Состояние и перспективы развития мирового рынка литья из чугуна с шаровидным графитом

Статьи от автора: Гнатуш В.А., Дорошенко В.С.
В. А. Гнатуш, Дорошенко В.С.
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины

Представлен анализ мирового рынка чугуна с шаровидным графитом, а также тенденции и прогнозы на перспективу. Описаны направления совершенствования технологии и приведены примеры отливок.

Ключевые слова: чугун с шаровидным графитом, рынок, отливки, тенденции, производство. 

Общие тренды литейной промышленности в мире

Процесс развития литейной промышленности обусловлен тем, что влиятельные отраслевые группы потребителей металлических отливок создают новые мощности, в основном, в Азии и Америке. Требования к эксплуатационным характеристикам  и обработке отливок, компетентности литейщиков и возможностям литейных технологий постоянно возрастают. Заказчики все чаще требуют обработанные литые детали точно в срок, а технологическую подготовку нового литья на ранней стадии, часто до начала компенсации затрат поставщика.

 

Диаграмма 1. Мировое производство литья

При этом материальная структура мирового рынка литья свидетельствует о глобальном превалировании отливок из серого чугуна (44,9%), чугуна с шаровидным графитом (24,6%) и алюминия (15,4%) (табл. 1).

Таблица 1. Материальная структура мирового производства отливок в 2015г.[1]

Вид сплава
Чугун серый
Чугун с шаровидным графитом
Алюминий
Сталь
Медь
Прочие цветные металлы
Чугун ковкий
Цинк
Магний
Итого
Количество, млн. т
46,739
25,576
16,053
10,888
1,761
1,355
0,885
0,675
0,198
104,13
Доля, %
44,89
24,56
15,42
10,46
1,69
1,30
0,85
0,65
0,19
100,00

В то же время ожидаемый значительный рост мирового производства транспортных средств и машиностроения вместе с тенденцией к прогрессирующей урбанизации, которая стимулирует жилищное и инфраструктурное строительство, будет увеличивать спрос на литые изделия и их номенклатуру (рис. 1, 2).

Рисунок 1. Отраслевая структура потребления  отливок в США в 2016 г. [2]

Рисунок 2. Отраслевая структура потребления  отливок в России в 2014 г. [3]

Прогноз роста мирового производства литья показывает, что азиатский регион будет выпускать 65% от общего объема литья, а Китай будет производить около 45 млн. т, являясь ведущим производителем отливок в мире. В Европе литейщики Германии, по сравнению с западноевропейскими конкурентами, создают более высокую добавленную стоимость, несмотря на большее соотношение затрат на рабочую силу. Что касается других европейских стран, то у них соотношение материальных затрат значительно превышает уровень немецкого. В то время как в Восточной Европе, такое отношение отчасти даже выше среднеевропейского. Это указывает, что производство в этом регионе сосредоточено на простых литых деталях невысокой сложности. Несмотря на повышение уровня заработной платы в Восточной Европе, затраты на рабочую силу ниже по сравнению с западными регионами, что сохраняется также и в Азии. Несмотря на низкий рост производства литья в мире, но, принимая во внимание снижение цен на железный лом и алюминий, рост доходов в последние годы был положительным, хотя повышение цен на энергоносители ложится бременем, особенно на европейские компании. Азиатские литейные компании увеличивают свою капитальную базу, в основном, за счет различных субсидий и налоговых льгот. Продолжается процесс консолидации в мировой литейной промышленности, основными причины которого, кроме процесса глобализации, служит увеличение инвестиционных требований [4].

Отмечая разнообразие применяемых процессов формообразования отливок, приведем диаграмму количественного соотношения предприятий США в 2014 г. (из обследованных 1601 предприятий) по применяемым на них технологическим процессам, как пример высокотехнологичного литейного производства одной из ведущих стран мира в этой отрасли [5].

Рисунок 3.Структура литейных процессов в США /по материалам [5].

