский И.К., Тупатилов Е.А.,
Михайлов В.Н. О влиянии температуры заливки и химсостава стали 20ГЛ на
образование горячих трещин в железнодорожных отливках в <![CDATA[]]>ЛП №7-2010<!–[CDATA[.

3. Трещины вызваны плохой податливостью формы. Отливка при затвердевании усаживается, некоторые части формы и стержня мешают. Возникают деформации, превышающие предельные и происходит зарождение и развитие трещины. Действительно на габарите буксового проема (примерно 2400 мм) полная усадка составляет около 50мм. Если она будет локализоваться в опасном месте – будет трещина. Конечно, в интервале кристаллизации и на пол-отливки усадка значительно меньше, но около 5…10 мм.

4. Причина трещин кроме локализации деформаций – развитие несплошностей, вызванное недостаточным питанием. Такое мнение высказано, например, в статье "Прогнозирование кристаллизационных трещин в стальных отливках" О.М. Огородникова, С.В. Мартыненко, В.М. Грузман.

Я склоняюсь к мнению, что причина трещин в РАМЕ кроме локализации деформаций – развитие несплошностей, вызванное недостаточным питанием.

Соответственно, мнение, как устранить дефект:

1. Уменьшить КЛР и общую линейную усадку материала отливки в существенных пределах не представляется возможным.

2. Существенно повлиять на скорости кристаллизации различных зон отливки сложно технологически. Установка внутренних и внешних холодильников, использование смесей с высокой теплоаккумулирующей способностью усложняют технологию и должны минимизироваться в массовом производстве.

3. В первую очередь необходимо устранить причину недостаточной компенсации усадки и ликвидировать макродефекты (раковины и пористость) в опасных зонах. Достигается технологическими напусками и установкой прибылей. При этом важно обеспечить минимальную достаточность питания, т.к. избыточный перегрев опять будет способствовать неравномерности температурного поля и локализации деформаций.

4. Уменьшить локализацию деформаций в опасной зоне за счет разнесения деформации из локального места на протяженную зону путем установки противоусадочных ребер. Кроме разнесения деформации, ребра (при соответствующей геометрии) работают как холодильники и способствуют образованию жесткого каркаса.

5. Снизить напряжения и увеличить прочность опасного места за счет разгрузки и переноса нагрузки на технологические удаляемые перемычки, которые будут затвердевать раньше и брать на себя значительную часть нагрузки, разгружая опасное место.

6. Максимально увеличить податливость формы и стержней в момент возникновения и развития горячей трещины. На это влияет характеристика разупрочнения материала при деструкции (тип связующего и его минимальное количество), геометрия стержней с максимальным опустошением, время снятия вакуума при ВПФ и др.

7. Некоторого снижения температурных деформаций можно добиться изменением подвода металла с целью вообще уменьшить перегрев и обеспечить более равномерное затвердевание.

8. Металл всегда необходим "хороший".

Такой комплексный подход был ранее предложен здесь.

Какие подходы были опробованы на различных предприятиях и какие результаты?

Какие методики расчетов и программное обеспечение использовалось?