Исследование влияния усадочной пористости и параметров структуры на изменение механических свойств в отливках ответственного назначения из углеродистой стали

• Автор: Ольховик, Евгений Олегович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Современное состояние вопроса и постановка задачи

1.1 Механические свойства углеродистой стали в отливках ответственного назначения.

1.2 Физические основы разрушения кристаллических материалов.

1.3 Анализ существующих методов оценки направленности затвердевания отливки.

1.4 Влияние параметров структуры на изменение механических свойств металла.

1.5 Цель и постановка задачи исследования

Глава 2 Разработка комплекса моделей, определяющих

изменение механических свойств металла оглнвки

2.1 Общая характеристика модели

2.2 Формирование входной геометрической информации

об отливке.
2.3 Модель теплопередачи между отливкой и формой.
2.4 Разработка модели формирования дендритной структуры
2.4.1 Общая характеристика модели уровня дискретизации
2.4.2 Математическое описание системы
жидкость переходная зона кристалл
2.5 Основные уравнения модели формирования дендритной структуры
2.6 Основные выводы по главе 2.
Глава 3 Разработка термокинетической модели
дендритной кристаллизации
3.1 Термодинамические условия кристаллизации.
3.2 Определение физикохимических и теплофизических характеристик сплава желсзоуглсрод
3.3 Математическая модель дендритной кристаллизации
3.4 Разработка численной модели дендритной кристаллизации двухкомпонентного сплава в различных термокинетических условиях.
3.5 Проверка адекватности модели дендритном кристаллизации.
3.6 Формирование граничных условий для моделирования дендритной кристаллизации углеродистой стали
3.7 Моделирование формирования дендритной структуры в вертикальном сечении отливки корпуса нагнетателя природного газа
Глава 4 Экспериментальное исследование влиянии условий затвердевания на структуру и механические свойства углеродистой стали
4.1 Методика исследования затвердевания и механических свойств металла отливки
4.1.1 Выбор вида экспериментальных образцов
4.1.2 Методика исследования затвердевания
4.1.3 Методика исследования механических свойств металла экспериментальных отливок
4.2. Анализ влияния условий затвердевания на изменение макро и микроструктуры углеродистой стали.
4.3. Анализ влияния локального параметра затвердевания
на изменение механических свойств углеродистой стали
4.4. Взаимосвязь локального параметра направленности
затвердевания с изменением механических свойств металла
4.5. Основные выводы по главе
Глава 5 Комплексная оценка изменения механических свойств
углеродистой стали в отливках ответственного назначения
5.1. Влияние микро и макроструктуры литого металла на сопротивление разрушению.
5.2. Отливка корпуса нагнетателя природного газа.
5.3. Комплексное обеспечение конструктивной прочности отливок ответственного назначения
Выводы.
Список литературы


При сравнении полученных показателей с данными, относящимися к пробным планкам, то можно отметить, что прочностные характеристики, как От и а, довольно устойчивы, в то время как для показателей пластичности и ударной вязкости имеет место большой разброс значений. В зависимости от применяемых марок стали, отливки подвергаются термообработке или в черном виде, или после предварительной механической обработки обдирки. Прочностные характеристики углеродистой стали в литом состоянии имеют низкие значения. Верхняя граница по содержанию углерода обусловлена минимально допустимой пластичностью стали. Наиболее распространенным режимом термической обработки отливок из углеродистой стали является нормализация, после которой получаются более высокие прочностные свойства, а после нормализации с отпуском более высокие пластические свойства. Самые высокие свойства достигаются после применения сложных режимов термической обработки, включающих, нормализацию, закалку и отпуск. Возможности использования термической обработки ограничиваются отливками только с толщиной стенок не более мм, поскольку в стенках больших толщин, не обеспечивается полная их прокаливаемость. При этом необходимо также учитывать возникновения закалочных трещин при повышении содержания в стали углерода или при усложнении конструкции отлнвок. Изменение температурных условий эксплуатации отливок оказывает значительное влияние на механические свойства углеродистой стали. В этой связи, для условий нашей страны, большая часть территории которой относится к зоне севера, особую важность имеют изменения свойств стали при работе отливок в условиях отрицательных температур. По существующим требованиям конструкторов для надежной работы машин и предотвращения хрупкого разрушения их деталей при отрицательных температурах необходимо, чтобы металл при этих температурах обладал ударной вязкостью не ниже Джсм для углеродистой стали характерно сравнительно высокое расположение порога хрупкости. Так, у весьма распространенной стали марки ЗОЛ резкое падение ударной вязкости наблюдается уже при понижении температуры в интервале от до С Дж, а в условиях С только Дж. Существенный резерв сохранения хорошей пластичности и ударной вязкости стали при отрицательных температурах заключен в уменьшении количества не металлических включений и в пре образовании их в более дисперсное состояние, в округлую форму, в выплавке стали с низким содержанием фосфора и серы. Работа отливок в условиях повышенных температур требует обычно применения уже специальных жаропрочных марок стали, которые, в частности, хорошо сопротивляются развитию ползучести. Углеродистая сталь в этом отношении не обладает необходимыми качествами. При 0 С и длительности испытания тыс. ЗОЛ получается при напряжении МПа, а при 0С уже при МПа. В области температур выше С прочностные свойства стали интенсивно понижаются. Длительная прочность например, стали Л при 0С за 0 тыс. МПа, а при 0С только МПа. И все же отливки из углеродистой стали эксплуатируются при повышенных температурах, например в виде паровой арматуры, и в некоторых других случаях. Для отливок, работающих при температурах выше С, углеродистую сталь нельзя использовать требуется уже изготавливать отливки из легированной стали, обладающей определенным уровнем жаропрочности. В зависимости от назначения и мощности литых агрегатов энергомашиностроения применяются различные марки сталей и также существуют различия в конструкции и исполнении отдельных узлов и элементов. Эго, как правило, связано с различными вариантами напряженнодеформирусмого состояния литых деталей. О степени опасности напряженного состояния в различных частях отливки можно судить по величине интенсивности напряженного состояния и по безразмерным параметрам напряженного состояния, характеризующим его жесткость, например параметр ЛодеНадаи, определяющий вид девиатора тензора напряжений. Приведем наиболее типичные варианты нагружения отливок для энергомашиностроения паровые турбины нагружаются внутренним давлением пара до атм.