Динамика производства и мировые участники рынка ЧШГ

Основным конструкционным материалом для производства деталей различными методами литья в начале XXI века остается чугун. В 2014-2015гг. его доля в общем мировом производстве отливок составляла 70-71% [1, 6]. Уже много десятилетий ученые изыскивают способы эффективного управления структурой чугуна. Предпочтительным направлением при этом является разработка способов регулирования формообразования графита при переходе его от разветвленной формы к компактной и сферической. Прорывом в решении этой проблемы стало применение американскими исследователями Keith D. Millis, Albert P. Gagnebin и Norman B. Pilling из International Nickel Company магния в виде сплава с медью для получения чугуна с шаровидной формой графита (патент US 2485760 «Cast ferrous alloy», приоритет от 22.03.1947, опубл. 25.10. 1949). В тех же годах (1948-1949) в Киеве и Москве проводились аналогичные работы, что повлекло создание научных школ по получению и изучению свойств высокопрочных чугунов.

В результате были разработаны надежные технологические процессы, и литейное производство многих стран мира начало в большей или меньшей степени развивать производство отливок из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ). Благодаря конкурентоспособным эксплуатационным характеристикам применение литых изделий из ЧШГ в XXI веке существенно увеличилось, что привело к расширению его производства. Так, по данным журнала Modern Casting, за период с 2000 по 2015 г. мировое производство ЧШГ (Ductile Iron) увеличилось с 13,1 до 25,6 млн. т или в 2 раза. При этом доля ЧШГ на мировом литейном рынке среди отливок из черных металлов возросла с 24,0 до 29,8% (рис. 4). Полагаем, что по итогам за 2016г. производство ЧШГ в мире составит примерно 26,7 млн. т, а в 2017г. может достигнуть 27,2 млн. т.

Рисунок 4. Динамика производства ЧШГ в мире /Исходные данные - Modern Casting.

Проведенное нами рейтингование стран - производителей продукции из ЧШГ, позволило выявить ряд тенденций. Во-первых, доля 10-и основных производителей (без учета России) в 2015 г. составила 92,3% (табл. 2). Во-вторых, бесспорным лидером, а фактически монополистом этого рынка является Китай. Его доля возрастает, и в 2015 г. составила 49,7% мирового рынка ЧШГ. Отмечается активность азиатских стран, таких как Япония, Индия, Республика Корея и Турция. В-третьих, доля стран, не входящих в ведущую десятку, с 2011 по 2015г. уменьшилась с 11,0 до 7,7%.

Все это свидетельствует о неравномерности развития литейного производства в странах, которые производят продукцию из ЧШГ, и коррелирует с темпами экономического развития этих стран (рис. 5). Коэффициент корреляции между ВВП и производством ЧШГ для стран, исключая Китай и США, равен 0,8. Это логично, ведь отливки из ЧШГ используются во многих отраслях промышленности, конечные товары которых позволяют получить достаточно большую экономическую прибыль.

Таблица 2. Рейтинг мировых производителей ЧШГ

Рейтинг 2015
Страна
2011
2015
2015 к 2011, %
Производство, млн. т
Доля, %
Производство, млн. т
Доля, %
1
Китай
10,375
42,0
12,600
49,7
121,4
2
США
3,841
15,5
3,115
12,3
81,1
3
Япония
1,636
6,6
1,704
6,7
104,2
4
Германия
1,698
6,9
1,521
6,0
89,5
5
Индия
1,090
4,4
1,180
4,7
108,3
6
Франция
0,832
3,4
0,761
3,0
91,5
7
Республика
Корея
0,652
2,6
0,708
2,8
108,6
8
Испания
0,584
2,4
0,637
2,5
109,1
9
Турция
0,480
1,9
0,630
2,5
131,3
10
Бразилия
0,812
3,3
0,549
2,2
67,6
 
Всего
22,000
89,0
23,406
92,3
106,4
 
Прочие
27 стран
2,725
11,0
1,959
7,7
71,9
 
Итого
24,725
100,0
25,365
100,0
102,6

Примечание. Исходные данные Modern Casting.

