Исследование кристаллической структуры и дефектов осевой зоны крупных кузнечных слитков с целью повышения эффективности производства и качества сплошных поковок

• Автор: Чекалин, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.01, 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЗАТВЕРДЕВАНИЕ И ДЕФЕКТЫ КРУПНЫХ КУЗНЕЧНЫХ СЛИТКОВ И ПОКОВОК

1.1. Кристаллизация крупного кузнечного слитка

1.1.1. Теория объмной кристаллизации

1.1.2. Теория последовательной кристаллизации

1.1.3. Теория объмнопоследовательной кристаллизации

1.2. Кристаллическое строение стального слитка и его дефекты

1.2.1. Строение слитка

1.2.2. Трещины и неоднородности в слитке

1.2.2.1. Классификация трещин

1.2.2.2. Причины образования горячих трещин ЗЭ
1.2.2.3. Дефекты поковок, выявляемые ультразвуковым контролем
1.2.3. Особенности строения слитка
1.2.3.1. Макроструктура конуса осаждения
1.2.3.2. Химическая неоднородность конуса осаждения
1.3. Неметаллические включения в поковках
1.4. Механические свойства металла поковок
1.5. Заключение по первой главе ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Сведения о материале исследований
2.2. Методика исследования слитков
2.3. Методика исследования структурной неоднородности
2.4. Методы контроля качества поковок ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАКРО И МИКРОСТРУКТУРЫ ОБЫЧНОГО СЛИТКА СТАЛИ МАРКИ ХНЗМФА МАССОЙ ,2 ТОННЫ
3.1. Исследование ликвации углерода, серы и фосфора
3.2. Исследование кристаллического строения
3.3. Исследование плотности, пористости и тврдости металла
3.4. Моделирование процесса кристаллизации при помощи компьютерной программы КЮЭЫ
3.5. Исследование осевых трещин
3.6. Выводы по третьей главе ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МАКРО И МИКРОСТРУКТУРЫ СЛИТ
КА С ВОГ1 ГУТОЙ ДОННОЙ ЧАСТЬЮ СТАЛИ МАРКИ ХНЗМФА МАССОЙ ,5 ТОННЫ
4.1. Исследование ликвации углерода, серы и фосфора
4.2. Исследование кристаллического строения
4.3. Исследование тврдости металла
4.4. Моделирование процесса кристаллизации при помощи компьютерной программы КЮБЫ
4.5. Исследование осевых трещин
4.6. Выводы по четвртой главе 9 ГЛАВА 5. ПРОИЗВОДСТВО ОТВЕТСТВЕННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
5.1. Освоение слитка с вогнутой донной частью
5.2. Результаты сдаточных характеристик готовой продукции
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


После перегрева алюминия до 0°С печь выключили и слиток, как и первые два, охлаждался преимущественно сверху. Положение и форма усадочной раковины полностью отвечали условиям кристаллизации верхней крупнокристаллической области и механизму образования мелкокристаллической зоны. Характерным для трёх полученных слитков является разделение усадочной раковиной двух резко отличных кристаллических областей: мелкокристаллической нижней и крупнокристаллической верхней. Это противоречит тепловым условиям формирования усадочной раковины в обычном слитке, в котором зона около усадочной раковины застывает последней и характеризуется крупнокристаллическим строением. Нередко стенки усадочных раковин усеяны очень крупными кристаллами. Следовательно, в исследовавшихся слитках мелкокристаллическая зона образовалась, очевидно, в результате оседания отдельных изолированных кристаллов из верхних горизонтов слитка. Для получения прямого доказательства возможности зарождения и опускания в жидком расплаве отдельных кристаллов была предпринята попытка извлечь их до образования твёрдой корки на поверхности слитка при помощи вводившегося в жидкий алюминий полого железного конуса с многочисленными 2 мм отверстиями (для вытекания жидкого алюминия). Действительно, извлечённый конус был переполнен бчатой массой алюминия, просыпавшейся через край; несколько струек вытекшего через отверстия в стенке конуса жидкого алюминия образовали небольшие сосульки. Содержимое конуса вытряхнули резким опрокидыванием; общий вид конуса кристаллов приведен на рис. Извлечённая масса состояла из слабо связанных между собой отдельных кристаллов, имевших форму октаэдров. Это и было подтверждено строением полученного слитка. Наличие мелких кристаллов в зоне конуса, извлечённого из тигля, служит дополнительным доказательством, что мелкокристаллическая область слитков состоит из отдельных кристаллов, возникающих вне зоны их залегания. Рис. Рис. Таким образом, прямым опытом доказано образование отдельных изолированных кристаллов в верхней части слитка до образования твердой корки на его поверхности и опускание этих кристаллов в жидком расплаве. В работе [] опираясь на различие структуры и свойств донной и головной частей слитков, автор также высказывается в пользу предположения о падении кристаллов в процессе затвердевания слитка. Основными сторонниками теории последовательной кристаллизации являются Б. Б. Гуляев [5, 8, ], Г. Н. Ойкс [6], Л. И. Сокольская [7], Н. Е. Скороходов [9], В. М. Тагеев [,-]. Все эти исследователи объясняют процесс кристаллизации стали с позиции теории формирования структуры слитка предложенной A. C. Лавровым []. По нему затвердевание стали происходит последовательно от периферии к центру слитка слоями, параллельными внутренним очертаниям изложницы. Автор работы [7] считает, что объёмной кристаллизации и, следовательно, дождя кристаллов в слитках не происходит потому, что падение кристаллов в отливках и слитках во время затвердевания в статических условиях, вследствие отрыва кристаллов с поверхности затвердевающей отливки или зарождения и роста кристаллов внутри отливки, нельзя считать доказанным. Затвердевание отливки происходит последовательно в направлении от наиболее сильно охлаждающегося слоя. Кристаллы, зарождающиеся рядом с затвердевшим слоем, очевидно, находятся в сфере действия собирательной энергии этого слоя. Исследование макроструктуры слитков показывает, что конусы как в нижней, так и в верхней частях слитка образуются от стыка столбчатых кристаллов. Мелкозернистая масса внизу слитка не образует конуса; поэтому гипотеза «дождя» кристаллов для объяснения её накопления не является достаточной. Преимущественное развитие крупных кристаллов в верхних частях слитков и мелкозернистых в нижних можно объяснить конвекцией жидкого металла. Кристаллизация слитка в верхних слоях происходит в условиях перегрева, что способствует образованию столбчатых кристаллов, а в нижних - в уело- ¦ виях более низких температур, что приводит обычно к мелкозернистой структуре. В известной степени в этом направлении, по-видимому, влияет гидростатическое давление металла.