Исследование теплофизических и усадочных характеристик сплавов и материалов формы для компьютерного моделирования процесса формирования стальных отливок

• Автор: Горн, Эдуард Петрович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 174 с. : ил.

1. Литературный обзор.

1.1. Термодинамическое моделирование свойств литейных сплавов

1.2. Современные представления о перитектической кристаллизации

1.3. Влияние характера протекания перитектического превращения на структуру и свойства литой стали

1.4. Численное моделирование и САПР литейной технологии.

2. Определение теплофизических характеристик

формовочных материалов

2.1. Методика экспериментов и расчтов

2.1.1. Объекты исследования

2.1.2. Методика термического анализа.

2.1.3. Численное моделирование условий эксперимента

2.1.4. Статистическое моделирование результатов численного расчета
2.2. Результаты экспериментов и расчтов по тепло физическим характеристикам исследуемых материалов.
2.2.1. Формовочные смеси.
2.2.2. Теплоизолирующие материалы
3. Термодинамическое моделирование кристаллизации многокомпонентных сплавов РсСХ
перитектического типа.
3.1. Методика расчта.
3.1.1. Расчт энергии Гиббса фаз.
3.1.2. Кристаллизация сплавов РеСХ в равновесных условиях
3.1.3. Перитектическая кристаллизация сплавов РеСХ
в неравновесных условиях.
3.2. Исследование параметров диаграмм состояния и хода, кристаллизации сплавов.
3.2.1. Параметры равновесной кристаллизации сплавов
3.2.2. Диффузионные процессы при кристаллизации
сплавов РеСХ.
4. Теплофизические характеристики сплавов РеСХ.
4.1. Методика энтачьпийного расчета теплофизических
характеристик сплавов.
4.2. Сравнительный анализ теплофизических
характеристик сплавов
4.2.1. Энтальпия и теплоемкость фаз.
4.2.2. Теплота кристаллизации сплавов.
5. Усадочные характеристики сплавов РеСХ.
5.1. Методика расчта объемной усадки.
5.2. Сравнительный анализ объемной усадки при затвердевании сплавов РеСХ.
6. Использование результатов работы для анализа технологии изготовления отливок ответственного назначения
Л итерату ра
Введение


Эту последовательность трудно определить путем микроанализа, так как трудно измерить количественно значение таких параметров как коэффициенты распределения компонентов в жидкой и твердой фазе в процессе кристаллизации. Все процессы, происходящие при кристаллизации в промышленных условиях, являются неравновесными. В литейном производстве степень отклонения от условий равновесной кристаллизации оказывает значительное влияние на конечную структуру материала. Хотя равновесная кристаллизация в реальных условиях не наблюдается, она представляет интерес как предельный случай. Многочисленные исследования показывают, что многие промышленные процессы кристаллизации, происходящие при малых и средних скоростях охлаждения от 0,1 до 0 Сс, могут быть описаны достаточно точно с помощью модели Шсйля. Эта модель допускает локальное равновесие на поверхности раздела жидкости и твердой фазы, принимает, что жидкая фаза однородна, диффузия в твердой фазе отсутствует. Выделившаяся твердая фаза не участвует в дальнейшем процессе кристаллизации. Эта модель рассматривает крайний случай неравновесности 7. Основные закономерности процесса неравновесной кристаллизации, такие как изменение температуры конца процесса, изменение состава и массы фаз и т. Метастабильные равновесия, определяющие формирование литой структуры при быстром охлаждении, наиболее изучены в двойных сплавах. Значительное число построенных фазовых и фазовоструктурных диаграмм дает основание говорить о том, что с повышением скорости охлаждения увеличиваются размеры области кристаллизации сплавов по типу твердых растворов. Результаты изучения литературы позволяют сформулировать цель работы разработать на основе термодинамического моделирования многокомпонентных литейных сплавов системы РеСХ информационное обеспечение для САПР литейной технологии с целью изучения процессов формирования отливки, а также для моделирования тепловых, усадочных и др. В системах перитектического типа рис. СцСп. В сплавах левее точки Н происходит однофазная кристаллизация ,, а правее точки В однофазная кристаллизация . Рассмотрим первичную кристаллизацию сплавов РсС на примере сплава I состава С. При температурах выше С температура плавления чистого железа этот сплав устойчив в жидком состоянии. Первичная кристаллизация сплава происходит в два этапа в данном случае мы не рассматриваем твердофазное превращение. Сначала в интервале аЬ кристаллизуется твердый раствор 6Ге феррит. Рис. Перитектическая область диаграммы состояния РеС
Рис. Св 0, С. КОНОДЫ НВ 7. В рассматриваемой системе при температуре Ть возможно трехфазное перитсктичсское равновесие Ь 5 . В сплаве I, охлажденном до температуры Ть, из этих трех фаз имеются две б. Для появления третьей фазы охлаждения до температуры Ть недостаточно. Термодинамический стимул к зарождению и росту кристаллов твердого раствора уГе появляется при переохлаждении ниже перитектической температуры. При переохлаждении до температуры Тс происходит второй этап затвердевания сплава I перитектическая кристаллизация. Перитектическос превращение так же, как и эвтектическое, происходит в условиях сосуществования трех фаз одной жидкой и двух кристаллических. Однако в отличие от эвтектического превращения, при котором в двойных сплавах кристаллизуются две твердые фазы 5 у, при перитектическом превращении кристаллизуется одна твердая фаза Ьбуу она образуется из жидкости и твердого раствора, выделившегося во время первого этапа затвердевания. Происходит это следующим образом. После того, как расплав переохлаждается до температуры Тс, некоторое время жидкость и браствор сохраняются в метастабильном равновесии, имея составы и О. Точки У и В лежат на экстраполированных участках линий равновесии АВ и АН жидкости и 5 раствора. Линии НВ и В имеют то же значение, что и линии АВ и АН, но они характеризуют равновесие жидкости и раствора в переохлажденном сплаве. Как видно из рис. Тс жидкость пересыщена 5 Ре А С С С, а 5 раствор уНе А С у. С Су. Чаще всего новая фаза раствор зарождается и растет на поверхности кристаллов 5 фазы, изолируя их полностью или частично от жидкости. В дальнейшем слой раствора утолщается вследствие продвижения границы уЬ в сторону жидкой фазы и границы уб в сторону фазы.