Рис 5. Взаимосвязь между ВВП стран и производством ЧШГ в 2015г. /Данные Modern Casting и World Bank/ (а) и прогноз роста ВВП на 2015-2021 гг. по данным IMF [7].

Итак, проведем обзорный экскурс по основным мировым производителям ЧШГ.

Китай. Литейное производство страны по данным Modern Casting за период с 2000 по 2015г. увеличило производство ЧШГ в 5,4 раза и достигло 12,6 млн. т. Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 32,7% /Modern Casting/.

США. Производство отливок из ЧШГ за 2000-2015гг. составило в среднем 3,7 млн. т, при колебании от 2,6 млн. т (2009) до 4,5 млн. т (2012). Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 39,0% /Modern Casting/. При этом стоимость годовых отгрузок отливок из ЧШГ превысила стоимость отливок из серого чугуна. Анализ данных обзора American Foundry Society (AFS) [8] свидетельствует о том, что около 75% по стоимости продукции США из чугуна с шаровидным графитом в 2011г. пришлось на пять кодов видов производства (табл. 3). К ним относится производство труб и люков, автомобилей, строительной техники и сельскохозяйственных машин.

Таблица 3. Отгрузки в США продукции из чугуна с шаровидным графитом [8]

 
Рейтинг
2020
 Код
 NAICS
 
Наименование
2011
2020, прогноз
Отгрузки,
млн. USD
Доля,
%
Отгрузки,
млн. USD
Доля,
%
2020 к
2011, %
1
331511
Производство чугунных труб, люков и крышек
1965,65
40,03
1963,18
33,46
99,87
2
33611
Производство автомобилей малой грузоподъемности
541,55
11,03
824,35
14,05
152,22
3
33612
Производство тяжелых грузовиков
419,53
8,54
513,03
8,75
122,29
4
333120
Производство строительной техники
409,96
8,35
469,58
8,00
114,54
5
33311
Производство сельскохозяйственных машин
320,57
6,53
381,70
6,51
119,07
 
 
Итого
3657,26
74,47
4151,84
70,77
113,52
6
33291
Производство вентилей и клапанов
177,43
3,61
296,74
5,06
167,24
7
333132
Производство машин и оборудования для добычи нефти и газа
120,06
2,44
267,38
4,56
222,71
8
33391
Производство насосов и компрессоров
154,52
3,15
247,27
4,21
160,02
9
333618
Производство прочих ДВС
225,33
4,59
225,23
3,84
99,96
10
33329
Производство промышленного оборудования, прочего
152,59
3,11
176,26
3,00
115,51
11
237310
Строительство шоссе, улиц и мостов
88,25
1,80
138,91
2,37
157,41
12
3334
Производство оборудования для вентиляции, отопления и т.п.
86,33
1,76
103,25
1,76
119,60
13
333612
Производство высокоскоростных приводов и передач
75,75
1,54
84,74
1,44
111,87
14
3365
Производство железнодорожного подвижного состава
26,04
0,53
38,56
0,66
148,08
15
333518
Производство металлообрабатываю-щего оборудования
51,85
1,06
32,27
0,55
62,24
16
333514
Изготовлением специальных инструментов и приспособлений
37,05
0,75
31,65
0,54
85,43
17
333516
Производство оборудования для прокатки металлов
27,27
0,56
29,16
0,50
106,93
18
333512
Производство металлорежущих станков
20,81
0,42
22,60
0,39
108,60
19
335312
Производство электрических двигателей и генераторов
10,31
0,21
20,61
0,35
199,90
 
 
Всего
4910,85
100,00
5866,47
100,00
119,46

Примечание. NAICS – North American Industry Classification System.

Таким образом, в США продукция 19 видов производств включает отливки из ЧШГ. Что касается перспектив 2020г., то ASF прогнозирует увеличение поставок продукции, использующей отливки из ЧШГ, на 19,5% по сравнению с 2011г. (табл. 2).

