Исследование и разработка технологических мероприятий, обеспечивающих повышение качества нижней части слитков для ответственных изделий тяжелого машиностроения

• Автор: Посламовская, Юлия Александровна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И СТРОЕНИЯ КРУПНЫХКУЗНЕЧНЫХ СЛИТКОВ

II I

1.1 Теории процесса затвердевания стального слитка

1.2 Современные концепции механизма кристаллизации стальных слитков

1.3 Роль геометрических параметров в. формировании структуры слитков

1.4 Дефекты стального слитка

1.4.1 Дефекты усадочного происхождения

1.4.2 Дефекты ликвационного характера

1.4.2.1 Механизм возникновения зональной ликвации

1.4.2.2 Внеосевая ликвация
1.4.3 Неметаллические включения в нижней части слитка Заключение по главе
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫИ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Сведения о материале исследования
2.2 Методика исследования структурной неоднородности
2.3 Методика исследования химической неоднородности
2.4 Разработка математической модели кристаллизации слитка
2.5 Методика работы с комплексом
2.6 Методика исследования металла промышленных валов
2.6.1 Методика определения плотности
2.6.2 Методика приготовления микрошлифов
2.6.3 Методика определения природы и размера включений
2.6.4 Методика исследования микроструктуры
2.7 Методика определения краевого угла смачивания
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ.
3.1 Исследование кристаллического строения стального слитка
3.2 Влияние геометрических параметров литейной оснастки на развитие кристаллической неоднородности нижней половины слитка
3.3 Исследование химической неоднородности нижней половины стального слитка
3.4 Особенности строения донной части кузнечных слитков массой более т
3.5 Исследование кристаллического строения конуса осаждения
3.6 Исследование единичных крупных кристаллов в конусе осаждения
3.7 Исследование объемов металла, прилегающих к конусу осаждения Заключение по главе
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЛИТКОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ
4.1 Начальные условия для моделирования. Их влияние на процесс кристаллизации и образование дефектов в слитке
4.2 Описание объектов исследования
4.3 Слитки сразличной температурой разливки
4.4 Слитки разных марок сталей
4.5 Слитки с различным объемом прибыли
4.5 Слитки с разным отношением высоты к диаметру ИЛУ
4.7 Слитки с разной конусностью
4.7.1 Уширенные к верху прибыльные слитки
4.7.2 Уширенные к верху бесприбыльные слитки
4.7.3 Уширенные к низу прибыльные слитки
4.8 Слитки с различной массовой долей вводимых инокуляторов
4.9 Слитки разного развеса
4. Продвижение фронта кристаллизации во времени
Заключение по главе 4
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ДЕФЕКТОВ НИЖНЕЙ ЧАСТИ СЛИТКА, НАСЛЕДУЕМЫХ ПОКОВКОЙ
5.1 Состояние производства промышленных слитков и поковок
5.2 Исследование дефектов в заготовках
5.3 Разработка технологических мероприятий по сокращению дефектов
нижней части кузнечных слитков
5.4 Отливка промышленных слитков и результаты контроля изделий 5 Заключение по главе 5
Выводы
Приложение
Список используемой литературы


Также авторами [-] было доказано, что металлические кристаллизаторы -инокуляторы, не полностью расплавляются в жидком расплаве, а лишь частично оплавляясь, служат центрами кристаллизации, ускоряя при этом процесс затвердевания и измельчая структуру слитка. Рисунок 1. Образование кристаллов на свободной поверхности слитка возможно, так как поверхностные слои металла (зеркало) охлаждаются интенсивнее, чем его внутренние объемы, что достаточно убедительно подтверждают опыты С. ЯСкобло и П. М. Донцова, И. Н. Голикова и В. Ф. Козлова, П. И. Гайдая [3,5,,]. Как показывают расчеты по формуле Стокса, при разности плотностей твердой и жидкой фазы при температуре плавления, небольшой вязкости жидкой стали и небольших размерах отдельных дендритов, скорость их падения может получить достаточную величину [8]. Однако продолжительность существования свободной поверхности в обычных условиях ничтожна по сравнению со временем затвердевания стальных слитков, поэтому доля таких дендритов в общем объеме кристаллов нижнего конуса не значительна. Большая роль в «дождевой кристаллизации» принадлежит, вероятно, изолированным кристаллам, образующимся во время кристаллизации слитка от стенок изложницы, которая происходит в связи с периодичностью кристаллизации. Теорию периодической кристаллизации академика Н. Т. Гудцова [] часто противопоставляют представлениям об осадочной кристаллизации. Однако признание осадочной кристаллизации не только не противоречит теории периодической кристаллизации, но в ряде случаев может служить хорошим ее подтверждением. Действительно, периодичность затвердевания связана, очевидно, со следующим механизмом процесса: скелеты дендритов от фронта кристаллизации растут неровной щеткой вглубь жидкого металла, это ведет к скоплению перед фронтом кристаллизации избыточного тепла (за счет скрытой теплоты затвердевания), и одновременно перед фронтом кристаллизации в жидкой стали концентрируются элементы, снижающие температуру кристаллизации; в результате кристаллизация приостанавливается. В этом жидком слое перед фронтом происходит более активное газовыделение, образование «усов» и «ликвацион-ных квадратов». Ключевые положения теории последовательной кристаллизации, основанные на ранних работах A. C. Лаврова и Д. К. Чернова, нашли свое отражение в теории акад. Н.Т. Гудцова о явлениях периодичности при кристаллизации стали. Формирование кристаллической структуры слитка, согласно этим представлениям, происходит в результате последовательной кристаллизации, посредством направленного теплоотвода, начинаясь от поверхности слитка и заканчиваясь в его центре. Плотное строение нижнего конуса объясняется исследователями как результат охлаждающего действия массивного поддона, а также сравнительно большим отношением поверхности охлаждения к затвердевающему объему металла в нижней части слитка. Однако Чернов Д. К. не отрицал явления объемной кристаллизации, указывая [], что с увеличением толщины застывающего поверхностного слоя температура внутри металла выравнивается и жидкость обращается как бы в кашеобразное состояние вследствие образования в различных точках ее зачатков кристаллизации. Следовательно, представлял процесс образования стального слитка, как сочетание последовательной и объемной кристаллизации. Неоспоримым подтверждением существования осадочной кристаллизации являются работы современных ученых [-], направленные на улучшение качества слитков и повышения их однородности. В последнее время интенсивно разрабатываются способы воздействия на кристаллизующейся металл, для улучшения его структуры: вибрационная обработка, пульсационные воздействия, применение ультразвуковых и магнитных волн, вращение слитка. Основными источниками твердых частиц при этом являются поверхность расплава и граница затвердевания. Зеркало металла в ходе пульсационного воздействия перемешивается, образуются зародыши, которые укрупняются и начинают оседать на дно слитка, а силовое воздействие на растущие кристаллы приводит к обламыванию ветвей дендритов и уносит их в жидкое ядро, т.