Развитие теории заполнения расплавом форм литья по выплавляемым моделям и средств управления формированием микроструктуры отливок типа "Лопатка" из жаропрочных сплавов

• Автор: Шатульский, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 410 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

I СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

I I Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к лопаткам газотурбинных двигателей

1.2 Основные способы литья, применяемые для изготовления ответственных деталей ГТД.

1.3 Математические модели процесса формирования отливки.

1.3.1. Математические модели процесса затвердевания отливки.

1.3.2. Математические модели процесса заполнения полости

формы расплавом

1.4.Термическая обработка литейных жаропрочных сплавов

1.5. Организация технического контроля при производстве отливок

типа Лопатка

1.6. Основные выводы и задачи исследования
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 .Используемые материалы.
2.2.Метод экспертного оценивания
2.3. Физическое моделирование процесса заполнения полости
формы расплавом
2.4 Методика измерения температур.
2.5 Методика определения кинематической вязкости расплавов жаропрочных сплавов.
2.6.Методика измерения внутреннего трения и модуля
нормальной упругости.
2.7. Методика определения механических свойств сплавов
2.8. Методы исследования микроструктуры сплавов.
3. АНАЛИЗ БРАКА ОТЛИВОК, РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ
СИСТЕМЫ ВЫБОРА ТИПА I.
3.1 Состояние вопроса.
3.2 Классификация отливок и литниковых систем.
3.3 Анализ влияния технологических факторов на возникновение дефектов с помощью метода экспертного оценивания.
3.4 Анализ и структурирование дефектов отливок типа Лопатка .
3.5 Разработка параметрических критериев для оценки
вероятности образования брака отливок.
3.6 Изучение причин возникновения дефектов в отливках
типа Лопатка
3.7 Разработка системы выбора типа ЛПС для отливок типа Лопатка
4 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЗАЛИВКИ ФОРМ.
4 I .Исследование процесса заполнения полости формы методом
гидромоделирования
4.1.1. Моделирование процесса заполнения полости формы расплавом дтя литниковых систем 1 п 1 типов.
4.1.2. Моделирование процесса заполнения полости формы расплавом для литниковых систем II типа.
4.2 Системотехнический анализ режимов заливки форм.
4.3 Математическая модель заполнения полости формы расплавом.
4.4 Разработка методики расчета процесса заполнения полости
формы расплавом.
4.5 Экспериментальное определение значений коэффициентов
расхода элементов литниковой системы
4.6 Исследование процесса теплообмена при течении расплава в
полости литейной формы
4.7 Разработка метода автоматизированного проектирования систем заполнения форм литья по выплавляемым моделям
5 Разработка мероприятий по устранению причин появления дефектов.
5.1 Термодинамический анализ реакций взаимодействия расплава
5.2 Совершенствование технологии подготовки форм к заливке
5.3 Разработка конструкции лнтниковопитающей системы
с центрифугирующим литниковым ходом.
5.4. Разработка алгоритма расчета процесса заполнения полости формы с центрифугирующим элементом
6 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ НАПРАВЛЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НИКЕЛЕВЫХ ЛИТЕЙНЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
6.1.Изучение процессов, протекающих в сплавах при различных
температурах
6.2 Разработка режимов термической и термоциклической обработки жаропрочных никелевых сплавов.
6.2.1. Выбор режимов термической обработки
6.2.2. Выбор режимов термоциклнческой обработки.
6.2.3. Определение механических свойств сплавов после предложенных режимов термической и термоциклической обработки
6.3. Изучение изменения структуры и свойств сплавов
в процессе эксплуатации.
6.4 Разработка системы выбора способа термической обработки для
отливок из жаропрочных сплавов
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Она позволяет оптимизировать характер процессов направленного затвердевания, конструкцию и размеры отливки, решат ь вопросы питания, рассчитывать время затвердевания отливки в тепловых центрах и т. Весь процесс разбивается на ряд шагов по времени, на каждом из которых решается система уравнений с числом неизвестных, равным числу узлов системы. На начальной стадии подготовки исходных данных для расчета отливка делится на отдельные узлы и сопряженные с ними стенки. Щст количество теплоты, отводимое теплопроводностью в стенки и другие части отливки. Как показал анализ литературных источников, в отличие от процесса затвердевания отливки, который исследован на достаточно высоком уровне, вопросы заполнения полости формы расплавом изучены в меньшей степени, что объясняется высокой сложностью задачи и необходимостью учета большого числа гидравлических, тепловых, геометрических и др. Как правило, задача расчета процесса заполнения полости формы расплавом сводится к определению параметров заливки в зависимости от свойств сплава и формы, конфигурации и размеров отливки, а также требований, предъявляемых к се качеству. К первой группе, прежде всего, относятся формулы типа г5эг. С или заливаемого в форму расплава и толщины ее стенки да и др Наиболее широкое распространение получила формула г 5 С0. Рекомендуется и другой критерий для расчета времени г, а именно, минимальная или максимально допустимая скорость подъема уровня металла в форме ,. Рабинович В. В ввел три градации средней весовой скорости заливки быстрая, нормальная и замедленная, которые выбираются в зависимости от конфигурации отливки . Понятие критической скорости подъема уровня металла, гарантирующее отсутствие спаев и неслитнн, применяется в работах ,. Известен также ряд работ, посвященных определению этих скоростей для различных металлов и сплавов ,,. Например, Дубицкнй Г. М. и Лучинина Г. Но требуемая высота отливки, м. I I М. Тмл температура заливаемого сплава. И, высота канала, м. Для простых отливок типа Плита разработана номограмма , позволяющая определить значение скорости со в зависимости от средней длины отливки и температуры заливки расплава. Безусловно, эмпирические формулы имеют большую практическую ценность, так как сочетают доступность, простотл с обобщением накопленного за десятилетия производственного и экспериментального научного опыта. В то же время, они имеют чаше всего имеют оценочный характер, и требуют проведения пробных заливок для определения конечных параметров литья . Методов расчета процессов заполнения полости формы расплавом, относящихся ко второй группе, сравнительно много ,, и др Основное их различие состоит в разном представлении механизма остановки потока, характера теплообмена между движущимся расплавом и формой и т. А.И. Тт Гф избыточная температура заливки. Тф начальная температура формы. То время течения металла до рассматриваемого неподвижного сечения формы, с. Г, 1п1 . Чир удельная теплота кристаллизации, Джкг р, плотность твердого металла, кгм3. Р.Ф. НУ. I тя. Вт м 2 К ш доля твердой фазы в головной части потока. Теоретически обоснованных методов расчета, относящихся к третьей группе, значительно меньше. Ряд исследователей , считают, что качественное заполнение возможно лишь в том случае, если металл к концу заливки сохраняет минимальную степень перегрева. Анализируя выше указанные формулы, Б В. В этой формуле нс учтено освежение головной части потока вследствие неравномерного распределения скоростей по сеченшо канала, естественной конвекции и сброса охлажденного расплава в различного рода углубления. В связи с этим, автор рекомендует использовать послойный метод расчета , позволяющий учитывать конфигурацию отливки. Методы расчета процесса заполнения, разработанные А. Р.Рабиновичем в ,. Коэффициент теплоотдачи от фронта потока принимают постоянным значение сто определяют из пробы на жидкотскучесть и выводят формулу. Метод расчета заполняемости форм протяженных крупногабаритных отливок в условиях проточнопоперечного течения расплава предложен в .