Япония. Среднегодовое литье из ЧШГ за 2000-2015гг. составило 1,7 млн. т. Минимальное производство  имело место в 2000г. (0,4 млн. т), а максимальное - 2,0 млн. т в 2006 и 2007гг. Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 43,4% /Modern Casting/. В 2013г. при производстве 1,3  млн. т отливок из ЧШГ, доля деталей для автомобилей составила 64,1%, а деталей промышленных машин, в том числе и электрических, – 15,1% [9].

Германия. За 2000-2015гг. среднегодовое производство ЧШГ составило 1,5 млн. т. Минимальный уровень производства имел место в кризисном 2009г. (1,2 млн.), а максимальный – в 2007г. (1,8 млн. т). Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 37,2% /Modern Casting/. В 2012г. для автомобилестроения было произведено 41% отливок из ЧШГ, а для энергетического и прочего машиностроения – 33% [10].

Индия. С 2000 по 2015г. производство ЧШГ увеличилось с 0,3 млн. т до 1,2 млн. т или в 4,7 раза. Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 12,4% /Modern Casting/.

Франция. За период с 2003 по 2015г. производство ЧШГ в стране уменьшилось с 1,0 до 0,8 млн. т, при среднегодовом показателе 0,9 млн. т. Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 57,3% /Modern Casting/. В 2006-2013гг. объем литья из ЧШГ (Spheroidal graphite cast) на 5-10% превышал объем литья из серого чугуна (Grey cast). В 2012г. для автомобилестроения было произведено 30% отливок из ЧШГ, а для прочих отраслей –  66% [5].

Республика Корея. Производство ЧШГ достаточно стабильно повышалось с 0,5 до 0,7 млн. т. в течение 2000-2015гг. Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 36,2% /Modern Casting/.

Испания. Производство ЧШГ в 2001-2015гг не было стабильным при среднегодовом показателе 0,6 млн. т. В 2006-2013гг. объем литья из ЧШГ (Spheroidal graphite cast) на 15-26% превышал объем литья из серого чугуна (Grey cast). Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 59,8% /Modern Casting/.

Турция. Производство ЧШГ в стране характеризуется уверенным повышательным трендом. С 2000 по 2015г. выпуск отливок из ЧШГ увеличился в 4,8 раза и в 2015г. достиг 0,6 млн. т. Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 42,9% /Modern Casting/. В 2012г. для автомобилестроения было произведено 50% отливок из ЧШГ, для энергетического и прочего машиностроения –  22%, и 14% составили трубы [10].

Бразилия. Работа производителей ЧШГ, несмотря на спады и подъемы, характеризуется слабым повышательным трендом при среднегодовом показателе 0,6 млн. т за 2000-2015гг. Доля ЧШГ в производстве отливок из черных металлов в 2015г. составила 25,7% /Modern Casting/.

Россия. По потенциалу литейного производства страна по праву могла бы входить в десятку мировых производителей ЧШГ. Однако отсутствие надежных статистических данных за 11 лет из 16 последних в публикациях Modern Casting не позволяет точно определить позицию России среди производителей ЧШГ. Известно [6], что в 2011 г. Россия произвела 898 тыс. т отливок из чугуна с шаровидным графитом. Это соответствует шестому месту ЧШГ-рейтинга за 2011г. Однако, исходя из структуры потребления отливок из черных металлов в РФ, нами было оценочно определено, что в течение 2013-2015гг. производство отливок из ЧШГ в этой стране уменьшилось с 850 до 540 тыс. т. Последний оценочный показатель, вероятно, выводит Россию за рамки десяти ведущих мировых производителей ЧШГ.

