ВИБІР МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЛИТИХ ПОРОЖНИСТИХ МЕТАЛЕВИХ МОДУЛІВ ЗАХИСНИХ СПОРУД
Procesi littâ, 2025, Vol 1 (159), 11-21
DOI:
https://doi.org/10.15407/plit2025.01.011Ключові слова:
армоване сталеве лиття, тонкостінні литі модулі, лиття за газифікованими моделями, модифікування, мікролегування, дослідний зразокАнотація
Проаналізовано вітчизняні й світові аналоги металевих матеріалів, які використовують для виготовлення захисних модулів багатофункціонального призначення методами лиття. Установлено, що серед сплавів на основі заліза найефективнішими та найперспективнішими для досягнення вимогових фізико-механічних властивостей можуть бути низько- та середньовуглецеві низьколеговані, мікролеговані та модифіковані сталі. Ці сталі повинні мати такі фізико-механічні властивості: межу міцності від 500 МПа до 950 МПа; межу плинності від 450 МПа до 800 МПа, відносне звуження від 15 % до 30 %; ударну в’язкість від 50 Дж/см2 до 70 Дж/см2 та ливарні властивості: рідкоплинність, лінійну та об’ємну усадки, тріщиностійкість тощо, які б забезпечували виготовлення якісних тонкостінних виливків різних габаритних розмірів в умовах великосерійного та масового виробництв. Для дослідження фізико-механічних властивостей і мікроструктури дослідних сталей використано сучасні методики й прилади. Враховуючи, що металоконструкції для захисних споруд багатоцільового призначення працюють в умовах статичного навантаження, з метою мінімальних енерговитрат на їх
масове або великосерійне виробництво досліджено вплив режимів термічного оброблення на фізико-механічні властивості сталей і визначено найефективніші з них залежно від умов експлуатації литих деталей. Установлено, що серед досліджених сталей найвищі механічні властивості має розроблена й рекомендована для виготовлення литтям за газифікованими моделями тонкостінних порожнистих модулів для захисних споруд сталь 35ХГАФЛ після гартування виробів із температури 930 °С у воді з подальшим відпуском при температурі 510 °С. При цьому режимі термічного оброблення сталь набуває таких значень властивостей, не менше: межа міцності σв — 1150 МПа, межа плинності στ — 1010 МПа, відносне видовження δ — 16%, відносне звуження ψ — 20%, ударна в’язкість (KCU) — 70 Дж/см2, твердість —31 HRC.
Отже, рекомендована сталь 35ХГАФЛ має фізико-механічні властивості, які набагато перевищують вимогові для сплавів, що застосовуються у виробництві елементів захисних споруд.
Посилання
Singla, Y. K., Maughan, M. R., Arora, N., & Dwivedi, D. K. (2024). Enhancing the wear resistance of iron-based alloys: A comprehensive review of alloying element effects. Journal of Manufacturing Processes, 120, 135–160. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.04.038.
Harshad K.D.H. Bhadeshia, Robert W.K. Honeycombe, 12 - Stainless steel// Steels (Fifth edition), Structure, Properties and Design, 2024, Pages 347-381. https://doi.org/10.1016/B978-0-44-318491-8.00018-6.
Muhammad Azeemullah, Q.P. Cao, X.D. Wang, S.Q. Ding M. Abubaker, D.X. Zhang, J.Z. Jiang. Carbon effect on tensile and wear behaviors for a dual-phase Fe61.5Cr17.5Ni13Al8 alloy// Materials Science and Engineering: A, Volume 914, November 2024, 147128. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147128
Narivskiy, A., Shinsky, O., Shalevska, I., Kvasnitska, Y., Kaliuzhnyi, P., & Polyvoda, S. (2024). The influence of external actions and methods of alloying alloys on the operational characteristics of cast products. In Structural materials: Manufacture, properties, conditions of use (Chapter 4). https://doi.org/10.15587/978-617-7319-97-8.ch4.
Tsyganov, V., Naumik, V., Byalik, H., Ivschenko, L., & Mokhnach, R. (2019). Steel-copper nano-composited materials. In Contributed Papers from Materials Science and Technology 2019 (MS&T19) (pp. 439–443). https://doi.org/10.7449/2019/MST-2019-439-443 [in English].
