Разработка процессов управления затвердеванием литых заготовок с целью уменьшения дефектов усадочного характера и повышения выхода годного металла

• Автор: Сивков, Владимир Лаврентьевич
• Шифр специальности: 05.16.04, 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 252 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1. Современное представление об управлении процессами затвердевания литых заготовок

1.1. Кристаллизация стали.

1.2. Физикохимическая неоднородность литого металла

1.2.1. Дефекты усадочного характера.

1.2.2. Внеосевая химическая неоднородность

1.3. Методы борьбы с дефекгами в литом металле

1.3.1. Методы управления химической неоднородностью в литых заготовках

1.4. Выводы и постановка задачи исследования

Глава 2. Анализ процесса затвердевания литых заготовок слитков при различных условиях тепловой работы прибыли
2.1. Расчет продвижения фронта затвердевания в стальном слитке круглого сечения методом интегрального теплового баланса при граничных условиях первого рода.
2.1.1. Результаты расчета затвердевания 8тонного стального слитка при различной тепловой работе прибыли
2.2. Физическое моделирование затвердевания литых заготовок
2.2.1. Моделирование 8тонного слитка в обычной и экранируемой изложнице.
2.2.2. Моделирование тонного стального слитка в обычной и экранируемой изложнице
2.3. Выводы.
Глава 3. Создание условий направленного затвердевания в стальных литых заготовках
3.1. Разработка конструкции экрановотражателей для создания ус
Ч ловий направленного затвердевания
3.2. Тепловая работа обычной и экранируемой изложницы.
3.3. Теплотехнические расчеты в обычной и экранируемой 8тонной изложнице.
3.4. Исследование продвижения фронта затвердевания в вертикальном направлении 8тонного стального кузнечного слитка в обычной и экранируемой изложнице
3.5. Разработка не футерованной экранируемой прибыльной надставки для отливки стальных литых заготовок при производстве локомотивных осей.
3.6. Выводы.
Глава 4. Исследование качества литого металла отливок и слитков
4.1. Методика проведения эксперимента.
4.1.1. Серные отпечатки продольных темплетов прибылей 8тонных слитков, отлитых в обычной и экранируемой изложницах
4.1.2. Серные отпечатки продольных темплетов 8тонных стальных кузнечных слитков, отлитых в обычной и экранируемой из
ложнице
4.2. Анализ дефектов усадочного характера в 8тонном стальном
4.3. Контроль качества литого металла в подприбыльном сечении 8тонного стального слитка радиоактивными изотопами.
4.4. Повышение качества отливок из черных и цветных сплавов.
4.4.1. Получение высококачественных отливок ответственного назначения в песчаноглинистых формах с применением электрошлаковой подпитки прибыли.
4.4.2. Саморегулирующиеся литниковые системы для отливок из сплавов на алюминиевой и бронзовой основе в песчаноглинистых формах.
4.5. Выводы
Глава 5. Исследование качества деформированного металла
5.1. Исследование качества поковок, полученных из 8тонного стального слитка
5.1.1. Контроль качества деформируемого металла с коэффициентом укова, равным 2, из подприбыльной части 8тонного стального слитка.
5.1.2. Исследование механических свойств деформируемого металла с уковом, равным 2, из слитков, отлитых в обычной и экранируемой изложницах
5.1.3. Контроль качества поковок с уковом от 6,8 до ,2, из 8тонных кузнечных стальных слитков, отлитых в обычной и экранируемой изложницах
5.2. Исследование качества кованных и термообработанных заготовок локомотивных осей из слитков 2,7 и 2,9 тонны.
5.2.1. Контроль качества поковок локомотивных осей неразрушающими методами контроля
5.2.2. Исследование качества кованных заготовок локомотивных осей по макро и микроструктуре металла
5.2.3. Механические свойства поковок локомотивных осей.
5.3. Выводы
Глава 6. Техникоэкономические результаты от внедрения и промыш ленного применения работ по уменьшению дефектов в литом и
деформируемом металле и увеличению выхода.годного металла
6.1. Внедрение технологии разливки слитков в экранируемые изложницы на заводе Красное Сормово и ПО НовоКраматорский машиностроительный завод им. В.И. Ленина.
6.2. Внедрение технологии производства черновых локомотивных осей на ОАО Нижегородский машиностроительный завод
6.3. Промышленное опробование технологии при производстве отливок из алюминиевых сплавов в песчаноглинистых формах на ЗАО ННПЦСТ БерегВолна
6.4. Промышленное опробование технологии при отливке лопасти судового гребного винта из легированной стали методом ЭШПП в
песчаноглинистой форме на ОАО ННИИММ Прометей
6.5. Выводы.
Общие выводы
Литература