Украина. В течение 2010-2015гг., исходя из данных Госстата Украины, среднегодовое производство отливок из ЧШГ в стране находилось на уровне 1,8 тыс. т. При этом доля ЧШГ в производстве отливок из сплавов черных металлов составляла, в среднем, 2,2%. В 2015г. больше всего (49,6% по тоннажу) было произведено отливок из ЧШГ деталей машин и механизмов, за исключением ДВС. На следующих позициях находятся детали подвижного состава железных дорог (24,5%) и детали для подшипников скольжения (20,8%). Тем самым в Украине, несмотря на достаточно мощные научные наработки по ЧШГ, сохраняется тенденция, присущая литейному производству времен Советского Союза. Тогда, например, в 1988г., доля отливок из ЧШГ составляла 2,8% производства отливок из черных металлов в Украине. Вероятно, это обусловлено тем, что на заре становления технологии получения отливок из ЧШГ в Украине этому процессу не был создан соответствующий технико-коммерческий фундамент.

Обзор информации о расширении применения отливок из ЧШГ

Уже достаточно долго ЧШГ по темпам увеличения объема производства и разнообразию сфер применения занимает лидирующие позиции среди других литых конструкционных материалов. В технологически развитых странах уменьшается выпуск отливок из стали и серого чугуна, а производство отливок из ЧШГ даже в периоды кризисов ежегодно увеличивается на 2-3 % [11]. Как следствие отливки из ЧШГ находят применение в разных сегментах промышленности.

В трубопроводном транспорте широко используються центробежно-литые трубы из ЧШГ. По механическим свойствам они почти равноценны стальным, но по долговечности превышают последние в 3-8 раз в силу более высокой коррозионной стойкости. Их используют в трубопроводах для транспортировки воды, нефти, а также различных агрессивных жидкостей и газов. Диапазон размеров труб составляет по диаметру 50-2800 мм, а по длине 2000-8000 мм. При применении для трубопроводов труб из ЧШГ вместо труб из серого чугуна масса погонного метра труб уменьшается до 30 %. Кроме того, ЧШГ широко применяют для производства запорной и регулирующей трубопроводной арматуры.

Номенклатура отливок из ЧШГ в транспортном машиностроении весьма обширная. Она включает: коленчатые и распределительные валы, блоки цилиндров, кронштейны рессор, картеры заднего моста, дифференциала и делителя, шатуны, тормозные барабаны, диски сцепления, маховики, выхлопные коллекторы, крышки подшипников, ступицы, зубчатые колеса, поршни, поршневые кольца, корпуса турбин, сервоцилиндры, кулаки заднего моста, поворотные шкворни, водила планетарного механизма конечной передачи, корпуса передней оси, рычаги поворотного кулака и пр. [12].

ЧШГ также используют для деталей металлургического оборудования, в частности, валков, а также изложниц массой до 10 т при производстве прокатных и кузнечных слитков, прибыльных надставок и других деталей.

Широкую номенклатуру литых деталей из ЧШГ производят для станкостроения. В тяжелом, транспортном, сельскохозяйственном и других отраслях машиностроения потребность в отливках из ЧШГ достаточно большая, а требования к их структуре и свойствам более высокие [13].

Современные направления развития технологии литья ЧШГ

Традиционно на большинстве предприятий, особенно стран СНГ, используют технологию получения ЧШГ модифицированием в открытых литейных ковшах магнийсодержащими лигатурами. При этом в атмосферу выделяются вредные вещества, поскольку сгорает 65-75 % магния, вводимого в жидкий чугун. Одновременно процесс модифицирования характеризуется определенной нестабильностью, связанной с образованием в тонкостенных отливках структурно-свободного цементита (отбела), для графитизации которого применяют энергоёмкую термическую обработку (отжиг при температуре 920-950°С в течение 6-10 часов), значительно повышающую себестоимость литья.

В то же время наряду с другими исследователями, учеными ФТИМС НАН Украины показано, что эффективным конкурентом технологии модифицирования в открытых литейных ковшах является экологичная технология внутриформенного модифицирования. Этот способ под названием «инмолд-процесс» известен c 1974 г. (Fiat, U.S.) Применение при этом плавки чугуна на качественных шихтовых материалах с содержанием 0,015-0,020% S позволяет получить включения шарообразного графита, а также большей частью ферритную металлическую основу без структурно-свободного цементита с повышением технологических, механических и эксплуатационных свойств отливок из ЧШГ [11].

