DOI: 10.52150/2522-9117-2025-39-14

А. Ю. Борисенко¹, д.т.н., с.н.с., ORCID 0000-0003-2120-0944
О. Є. Барановська^1,*, к.т.н., н.с., ORCID 0000-0002-4106-5797

¹Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
^*Автор для листування: elena15dnepr@gmail.com

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ ВИРОБНИЦТВА НА СТРУКТУРУ ТА ТВЕРДІСТЬ ЛИТИХ ЗАГОТОВОК ПОРШНЕВИХ КІЛЕЦЬ ІЗ СІРОГО ЧАВУНУ

Анотація. Виготовлення заготовок поршневих кілець із сірого чавуну методом індивідуального лиття ускладнюється тим, що необхідна структура графіту та металевої матриці формується безпосередньо в процесі кристалізації без використання термічної обробки. У зв’язку з цим виникає необхідність жорсткого контролю як хімічного складу вихідного чавуну так і параметрів технологічного процесу лиття. Проведена оцінка впливу температури перегріву, часу витримки та температури розливання розплаву на твердість і структуру литих заготовок компресійних поршневих кілець різного розміру при заданому хімічному складі чавуну (в % ваг.): C=3,72; Si=2,82; Mn=0,79; P=0,4; S=0,045; Ni=0,23; Cr=0,26; Cu=0,48; Mo=0,53; Ti=0,05. Показано, що коливання температури перегріву та розливання розплаву у межах 10–50 ºС та часу його витримки протягом 1–11 хв. не зумовлює системних змін у твердості та мікроструктурі виливків кілець-заготовок із сірого чавуну. Твердість уздовж кілець-заготовок неоднакова, та становить 94–112 HRB, що відповідає вимогам ГОСТ 621-87 “Кольца поршневые двигателей внутреннего сгорания”. Встановлено, що структура графіту та металевої матриці виливків кілець-заготовок із сірого чавуну, незважаючи на дотримання технологічного процесу їх виробництва, часто не відповідає вимогам зазначеного стандарту. Максимальний розмір графітових включень становить 120–250 мкм, що перевищує необхідний розмір 80 мкм згідно ГОСТ 621. Для досягнення відповідності вимог за ГОСТ 621-87 щодо структури графіту та металевої матриці, а також запобігання зниження твердості після термічної обробки литих кілець-заготовок необхідно зменшити максимальний розмір графітових включень до 80 мкм та забезпечити формування дисперсного перліту з не більше 5% доевтектоїдного фериту. Для отримання необхідної структури графіту й металевої матриці важливо не лише підтримувати сталість технологічного процесу лиття, а й корегувати склад чавунного розплаву з урахуванням вмісту газів (O, N, H). Їх концентрація безпосередньо пов’язана з походженням шихтових матеріалів, серед яких основне значення мають доменний чавун та вторинний метал від власного виробництва.

Ключові слова: сірий чавун, температураперегріву, температура розливання, твердість, структура.

Посилання для цитування: Борисенко А. Ю., Барановська О. Є. Дослідження впливу технологічних факторів виробництва на структуру та твердість литих заготовок поршневих кілець із сірого чавуну. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2025. Вип. 39. С. 246-263. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-14

Перелік посилань

Hecht R. L., Dinwiddie R. B., Wang H. The effect of graphite flake morphology on the thermal diffusivity of gray cast irons used for automotive brake discs. Journal of Materials Science. 1999. No 34(19). P. 4775–4781. http://doi.org/10.1023/a:1004643322951.
Rukadikar M. C., Reddy G. P. Influence of chemical composition and microstructure on thermal conductivity of alloyed pearlitic flake graphite cast irons. Journal of Materials Science. 1986. No 21. P. 4403–4410. http://doi.org/10.1007/bf01106563.
Wang W., Jing T., Gao Y., Qiao G., Zhao X. Properties of a gray cast iron with oriented graphite flakes. Journal of Materials Processing Technology. 2007. No 182 (1-3). P. 593–597. http://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.09.028.
Hinrichs R., Vasconcellos M. A. Z., Österle W., Prietzel C. Amorphization of Graphite Flakes in Gray Cast Iron Under Tribological Load. Materials Research. 2018. No 21(4). P. 1–6. http://doi:10.1590/1980-5373-MR-2017-1000.
Kumar S., Kumar P., Shan H. S. Optimation of Tensile Properties of Evaporative Casting Process through Taguchi’s Method. Journal of Materials Processing Technology. 2008. No 204. P. 59–69. http://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.10.075.
Hong Nga Thi Pham Effect of Heat Retention Time and Pouring Temperature on Graphite Shape and Mechanical Properties of Gray Cast Iron. Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal. 2020 No 6. Vol. 5. P. 838–844. http://doi.org/10.25046/aj0506100.
Huang X., Ye Y., Shen X., Chang X. The mechanical properties of gray cast iron and metallographic structure effect on the chip shape. Advanced Materials Research. 2011. No 339. P. 200–203. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.339.200.
Svensson I., Sjögren T. On Modeling and Simulation of Mechanical Properties of Cast Irons with Different Morphologies of Graphite. International Journal of Metal casting. 2009. No 3(4). P. 67-73. http://doi.org/10.1007/BF03355460.
Zapuskalov N. Quality Improvement of Cast Strip by Temperature Treatment of Liquid Metal. ISIJ International. 2004. No 9 (44). P. 1541–1548. http://doi.org/10.2355/isijinternational.44.1541
Скребцов А. М. Оптимальные температуры нагрева жидкого металла в плавильных агрегатах. Две температуры сплавов на основе железа. Процессы литья. 2011. № 1. С. 3-9.
Скребцов А. М. Температура ликвидус металлического расплава и её влияние на количество оксидных неметаллических включений. Актуальні проблеми сучасної металургії: зб. наук. пр. до 100-річчя з дня народження проф. М. Я. Меджибожського. ПГТУ. М., 2012. С. 79–83.
Нурадинов А. С., Баранов І.Р., Пригунов С. В. Методика дослідження зародження кристалів у розплавах краплинним методом. Металознавство та обробка металів. 2024. № 2. С.27–35.
Мельников А. П., Садоха М. А., Фонов В. В. Совершенствование технологии и оборудования для производства заготовок поршневых колец в вертикальных стопочных формах. Литье и металлургия. 2011. № 4 (63). С. 18–22.
Мельников А. П., Голуб Д. М., Фонов В. В. Высокотехнологичное оборудование для изготовления вертикально-стопочных форм в производстве отливок поршневых колец. Литье и металлургия. 2006. № 2 (38). С. 51–54.
Oyetunji A., Talabi Н. K. Effects of heat treatment process on mechanical and microstructural properties of gray cast iron. Acta TechnicaCorviniensis-Bulletin of Engineering. 2016. No 9 (4). P. 117–122.

Рукопис надійшов до редакції 19.07.2025
Рекомендовано до друку 21.10.2025
Опубліковано онлайн 01.12.2025