Предложена теплофизическая модель образования шаровидного графита при модифицировании чугуна магнием. Установлено образование в расплаве до затвердевания отливки комплексов, состоящих из парообразного магния и быстро затвердевшего вокруг него слоя чугуна, которые являются зародышами для последующего образования шаровидного графита. Обоснованы причины демодифицирования, увеличения размеров шаровидного графита при продолжительном затвердевании отливки, уменьшения плотности чугуна после модифицирования.

Выливанием жидкого расплава в сочетании с термическим анализом при помощи термопар установлено влияние комбинированной кокильной и песчано-глинистой литейной формы на процесс затвердевания массивных отливок из высокопрочного чугуна. Выявлено расплавление в песчано-глинистой форме ранее затвердевшего слоя высокопрочного чугуна. Установлено формирование макроструктурных "надрезов" в части отливки, охлаждающейся в кокиле и несимметричность процесса затвердевания по радиусу отливок.

Отмечено, что песчаная форма нижней шейки при литье прокатных валков в стационарные формы часто не обеспечивает направленное затвердевание отливки из-за ускоренного затвердевания бочки. Для исключения образования тепловых узлов и усадочных дефектов в нижних шейках прокатных валков целесообразно нижнюю шейку выполнять в кокиле с песчано-глинистой теплоизоляцией. Равноценным вариантом решения поставленной цели является формовка нижней шейки с наружным холодильником.

Показаны особенности производства ультра- и нанодисперсных материалов методом плазмохимического синтеза для модифицирования чугунных расплавов, а также способ защиты их от окисления путем плакирования. Установлены состав и необходимые размерно-кристаллографические параметры модифицирующих порошков для обработки чугунных расплавов. Показана эффективность модифицирующей обработки такими материалами при производстве прокатных валков и изложниц.

Количественный анализ распределения включений MgS по серным отпечаткам валка массой 2200 кг выявил минимальное количество включений в поверхностном слое отливки до глубины 6 - 7 мм, повышенное содержание на глубине ~ 25 мм и в прибыли. Соответствует данным химического анализа плавки литниковая система, а лом отливок содержит меньше серы. Эти особенности неравномерного распределения MgS в ломе возврата необходимо учитывать при шихтовке и плавке высокопрочного чугуна.

Приведены результаты экспериментального исследования температуры и продолжительности затвердевания высокопрочного чугуна в 4-х литейных формах, состоящих из кокиля и песчано-глинистой формы. Установлены особенности продвижения фронта затвердевания и температурная граница выливания расплава по толщине отливок.

Разработаны теоретические и практические основы эффективной технологии производства и применения ультра- и нанодисперсных материалов, позволяющих снизить металлоёмкость технологических процессов производства металлургического литья и повысить его качество.

Установлены особенности процесса затвердевания чугунных прокатных валков, у которых диаметр бочки в 2 и более раз больше, чем шейки. Определены зоны сосредоточения усадочных дефектов в зоне соединения нижней шейки и бочки, в осевой зоне бочки, а также в верхней шейке. Повышение качества прокатных валков обеспечивает технология комбинированного электродугового-электрошлакового обогрева прибыли.

Отмечено, что затвердевание осевой зоны отливок шаровой, цилиндрической и плоской форм из алюминия, его сплавов с кремнием, железа и его сплавов с углеродом происходит со скоростью, соизмеримой со скоростью затвердевания металла у поверхности формы. Ликвация химических элементов не может быть причиной этого процесса. Предложена физическая модель процесса ускоренного затвердевания центральных зон отливок из различных сплавов, которая основывается на гипотезе об увеличении количества растущих центров кристаллизации при сужении фронта затвердевания в осевой зоне шаровых, цилиндрических и плоских отливок.

Приведены результаты исследования изменения плотности, твердости, количества цементита и графита по глубине бочки прокатного валка из чугуна с шаровидной формой графита. Установлено образование усадочной пористости в осевой зоне бочки, несмотря на то, что она затвердевает раньше всех остальных частей отливки. При недостаточном запасе прочности валков такие усадочные дефекты могут уменьшить их эксплуатационную стойкость.

Разработана физическая модель процесса ускоренного затвердевания центральных зон отливок из различных сплавов, которая основывается на гипотезе об увеличении количества растущих центров кристаллизации при сужении фронта затвердевания в осевой зоне шаровых, цилиндрических и плоских отливок.

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.

Установлено, что прочность сплавов с равноосной и столбчатой макроструктурой изменяется пропорционально изменению температуры и находятся в обратной зависимости от нее. Пластичность сплавов в зависимости от температуры носит боле сложный характер и имеет минимум при температуре ~ 900 C. Не зависимо от типа макроструктуры, измельчение макрозерна приводит к увеличению прочности и пластичности сплава. С точки зрения образования горячих трещин при одинаковом размере макрозерна столбчатая макроструктура обеспечивает сплаву более высокие прочностные и пластические свойства и, следовательно, более высокий уровень горячеломкости.