Использование внутриформенного модифицирования обеспечивает сближение во времени процессов модифицирования и кристаллизации. Это стимулирует зарождение дополнительных центров кристаллизации (инокуляцию), повышает уровень сфероидизации графитовых включений и эффективно предотвращает отбел в тонкостенных отливках. Внутриформенное модифицирование обеспечивает получение измельченной структуры феррито-перлитной основы в стенках отливок толщиной 2,5-10,0 мм без структурно-свободных карбидов с повышением механических свойств. Одновременно уменьшается расход ферросилиций-магниевых лигатур в 2-3 раза, в сравнении с модифицированием в литейном ковше [11]. Экономится также ферросилиций за счет ликвидации операции вторичного модифицирования, на 100-120 °С снижается температура модифицирования и, следовательно, перегрев расплава в печи, что сопровождается уменьшением расхода электроэнергии и количества вредных выбросов в помещении литейного цеха.  Также уменьшает себестоимость литья ликвидация термообработки отливок, обязательной для большинства технологий ковшевого модифицирования.

Вторым направлением совершенствования структуры чугуна, после сфероидизации графита, является получение, начиная с 70-х годов XX века, аустенито-бейнитной структуры металлической матрицы (так называемый «бейнитный чугун») [14, 15]. В технической литературе его обозначают аббревиатурой АБЧШГ (аустенито-бейнитный чугун с шаровидным графитом – рус.) или ADI (Austempering Ductile Iron – англ.) или ZGK (Zwischenstufenvergütung von Gusseisen mit Kugelgraphit – нем.). Последнее можно перевести как «закалка чугуна с шаровидным графитом в промежуточной области превращений» [14].

Высокий технико-экономический эффект обеспечивает производство из бейнитного ЧШГ коленчатых валов в автомобилестроении. Средние значения предела выносливости коленчатых валов при ступенчатых испытаниях на изгиб в случае бейнитного чугуна вдвое выше по сравнению с перлитным ЧШГ [12]. При одинаковой конструкции коленчатые валы из бейнитного чугуна имеют на 10% меньшую массу и на 20% меньший модуль упругости при одинаковых показателях относительного удлинения и твердости. Такая структура обеспечивается специальным легированием, а также особой термообработкой (изотермической закалкой). После того, как на опытных образцах были достигнуты значения предела прочности при растяжении на уровне 1500 МПа и относительного удлинения до 10%, началось широкое освоение высокопрочного бейнитного чугуна в производстве. В настоящее время в промышленных масштабах выпускаются (в частности, фирмами «General Motors» и «Ford») сотни типоразмеров деталей, причем за рубежом наиболее массовыми изделиями являются зубчатые колеса [9].

Традиционое повышение прочности отливок из ЧШГ с помощью комбинации подобранных легирующего комплекса и термообработки (обе операции увеличивают себестоимость литья) также выполняют специально спроктированным режимом охлаждения для получения желаемой структуры, включающим раннюю выбивку отливки из формы [16]. В проведенных исследованиях высокая скорость теплоотвода достигается за счет регулирования градиента температуры между тепловыми узлами и поверхностью отливки с применением компьютерного теплового и гидродинамического моделирования. Такая термообработка экспериментальной отливки с толщиной стенки 1" (25,4 мм)  повысила прочность на разрыв литого чугуна с 550-600 МПа до 1000-1050 МПа [16]. Также упрочнение ЧШГ при температуре выбивки отливки 950-900 °С описано в работе [17].

Эксплуатационные характеристики АБЧШГ таковы, что позволяют значительно, по сравнению с ЧШГ, расширить зону конкуренции с легированными сталями. Наряду с механическими и эксплуатационными свойствами, сравнимыми с аналогичными свойствами сталей, АБЧШГ выгодно отличаются от них традиционными для чугунов высокими литейными свойствами, меньшим удельным весом, прекрасными демпфирующими и антифрикционными свойствами, хорошей прирабатываемостью.

