Высокая температура перегрева расплава металла является одной из главных причин формирования крупнозернистой кристаллической структуры литья. Поэтому, чтобы обеспечить формирования благоприятной структуры и свойств литого металла, этот фактор необходимо учитывать. С помощью метода физического моделирования изучено комплексное влияние различных внешних факторов (температуры перегрева, интенсивности охлаждения и вибрации) на формирование структуры модельного сплава. Установлено, что отрицательное влияние больших перегревов на дисперсность дендритной структуры можно практически нивелировать, регулируя интенсивность теплоотвода, то есть переохлаждение и скорость кристаллизации. Кроме этого, экспериментально доказана высокая эффективность вибрационной обработки затвердевающих сплавов на формирование благоприятной структуры литых заготовок. При этом установлено, что независимо от уровня перегрева расплава и интенсивности теплоотвода вибрация обеспечивает формирование дисперсной дендритной структуры при затвердевании металлических сплавов.

Purpose. Development of the mathematical model for making theoretical analysis regarding the effect of design factors and physical properties of materials of the combined hollow cylindrical casting on a maximum pressure limit of a working body (gas, liquid) in it. Methodology. Methods of comparative analysis, mathematic simulation and forecasting were used. Findings. The mathematical model for theoretical analysis regarding the development of design factors of the combined hollow cylindrical casting on a maximum pressure limit of a working body in it has been presented. Originality. Based on the results of theoretical research, ways of producing combined castings used under the increased internal pressure of working environment are shown. Furthermore, the suggested mathematical model facilitates the assessment of the effect of the properties of applied materials and dimensional factors of the casting on its boundary operation conditions. Practical value. Use of the suggested model allows making calculations of the properties of cylindrical elements of hollow combined casting considering their geometric dimensions. The results of the research can be used for designing combined casting products such as isolation valve.

Індекс рубрикатора НБУВ: К203.3 + К314.18

Рубрики:

Будова, якість і дефекти злитків металів і сплавів

Електронно-променева металургія

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К203.33

Рубрики:

Неметалічні включення у металах і сплавах

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На основании анализа физико-химических свойств вредных примесей обобщены представления о механизме их влияния на образование кристаллизационных трещин в различных металлах, заключающимся, во-первых, в обогащении ими границ кристаллитов (остаточной жидкости) на последних стадиях затвердевания, во-вторых, в проявлении эффекта адсорбционного понижения прочности и пластичности. Установлено различие характера кристаллизации однофазных и двухфазных (с эвтектикой) сплавов в обогащении границ кристаллитов вредными примесями. Показано, что наибольшее влияние на образование трещин оказывают удельная поверхностная энергия на границе твердый металл - расплав и границ зерен. Установлено, что на повышенную склонность к образованию кристаллизационных трещин могут влиять и поверхностно-активные легирующие элементы, характеризующиеся теми же физико-химическими свойствами, что и вредные примеси. Формула докритического роста трещины, предложенная Е. Э. Гликманом и др. может служить критерием оценки влияния поверхностно-активных элементов на образование кристаллизационных трещин.

Работа направлена на повышение производительности машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и исследования термических напряжений, возникающих в непрерывнолитом слитке прямоугольного сечения. Для повышения производительности МНЛЗ предлагается использовать принцип локального обжатия слитка с жидкой сердцевиной перед порезкой. Расчет термических напряжений в твердой оболочке непрерывнолитого слитка с жидкой сердцевиной проводился на основе известных решений задач термоупругости. Полученные результаты могут быть использованы на практике для улучшения существующих МНЛЗ.

По результатам математического моделирования, с использованием критерия Ниямы, была выполнена оценка степени развития пористости в кузнечных слитках массой 355 т. Показано решающее влияние конусности слитка и отношения высоты к среднему диаметру на его физическую однородность. Утепление прибыли крупных слитков оказывает незначительное влияние на развитие в них усадочных дефектов. Существенное улучшение плотности осевой зоны таких слитков достигается при дополнительном подогреве металла в прибыли.

Рассчитано теоретическое размерное несоответствие кристаллической решетки (КР) однофазных высокоэнтропийных сплавов, которые состоят из элементов как с близкими размерами атомных радиусов, так и с большим различием в размерах атомов. Получены и проанализированы их дифрактограммы. На основе данных о ширине пика на половине высоты оценено и в дальнейшем рассчитано влияние величины дисторсий КР и размера областей когерентного рассеяния (ОКР) на физическое уширение дифракционных линий. Показано, что с увеличением теоретического размерного несоответствия КР происходит уменьшение размера ОКР и увеличение искажения КР, что приводит к упрочнению твердого раствора и, следовательно, к росту его твердости.

Предложена методика расчета эффективности процесса флотации неметаллических включений твердыми рафинирующими частицами. Путем компьютерного моделирования исследована эффективность процесса флотации неметаллических включений твердыми частицами в зависимости от их диаметра и плотности. Сопоставлены эффективности флотации включений твердыми частицами и пузырьками газа.

Отмечено, что вопрос ликвации постоянно находится в поле внимания металлургов. Особенно важным представляется его решение при получении крупных слитков. Дендритная ликвация может настолько ухудшить качество слитка, что он может оказаться непригодным для изготовления крупных деталей ответственного назначения. Показано, что основная причина ликвации - малая скорость кристаллизации. Ее увеличение невозможно при выплавке крупных слитков с помощью традиционных технологий. Поэтому одним из путей подавления дендритной ликвации предлагается поэтапное наплавление (формирование) слитка с помощью сварочных технологий. Приведены экспериментальные данные, подтверждающие возможность управления структурой слитка независимо от его размеров. Сделан прогноз относительно областей применения предлагаемого подхода для изготовления изделий ответственного назначения.