Разработана инженерная методика расчета продолжительности обогрева прибылей чугунных прокатных валков с помощью технологии комбинированного электродугового-электрошлакового обогрева, которая действует на Днепропетровском и Лутугинском заводах прокатных валков. По результатам экспериментальных исследований и с помощью математического моделирования выведены расчетные формулы рациональных режимов обогрева, обеспечивающих устранение усадочных дефектов и уменьшение термических напряжений по высоте отливки.

Выведены расчетные формулы для определения продолжительности затвердевания (100 % твердой фазы) и времени достижения границы выливания осевой зоны бочки валка, которая охлаждается в кокиле. Установлены особенности процесса перемещения расплава из прибыли для питания усадки отливок из чугуна с шаровидной формой графита и их объемная усадка.

Проведено исследование влияния обработки чугуна нанодисперсными тугоплавкими соединениями на качество литых шаров и обоснован их выбор для обработки чугунных расплавов. Оптимальным количеством модифицирующей присадки является 0,030 - 0,035 % TiCN. Разработана и прошла опытно-промышленную проверку технология ввода наноматериалов в чугун в виде брикетов. Испытания промышленной партии шаров показали повышение их эксплуатационной стойкости с 22 до 27 % и уменьшение их расхода с 0,5 - 0,8 до 0,13 - 0,3 % от массы перерабатываемой руды.

Цель исследования - разработать рациональный режим питания усадки валка из заэвтектоидной стали 150ХНМ. Расчет процесса затвердевания отливок проводили после обработки экспериментальных данных с помощью инженерной методики Б. Б. Гуляева и Н. И. Хворинова, основанной на использовании критерия Фурье, в котором ат/R2 заменено симплексом т/R2, а на оси ординат отложен относительный размер x/R. Установлена продолжительность этапов ступенчатого комбинированного электродугового-электрошлакового обогрева прибыли прокатных валков из заэвтектоидной стали 150ХНМ. Результаты промышленных испытаний рекомендованных технологических режимов успешно опробованы и внедрены в вальцелитейном цехе ПАО "Днепропетровский завод прокатных валков". Выведены формулы для расчета рациональной продолжительности обогрева прибыли прокатного валка из заэвтектоидной стали 150ХНМ. Сокращение продолжительности обогрева прибыли уменьшает энергозатраты и уровень остаточных напряжений в отливках, которые формируются из-за перепада температур по высоте отливки между нижней шейкой и прибылью.

Індекс рубрикатора НБУВ: К722.521.204.2

Рубрики:

Виробництво прокатних валків

Шифр НБУВ: Ж28347 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Цель работы - обобщение результатов исследований литейщиков Приднепровского региона, направленных на повышение эксплуатационной стойкости отливок металлургического назначения. Использованы стандартные методы термического и химического анализов, металлографических исследований, определения твердости, микротвердости и физико-механических свойств металла. Применение рафинированного магнием литейного доменного чушкового чугуна при производстве отбелено-магниевых валков уменьшило брак по "черным пятнам" и повысило чистоту отбеленного рабочего слоя. Рекомендовано оптимальное содержание легирующих элементов Nb или W в хромоникелевом валковом - чугуне для снижения брака по холодным трещинам. Применение наночастиц на основе TiCN и SiC позволило измельчить структуру, уменьшить транскристалличность рабочего слоя, ликвацию и повысить термоизносостойкость. Эксплуатационная стойкость сталеразливочных изложниц повышена на 30 - 45 %, мелющих шаров - на 22 - 27 %. Разработана методика предупреждения возникновения горячих трещин у выступающей части литейной формы. Впервые предложено предотвращать горячие трещины за счет формирования мелкозернистой макроструктуры сплава только в поверхностном слое отливки, вогнутом во внутрь нее. Ранее задачу уменьшения брака по горячим трещинам пытались решать только за счет увеличения теплоаккумулирующей способности выступающей части литейной формы, применяя хромомагнезитовые смеси. Введение ультрадисперсных модификаторов только на поверхность выступающей части литейной формы обеспечит измельчение микроструктуры и большую прочность только в заданном участке отвердевающей отливки по сравнению с участком отливки, который затвердел на плоской поверхности и имеет большую толщину. Полученные данные могут быть применены при разработке и освоении технологических процессов рафинирования, легирования и наномодифицирования чугуна для отливок металлургического назначения, уменьшения брака по горячим и холодным трещинам.

Выведены формулы для расчета технологического процесса производства чугунных прокатных валков с электрошлаковым обогревом прибыли.