Производственные примеры литья из ЧШГ по ЛГМ-процессу

Учитывая значительную скорость наращивания объема литья из ЧШГ в Китае (вероятно, завидную для отечественных литейщиков), уместно привести пример сочетания технологии литья ЧШГ с точным литьем по разовым моделям. Интересен опыт компании из Китая Hebei Ruiou Lost Foam Science & Technology Co., Ltd, описанный на ее сайте [18]. Эта компания изготовила литьем по газифицируемым моделям (ЛГМ, Lost Foam Casting) для заказчика из Марокко партию люков размером 850 мм с толщиной литой стенки 4 мм (по тексту с сайта) из ВЧ марки QT500-7 (ближайший аналог ВЧ 500-7 ДСТУ 3925-99). Два вида моделей (рис. 6 а, б) из пенополистирола плотностью 22 кг/м3 склеивали на трубчатых каркасах (рис. 6 в, г).

Рис. 6. Производство тонкостенных люков ЛГМ-процессом [18].

Многоярусными литниковыми системами рассредоточено подавали металл в центральную часть отливки. Показаны сушка в сушиле окрашенных с помощью душируэщего устройства моделей (рис. 5 д, е), формовка нескольких моделей в контейнере (рис. 6 ж) и готовые отливки люков (рис. 5 з). По прочности на разрыв и удлинению отливки соответствовали требованию заказчика.

Литье тонкостенных изделий ЛГМ-процессом потребовало принятие ряда новых решений. Коробления габаритной тонкостенной модели при формовке предотвращены монтажом моделей на каркасах при окраске, формовке и, очевидно, заливке формы металлом в вакуумируемой форме. Недоливы и спаи устранены снижением до минимума плотности модели при сохранении удовлетворительной шероховатости ее поверхности. Скорректирован углеродный эквивалент металла для повышения жидкотекучести при повышении содержания марганца для увеличения прочности и ударной вязкости ЧШГ. Отливки обладают эргономичностью, оптимально сочетают эстетичность и металлосбережение за счет высокой прочности тонкостенного литья с использованием присущего вакуумируемым песчаным формам ускоренно затвердевающей поверхностной корки металла на развитой поверхности формы с декоративным рельефом для противоскольжения. Множество тонкостенных ребер позволяет отливке выдерживать испытание давлением, заявленным исполнителем, демонстрируя преимущества использования высокой прочности ЧШГ с характерной мелкодисперсной структурой металла для тонкостенной отливки.

В качестве примеров литья ЧШГ, в которых высокопрочный материал совмещается с точным сособом литья или точным способом песчаной формовки, показателен опыт института ФТИМС НАН Украины, который новые способы получения ЧШГ сочетает с ЛГМ-процессом согласно концепции научной школы профессора Шинского О. И. На рис. 7 показаны пенополистирольные модели металлоконструкций для серийного литья из ЧШГ, или проходящие опытно-промышленную отработку при переводе на ЧШГ с других сплавов, а также отливки из ЧШГ, полученные по ЛГМ-процессу, по данным сайта lgm.com.ua. Модели и отливки изготовлены в цехах ФТИМС НАН Украины.

 

Рис. 7. Модели (в том числе, в составе кластеров) для литья из ЧШГ различных отливок и отливки cледующего веса (по металлу, кг): а - 1,14; б – 1,2; в – 8,9; г – 24,2; д - 7,8; е – 2,6; ж – 4,2; з – 1,1; и – 12,3; к – 24,6; л -25,5; м – 7,8; н – 1,1; о -13,3; п – 5,8; з – 420,0; м – 7,8; н – 1,1; о – 13,3; п – 5,8; р – 420; с – 25,5; т – 14,6; у – 8,5.

Анализ рынка чугуна с шаровидным графитом позволяет рекомендовать украинским ученым и менеджерам литейного производства активно внедрять в литейных цехах процессы литья ЧШГ и АБЧШГ. Это экономически и технологически повысит конкурентный уровень украинского литейного производства на основе мировых и отечественных наработок в области металло-, энергосберегающих, и экологически безопасных процессов выпуска точных отливок для различных отраслей отечественной экономики, а также для расширения экспорта отливок, который обладает потенциалом возрастающей финансовой отдачи.

