Исследование слитков с захоложенной верхней частью и их использование для производства полых поковок

• Автор: Шамрей, Виктор Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СТАЛИ И СТРОЕНИЕ КУЗНЕЧНЫХ СЛИТКОВ.

1.1 Кристаллизация и строение кузнечного слитка

1.1.1 Теория объемной кристаллизации.

1.1.2 Теория последовательной кристаллизации

1.1.3 Теория объмнопоследовательной кристаллизации.

1.1.4 Строение слитка.

1.2 Ликвационная неоднородность стального слитка.

1.3 Дефекты усадочного происхождения.

1.4 Основные типы изделий машиностроения и слитки, применяемые

для их изготовления
1.5 Параметры, отвечающие за формирование осевых дефектов в
слитках с протяженной усадочной раковиной
1.6 Заключение по главе 1
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Исследование параметров макроструктуры.
2.2 Методика исследования химической неоднородности
2.3 Методика компьютерного моделирования.
2.4 Методика исследования влияния технологических и геометрических параметров на развитие дефектов усадочного происхождения в слитках с захоложенной верхней частью.
2.5 Методика исследования влияния технологических и геометрических параметров на структурные зоны в слитках с захоложенной верхней частью.
2.6 Методика исследования металла поковок
3 ИССЛЕДОВАНИЕ СЛИТКОВ ОБЫЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ
3.1 Исследование кристаллического строения слитков обычной
геометрии
3.2 Исследование химической неоднородности слитков обычной конфигурации.
3.3 Заключение по главе 3
4 ИССЛЕДОВАНИЕ СЛИТКА С ЗАХОЛОЖЕННОЙ ВЕРХНЕЙ ЧАСТЬЮ.
4.1 Исследование кристаллического строения слитка с захоложенной верхней частью.
4.2 Исследование химической неоднородности слитка с захоложенной верхней частью.
4.3 Сравнение параметров обычных прибыльных слитков и слитков с захоложенной верхней частью
4.4 Заключение по главе 4
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЛИТКОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ
5.1 Исследование закономерностей формирования усадочной раковины
и структурных зон слитка с захоложенной верхней частью.
5.2 Влияние геометрических и технологических параметров на относительный диаметр усадочной раковины в слитке с захоложенной верхней частью
5.3 Влияние интенсивности теплоотвода от головной части слитка на продолжительность его затвердевания.
5.4 Оптимизация параметров надставкихолодильника.
5.5 Заключение по главе 5.
6 ОТЛИВКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЛИТКОВ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОКОВОК.
6.1 Отливка промышленных слитков с захоложенной верхней частью
6.2 Ковка заготовок и исследование металла поковок
6.3 Исследование механических свойств и качества металла поковок
6.4 Заключение по главе 6.
Список литературы


Основными сторонниками теории последовательной кристаллизации являются Б. Б. Гуляев [, , ], Г. Н. Ойкс [], Л. Н.Е. Скороходов [], 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 внутреннему контуру изложницы. Автор работы [] 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 охлажденного поверхностного слоя, а кристаллы, зарождающиеся рядом с затвердевшим слоем, находятся в сфере действия собирательной энерг ии этого слоя. Исследование макроструктуры показывает, преимущественное развитие крупных кристаллов в верхних частях слитков и мелких в нижних, что объясняется конвекцией жидкого металла. В известной степени в этом направлении, по-видимому, влияет гидростатическое давление металла. Падение кристаллов нельзя признать экспериментально доказанным; опыты по улавливанию кристаллов сопровождались приведением в движение кристаллизующейся жидкости, что вызывает образование мелких кристаллов и падение их вследствие отрыва от поверхностной пленки и кристаллизующегося слоя []. Обобщив результаты о возможности «дождя» кристаллов в слитке, Г. П. Иванцов [] наметил следующую схему кристаллизации слитка. На рис. Рисунок 1. Температура на фронте кристаллизации 1ф ниже равновесной температуры 1К, чем обеспечивается возникновение и рост зародышей на поверхности игл дендритов; перед фронтом кристаллизации образуется слой переохлажденного расплава, хотя перегрев внутри слитка еще не снят. Однако вследствие недостаточного времени пребывания каждого элемента расплава в зоне переохлаждения - в связи с относительно высокой скоростью продвижения фронта кристаллизации и небольшой толщиной пограничного слоя - центры кристаллизации здесь не успевают возникнуть. Обычно наблюдаемое быстрое снятие перегрева является важным доказательством большой интенсивности циркуляции в расплаве. Чтобы в этом убедиться, достаточно вычислить средний коэффициент теплоотдачи от перегретого расплава к корочке на основании экспериментальных данных по снятию перегрева. После снятия части перегрева температурный градиент у фронта кристаллизации и скорость продвижения фронта понижаются, а толщина пограничного переохлажденного слоя увеличивается; в результате в переохлажденном слое начинают возникать центры кристаллизации (рис. Рисунок 1. По мере увеличения переохлаждения (в результате приближения фронта кристаллизации к рассматриваемому элементу расплава) возникают центры и на частицах меньшего размера. Спонтанное возникновение центров кристаллизации может и не наблюдаться, так как для этого требуется значительное переохлаждение. Известно, что путем изменения химического состава стали (добавлением модификаторов) можно вообще избежать образования зоны столбчатой структуры. В этом случае и при большом перегреве в переохлажденном слое успеют зародиться центры затвердевания, рис. Рисунок 1. После снятия переірева зона зарождения центров может расшириться (рис. Образовавшиеся центры кристаллизации не остаются неподвижными. Пока кристаллы малы, они практически не имеют своей скорости относительно расплава и движутся вместе с ним, участвуя в его турбулентных пульсациях. В дальнейшем центры растут, отдавая скрытую теплоту кристаллизации переохлажденному расплаву, откуда она передается корочке твёрдой фазы, поверхность которой имеет более низкую температуру. Кристаллы, пришедшие в соприкосновение с фронтом кристаллизации, срастаются с ним, давая начало новым зернам. Остальные кристаллы продолжают опускаться вместе с пограничным слоем расплава.