Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (Москва, Россия)

Л. Д. Митева, аспирант кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», miteva.ld@misis.ru
А. Ю. Титов, доцент кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», канд. техн. наук, titov.ay@misis.ru
Т. А. Базлова, доцент кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», канд. техн. наук, доцент, bazlova.ta@misis.ru
М. М. Дударева, студент кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», dmm.846@list.ru
А. А. Никитина, старший преподаватель кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», a.nikitina@misis.ru
В. Д. Белов, профессор кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», докт. техн. наук, профессор, vdbelov@mail.ru

В работе представлены результаты исследования процесса непрерывно-пошагового литья вверх слитков диаметром 50 мм из бронзы БрО10С2Н3. Изучено влияние режимов литья (скорости литья) на формирование микро- и макроструктуры, твердость, а также на механические свойства сплава в слитках. Установлено, что причиной образования дефектов в виде внутренних полостей в слитках диаметром 50 мм является низкая скорость теплоотвода после образования воздушного зазора между графитовой втулкой и слитком. Выбран температурный режим литья, позволяющий получать качественные слитки без усадочной пористости и внутренних дефектов. Выявлен нелинейный характер зависимости объемной доли интерметаллидной фазы γ-Cu3Sn от скорости литья: максимальное содержание (4,80±0,29 %) достигается при 12 мм/мин, что обусловлено неравновесной кристаллизацией, но дальнейшее увеличение скорости приводит к снижению доли интерметаллидной фазы вследствие частичной гомогенизации слитка внутри кристаллизатора. Определены оптимальные параметры: скорость литья 15 мм/мин (прямой ход – 3 мм, остановка – 8 с, обратный ход – 1 мм), которые гарантируют высокое качество поверхности слитков и механические свойства сплава: прочность 353 МПа и твердость, превышающую требования ОСТ 1 90054–72. Установлена корреляция между скоростью литья, объемной долей интерметаллидной фазы и механическими свойствами, позволяющая целенаправленно регулировать структуру и свойства литых заготовок.

1. Zhao J., Fu Yo., Ma J., Fu J., Chao Q., Wang Ya. Review of cylinder block/valve plate interface in axial piston pumps: Theoretical models, experimental investigations, and optimal design // Chinese Journal of Aeronautics. Elsevier, 2020. Vol. 34, Iss. 1. P. 111–134.
2. Song K., Zhou Ya., Zhao P., Zhang Ya., Bai N. Cu – 10Sn – 4Ni – 3Pb Alloy prepared by crystallization under pressure: An experimental study // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2013. Vol. 26, Iss. 2. P. 199–205.
3. Sergejevs A., Kromanis A., Ozolins Ja., Gerins E. Influence of casting velocity on mechanical properties and macrostructure of tin bronzes // Key Engineering Materials. Trans Tech Publications Ltd. 2016. Vol. 674. P. 81–87.
4. Chen J., Xiao X., Yuan D., Guo Ch., Huang H., Yang B. Microstructure and properties of Cu – Cr – Zr alloy with columnar crystal structure processed by upward continuous casting // J. of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 889. 161700.
5. Bazhenov V. E., Titov A. Yu., Shkalei I. V., Marukovich E. I. et al. Investigation of effect of casting speed on structure and properties of bronze rods C92900 obtained by continuous casting upwards // Metallurg. 2021. Iss. 7. P. 44–51.
6. Miteva L. D., Titov, A. Yu., Baranov I. I., Nikitina A. A., Belov V. D. Structure and properties of C92900 antifriction bronze produced by upward continuous casting // Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2025. Vol. 31, Iss. 2. P. 66–75.
7. Erzi E., Tiryakioğlu M. Feeding distance of tin bronze castings: intrinsic and extrinsic estimates // Materials Science and Technology. 2019. Vol. 35, Iss. 67. P. 2211–2216.
8. Bazhenov V. E., Titov A. Yu., Shkalei I. V, Sannikov A. V. et al. Effect of the Cooling Rate on the Microstructure and Properties of C92900 Bronze // Russ. J. Non-ferrous Metals. 2021. Vol. 62. 274–285.
9. Якубович Е. А. Особенности формирования двухфазной зоны слитка при непрерывном литье // Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 3. С. 144–148.
10. Таволжанский С. А., Пашков И. Н., Колетвинов К. Ф. Особенности непрерывного литья заготовок малого сечения из сплавов на основе меди // Прогрессивные литейные технологии: сб. трудов конф. 2020. С. 164–174.
11. ОСТ 1 90054–72. Сплавы медные для литья. – Введ. 01.09.1972.
12. Захаров А. М. Промышленные сплавы цветных металлов. Фазовый состав и структурные составляющие. – М. : Металлургия, 1980. – 256 с.
13. Gupta R., Srivastava S., Kumar N. K., Panthi S. K. High leaded tin bronze processing during multi-directional forging: Effect on microstructure and mechanical properties // Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 654. P. 282–291.
14. Kozana J., Garbacz-Klempka A., Piękos M., Czekaj E., Perek-Nowak M. Assessment of impact of nickel additions on tin bronzes // Archives of Foundry Engineering. 2018. Vol. 18, Iss. 1. P. 53–60.
15. Fürtauer S., Li D., Cupid D., Flandorfer H. The Cu – Sn phase diagram, Part I: New experimental results // Intermetallics. 2013. Vol. 34. P. 142–147.
16. Курдюмов А. В. Пикунов М. В., Чурсин В. М., Бибиков Е. Л. Производство отливок из сплавов цветных металлов. – М. : МИСиС, 1996. – 502 с.