 Литература:

  1. 50th Census of World Casting Production // Modern Casting, December 2016, p. 25-29.
  2. Metalcasting Industry Information and Demographics. Ресурс -http://www.afsinc.org/about/content.cfm?ItemNumber=13450 .
  3. Дибров И. А. Тенденции развития литейного производства России 2015. Ресурс -http://www.globalcastingmagazine.com/
  4. Heinz-Jürgen Büchner, Jonas Gloßner. Foundry Industry 2020: Trends and Challenges. Ресурс -https://www.heat-processing.com/hp-exclusive/selected-reports/21-06-2015-foundry-industry-2020-trends-and-challenges/
  5. Alfred Spada. Revitalization of North American Metalcasting. Ресурс - http://www.globalcastingmagazine.com/index.php/metalcasting-statistics/ 
  6. 46th Census of World Casting Production // Modern Casting, December 2012, p. 25-29.
  7. Heinz-Jürgen Büchner. Global Economy and the Situation of the Foundry Industry. Ресурс - http://www.globalcastingmagazine.com/wp-content/uploads/2016/10/2_Buechner_IKB_77673.pdf
  8. AFS Metalcasting Forecast & Trends 2012. Compiled December 2011 by the American Foundry Society Inc. www.afsinc.org.
  9. Statistics Japan Foundry Society. Ресурс - foundry.jpn.com.
  10. The European Foundry Industry 2012, CAÉF. Ресурс - www.globalcastingmagazine.com.
  11. Бубликов В. Б. Эффективность модифицирования чугуна в проточних реакторах литниковых систем / В. Б. Бубликов, Е. П. Нестерук // Литейное производство. - 2016. - № 9. – С. 8.
  12. Путятина Л.И. Особенности применения отливок из высокопрочного чугуна / Л.И. Путятина, Л.А. Тимофеева // Збірник наукових праць УкрДАЗТ. – 2014. - № 145. - С. 150-153.
  13. Карпенко M. И. Особенности процессов производства корпусных отливок из высокопрочных чугунов / M. И. Карпенко, М. A. Сайков, М. В. Мамаева, Д.М. Кукуй, В. Ф. Одиночко, А. П. Мельников // Литье и металлургия. - 2009. - №3. – С.169-174.
  14. Покровский А. И. Использование высокопрочного бейнитного чугуна для изготовления зубчатых колес / А. И. Покровский, Л. Р. Дудецкая // Литье и металлургия. - 2015 - №2. - С. 126-134.
  15. Макаренко К. В. Изотермическая закалка - эффективный способ управления структурой и свойствами высокопрочного чугуна / К.В. Макаренко, Д.А. Илюшкин, Е.А. Зенцова // Литейщик России. - 2016. - №4. - с. 10-14.
  16. Simon N. Lekakh. High Strength Ductile Iron Produced by Engineered Cooling: Process Concept // International Journal of Metalcasting. - April 2015. - Vol. 9, Issue 2. - Р. 21–30.
  17. Зальцман Э.С. Ускоренное охлаждение отливок изложниц из чугуна с шаровидным графитом / Э.С. Зальцман, С.Л. Урин // Литейные процессы. - 2013 - №12. - С. 156-161.
  18. Our company successfully quantity produced the manhole cover by lost foam process. News, 2015.7.9 // Hebei Ruiou Lost Foam Science & Technology Co., Ltd: [сайт] – Режим доступа: http://www.ruiouepc.com/info.asp?id=3444 (12.01.2017).

Авторы:

Гнатуш Виталий Аполлонович, канд. техн. наук, независимый аналитик, Украина; E-mail: vgnatus@gmail.com

Дорошенко Владимир Степанович, канд. техн. наук, ст. научн. сотр. ФТИМС, Украина; E-mail: doro55v@gmail.com

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №2 (198) 2017 г.
Стр. 24-33