Bastola, A., McCarron, R., Shipway, P., Stewart, D., & Dini, D. (2024). Experimental and numerical investigations of sliding wear behaviour of an Fe-based alloy for PWR wear resistance applications. Wear, 540–541, 205186. https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.205186 [in English].
Wakai, E., Noto, H., Shibayama, T., Furuya, K., Ando, M., Kamada, T., Ishida, T., & Makimura, S. (2024). Microstructures and hardness of BCC phase iron-based high entropy alloy Fe-Mn-Cr-V-Al-C. Materials Characterization, 211, 113881. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113881 [in English].
Kondratyuk, S. Y., Veis, V. I., Parkhomchuk, Z. V., Kvasnytska, Y. H., & Kvasnytska, K. H. (2023). Thermokinetic parameters of solidification and gradient structure of steel castings. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 45(7), 865–872 [in English].
ASTM A732/A732M-20. (2020). Standard specification for castings, investment, carbon and low-alloy steel for general application, and cobalt alloy for high strength at elevated temperatures. Book of Standards, 01.02. https://doi.org/10.1520/A0732_A0732M-20 [in English].
Shipitsyn, S. Y., Fedorov, G. E., Kirtchu, I. F., Likhovey, D. I., & Stepanova, T. V. (2024). Enhancing the physical-mechanical and operational properties of high-manganese steels by improving technological processes of melting, microalloying, and modification. Casting Processes, (1)(155). https://doi.org/10.15407/plit2024.01.014 [in Ukrainian].
Yamshinsky, M. M., Fedorov, G. E., & Radchenko, K. S. (2015). Heat resistance of heatresistant steels for extreme conditions. Bulletin of Donbass State Machine-Building Academy, (3), 33–37. Retrieved from http://nbuv.gov.ua/UJRN/vddma_2015_3_7 [in Ukrainian].
Yamshinsky, M. M., & Fedorov, G. E. (2015). Casting and mechanical properties of heatresistant steels. Metallurgy and Mechanical Engineering, (2), 17–24 [in Russian].
Shalevska, I. A., Doroshenko, V. S., Kalyuzhny, P. B., & Kvasnytska, Y. G. (2022). Review of the application of metal cast materials in the construction of underground and protective structures. Metal and Casting of Ukraine, 30(4)(331), 54–61. https://doi.org/10.15407/steelcast2022.04.054 [in Ukrainian].
DSTU 8781:2018. (2018). Steel castings. General technical specifications [in Ukrainian].
ISO 4990:2023. (2023). Steel castings — General technical delivery requirements. Retrieved from https://cdn.standards.iteh.ai/samples/84185/33d9639ba3db417ab01fe2a41751f295/ISO-4990-2023.pdf [in English].
DSTU 8901:2019. (2019). Steel and cast iron. Methods for determining phosphorus [in Ukrainian].
DSTU 9055:2020. (2020). Steel and cast iron. Methods for determining manganese [in Ukrainian].
DSTU GOST 12345:2004. (2004). (ISO 671:1982, ISO 4935:1989). Alloyed and high-alloy steels. Methods for determining sulfur [in Ukrainian].
DSTU ISO 148-1:2022. (2022). Metallic materials. Charpy pendulum impact test. Part 1: Test method (ISO 148-1:2016, IDT) [in Ukrainian].
DSTU 9074:2021. (2021). Steel. Reference microstructures [in Ukrainian].
DSTU 8966:2019. (2019). Steel. Metallographic methods for determining non-metallic inclusions [in Ukrainian].
ISO 643:1983. (1983). Steels: Micrographic determination of the ferritic or austenitic grain size. Retrieved from https://cdn.standards.iteh.ai/samples/4773/6ad7e45fca0d4daa86654405f6e2d12e/ISO-643-1983.pdf [in English].
DSTU 7809:2015. (2015). Rolled section, calibrated with special surface treatment from high-quality carbon structural steel. General technical specifications [in Ukrainian].
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 О.Й. Шинський, Г.Є. Федоров, Ю.Г. Квасницька, І.А. Шалевська, П.Б. Калюжний, О.В. Нейма, А.В. Шалевський
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
