Исследование влияния электрического тока на структурообразование и свойства высококачественных отливок

• Автор: Куценко, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Технологии обработки расплава электрическим током

1.2 Обработка жидкого и кристаллизующегося расплава постоянным и переменным электрическим током
1.3 Обработка жидкого и кристаллизующегося расплава импульснопериодическим электрическим током

1.4 Анализ существующих гипотез электропереноса

1.5 Теоретические модели воздействия электрического тока на

металлический расплав

1.6 Выводы и задачи исследования

2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Общий план исследований
2.2 Стенд для исследования токового воздействия на металлический расплав
2.3 Исходные материалы
2.4 Условия плавки, заливки и токовой обработки расплава
2.5 Определение химическою состава сплава и металлографические исследования
2.6 Определение твердости спплавов
2.7 Определение жидкотекучести сплавов
2.8 Термический и дифференциальный анализ
2.9 Обработка экспериментальных данных и численное моделирование..
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЛАВОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ постоянным ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
3.1 Исследование влияния постоянного электрического тока на изменение химического состава по сечению образца
3.2 Исследование влияния постоянного электрического тока на
кристаллизацию сплавов
3.3 Исследование влияния постоянного электрического тока на структуру сплавов
3.4 Исследование влияния постоянного электрического тока на микротвердость, твердость и жидкотекучесть сплавов

3.5 Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований
3.6 Выводы по главе
4 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОТЛИВКУ
4.1 Анализ сил, действующих на компоненты расплава при электропереносе
4.2 Обсуждение и расчет полученных данных электропереноса в расплавах
4.3 Сопоставление результатов эксперимента с результатами моделирования
4.4 Выводы по главе
5 ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ ПОСТОЯННЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
5.1 Оценка технологических возможностей применения метода обработки кристаллизующегося расплава в литейной форме электрическим током
5.2 Разработка литейной технологии изготовления колосника с подводом постоянного электрического тока в полость литейной формы.
5.3 Разработка технологии производства выходного вкладыша форсунки для водоугольного топлива
5.4 Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Для повышения качества и свойств отливок все большее применение находит метод токового воздействия на кристаллизующийся расплав. Накопленные экспериментальные и теоретические данные свидетельствуют о возможности воздействия на металлический расплав в литейной форме электрическим током с целью управления потоками ионов и изменения содержания компонентов по сечению отливки. Такой технологический прием дает возможность получать литые изделия с повышенным содержанием требуемых компонентов в поверхностном слое отливки и снижать их содержание в теле отливки или решать обратную задачу - перемещать «вредные» компоненты из поверхностных слоев в тело отливки. В связи с этим представляет большой теоретический и практический интерес проведение целенаправленного исследования влияния постоянного электрического тока на кристаллизационные параметры и параметры электропереноса в отливках.
Актуальность темы диссертационной работы также подтверждена выполнением научно-исследовательских работ в рамках реализации Минобрнауки РФ проекта развития кооперации российских вузов и производственных предприятий по созданию высокотехнологичного производства (договор №13.025.31.0082, 2010...2012 гг.) и Государственного контракта №14.132.21.1661 Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Степень разработанности темы. В последние годы доказано, что электрический ток влияет на структуру, фазовый состав и физико-химические свойства литых заготовок - происходят изменения в распределении фазовых составляющих в отливке; уменьшается размер дендритного параметра и формирование более однородной структуры; наблюдается увеличение твердости, плотности, прочности и пластичности литого металла; снижается жидкотекучесть сплавов; повышается скорость растворения модификатора; происходит дегазация расплава. Наиболее обширные исследования в этом направлении проведены Г. Н.

В работе [91] кристаллизующиеся алюминиевые сплавы подвергались совместной обработке импульсным током частотой 1 кГц и статическим магнитным полем, приложенным перпендикулярно. Отмечено существенное измельчение структуры обработанных алюминиевых сплавов. Приводится математическое описание расчета усилий, действующих на частицу зарождающейся твердой фазы со стороны магнитного и электрического полей с учетом действия гравитационной силы. Теоретически определены места (в объеме образца) стабильного образования частиц той или иной фазы.
Исследования на смеси Ы3Р04 и Ы4Се04 [92] показали, что приложение к системе знакопеременного «пилообразного» электрического тока не приводит к изменению химического состава кристаллизующихся фаз и образованию новых фаз. При напряжении до 0,8 В на отрицательно заряженном Г/-стержне кристаллизовалась друза, состоящая из прозрачных пластинчатых кристаллов ЫуПСеО$ размером~до 20 мм итолщиной поряДкаН мм. При смене полярности Гг-стержня на нем кристаллизовались кристаллы Ы2ТЮе05 размером до 4 см и толщиной порядка 2 мм. На основе данных, полученных в этой серии опытов, сделан вывод о том, что приложение электрического поля коренным образом влияет на область зарождения и последующий рост кристаллов.
1.4 Анализ существующих гипотез электропереноса
Вопросами электропереноса (ЭП) в жидких металлах исследователи начали заниматься с 40-х годов прошлого века. Особый вклад в развитие теоретических основ электропереноса в расплавах внесли С.И. Дракин, Д.К. Белащенко, В.А. Михайлов, П.П. Кузьменко, К. Шварц, Ц. Вагнер и др. [93-99].
Во всех предлагаемых гипотезах (теориях) физико-химического содержания вводится параметр г* — эффективный заряд иона примеси. Эффективные заряды ионов фигурируют в теории диссоциации электролитов и в этих теориях, описывающих явление электролиза, вводится число Фарадея Г=96500, равное числу перенесенных эквивалентов заряда.