Кроме этого, на конфигурацию усадочных раковин, их размеры глубина проникновения влияют следующие факторы химический состав сплава, температура заливаемого сплава, скорость разливки и время заполнения формы изложницы, способ разливки, конусность формы изложницы, конфигурация отливки, отношение высоты формы к се диаметру, теплопроводность формы и эффективность утепления прибыли, а ее проникновение в тело отливки или слитка недопустимо . Если затвердевание металла в прибыли в процессе затвердевания отливок и слитков происходит с большими скоростями, что связано с плохой или недостаточной эффективностью утепления прибыли, то в результате получаем глубокую усадочную раковину, которая может проникнуть и в тело литой заготовки. Хорошая изоляция прибыльной надставки, естественно, приводит к тому, что усадочная раковина имеет полусферический вид с неглубоким залеганием только в прибыли, не поражая тело отливки или слитка . Одно из важнейших условий получения слитка с плотной осевой Т зоной заключается в том, чтобы жидкий металл в прибыли затвердевал значительно позже, чем в теле слитка. Устранению осевой рыхлости слитков уделялось и уделяется огромное внимание. Эти вопросы освещены в работах А. В.Л. Ефимова , Г. А. Анисовича , Скворцова , Рыжикова , Б. Б. Гуляева , Ю. А. Самойловича , И. Б. Куманина , С. Я. Скобло, Е. А. Казачкова , Е. М. Китаева и во многих других работах известных ученыхметаллургов и литейщиков. Образование дефектов осевой зоны отливок и слитков происходит главным образом изза ухудшения условий подпитки жидким металлом кристаллизующихся объемов. Дефекты усадочного характера возникают в области ускоренного затвердевания , то есть при смыкании фронтов затвердевания от боковых стенок изложницы. Более раннему образованию подприбыльного моста способствует большая масса каркаса прибыльной надставки изложницы, которая поглощает большое количество теплоты, что приводит к нежелательному процессу, а именно к более быстрому охлаждению верхней части слитка. В области контакта нижней части прибыльной надставки и верхнего торца изложницы металл кристаллизуется с большей скоростью, что приводит на этом уровне к образованию моста. Это сопровождается ликвидацией подпитки жидким металлом еще не затвердевшего расплава в теле слитка и способствует возникновению осевой рыхлости . Кроме того, массивная прибыльная надставка поглощает тепло от верхней части изложницы, что также создает неблагоприятные условия формирования осевой зоны слитка. На формирование усадочных дефектов влияет и интенсивный теплообмен между слитком и изложницей при его затвердевании. В своей работе Нельсон приводит результаты исследования по продвижению фронта затвердевания слитков различной конфигурации из высокоуглеродистой электростали. Большее продвижение фронта затвердевания в вертикальном направлении наблюдается в той части слитка, где усилен теплоотвод от поддона и нижней части изложницы. На рисунке 1. Л, на котором видно влияние теплоотвода поддоном второй участок В, где происходит смыкание фронтов от боковых стенок изложницы третий участок С, на котором наблюдается влияние тепловой работы прибыли. Применение радиоактивных индикаторов при исследовании затвердевания стальных слитков описано в ряде работ . Тагеев В. М. и Дудник В. А. в своей работе отмечают, что характер последовательного процесса кристаллизации слитков полностью подтверждается, а гипотеза о наличии осадочной кристаллизации является необоснованной. С.Я. Скобло и Е. А. Казачков, являющиеся сторонниками теории наличия осадочной кристаллизации, утверждают, что в процессе осадочной кристаллизации исключается образование перехватов, возможных при последовательной кристаллизации вследствие неравномерного роста дендритов . Подтверждения того, что дефекты осевой зоны образуются в области ускоренного затвердевания, приведены в работах . Рис. Размеры зоны дефектов усадочного характера зависят от отношения Н Д слитка. При малых значениях Н Д 1 происходит направленное затвердевание от донной части, т. При значениях Н Д 1,5 2,5 и более наблюдается ярко выраженная осевая рыхлость . При сопоставлении кривых продвижения фронта затвердевания в вертикальном направлении в кузнечных и прокатных слитках подтверждается вывод, что дефекты осевой зоны располагаются в области смыкания фронтов затвердевающего металла от стенок изложницы.