Розглянуто можливості утворення та усунення найбільш небезпечних дефектів великих ковальських зливків. На основі даних літератури і власних досліджень показано перспективність покращання якості сталевих зливків у разі застосування віброінокуляційної обробки розплаву у процесі кристалізації.

Рассмотрена проблема зональной ликвации в крупных слитках. Показано, что технология выплавки крупных слитков постоянно совершенствуется. Используется целый арсенал способов и технологий для борьбы с ликвационными процессами: подогрев головной части слитка, ПЭШО, двухконтурная схема ЭШП, плазменно-дуговые и электронно-лучевые технологии. Тем не менее, кардинального решения проблемы пока нет. Показано, что ликвация возникает из-за различной концентрации компонентов сплава в твердой и жидкой фазах и описывается коэффициентом распределения. Проанализировано изменение коэффициента распределения в зависимости от скорости кристаллизации ванны или локального времени кристаллизации (ЛВК). Показано, что значение коэффициента распределения при определенных условиях может достигать единицы. Предложен новый подход к подавлению ликвационных процессов, заключающийся в регулировании ЛВК. На наплавляемой поверхности создаются одна или несколько локальных металлических ванн, которые перемещаются по поверхности с заданной скоростью. Регулирование скорости перемещения ванн позволяет эффективно изменять скорость кристаллизации и ЛВК. При такой технологии слиток формируется слой за слоем. Проверка способа в лабораторных условиях показала возможность реализации предлагаемого решения. Приведены результаты макро- и микроструктурных исследований образцов и результаты некоторых механических испытаний.

Увагу приділено дослідженню газодинамічного тиску на властивості сталі з широким інтервалом затвердіння. Розглянуто інформаційні технології структурного аналізу цифрових зображень залізовуглецевих сплавів. Подано розробку технології гарячого штампування виробів із заготовок порошкового титану.

Представлены результаты моделирования с помощью метода конечных элементов потенциальных возможностей расширения диапазона технологических процессов производства поковок за счет интенсификации сдвиговых деформаций в объеме подвергаемых свободной ковке на прессах кузнечных слитков с трехлепестковой конфигурацией его поперечного сечения. Показано влияние использования при моделировании гипотез изотропности и структурной неоднородности на интенсивность преобразования дендритной крупнозернистой структуры в мелкозернистую при использовании плоских и комбинированных бойков.

Разработана методика расчета коэффициентов объемной усадки металлов и литейных сплавов при их затвердевании и охлаждении. Установлены зависимости долевого распределения объемной усадки между усадочной раковиной и усадочной пористостью от величины интервала кристаллизации сплавов. Проведено уточнение формулы для расчета относительной объемной усадки металлов и сплавов при изготовлении из них отливок и слитков, охлаждающихся в формах из неметаллических материалов.

Основываясь на волновой теории, предложен механизм образования горячих трещин в литых изделиях и их сварных швах, метод определения предельно допустимой скорости деформации литого изделия или металла в сварном шве, предупреждающий образование горячих трещин. По результатам теоретических расчетов установлено, что величина предельно допустимой скорости деформации чистых металлов, в основном, зависит от размеров их зерен.

Обнаружено, что при плавке стали в электропечи действие компонентов расплава на наследственную структуру затвердевшего металла зависит от химического состава металла. Разработан показатель стабильности ферритной структуры стали с использованием электроотрицательности элементов.

Для упрощения решения основной задачи решена вспомогательная задача - построена интегральная модель трехмерного распределения вихревых токов в непрерывно литой заготовке без учета влияния вихревых токов в кристаллизаторе, в основе которой лежит векторная система интегральных уравнений, эквивалентная уравнениям Максвелла в проводящей среде.

Формулы и величины экспериментальной, изотопной ликвации элементов в сплавах приведены к одному значению квазиравновесной ликвации. При затвердевании реальных сплавов равновесные условия никогда не достигаются.

Рассмотрены современные способы производства в изложнице крупных и сверхкрупных кузнечных заготовок, высококачественных крупнотоннажных слитков. Отмечены основные производители крупнотоннажных поковок. Описаны сложности, возникающие при получении крупнотоннажных слитков. Указаны основные дефекты в слитке, возникающие при использовании того или иного способа. Поскольку качество металла слитка связано прежде всего с глубиной металлической ванны, рассмотрены способы воздействия на глубину металлической ванны и сам процесс кристаллизации слитка. Описаны различные способы улучшения однородности крупных слитков, получаемых в изложнице (последовательная и порционная заливка, различные способы подпитки слитка, ввод макро- и микрохолодильников, инокуляторов). Показано, что процесс порционной электрошлаковой отливки (ПЭШО) наиболее предпочтителен для снижения химической и структурной неоднородности слитка. Главное преимущество ПЭШО перед другими способами отливки слитков в изложнице заключается в существенном уменьшении объема одновременно кристаллизующегося металла. Дальнейшее совершенствование ПЭШО или подобных ему процессов должно основываться на таких способах производства крупнотоннажных слитков, которые удачно сочетают применение жидкой стали и направленное формирование слитков при контролируемых условиях затвердевания металла.