Кафедра ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Національний технічний університет України "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

Українська (UA)Русский (RU)English (UK)Deutsch (DE)
FacebookTwitterGoogle+

114. Кстати промолчать – это большое слово сказать.


Знайшли помилку в тексті? Виділіть текст, натисніть Shift+Enter і відправте нам повідомлення.

Ямшинський Михайло Михайлович Ливарні жаростійкі сталі для виробів, що працюють в агресивних середовищах при температурах до 1250°С

ЯМШИНСЬКИЙ МИХАЙЛО МИХАЙЛОВИЧ ЛИВАРНІ ЖАРОСТІЙКІ СТАЛІ ДЛЯ ВИРОБІВ, ЩО ПРАЦЮЮТЬ В АГРЕСИВНИХ СЕРЕДОВИЩАХ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ДО 1250°С. Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук.

Робота виконана на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”

Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент Федоров Григорій Єгорович. Доцент кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів, Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”

Офіційні опоненти: чл.-кор. НАН України, доктор технічних наук, професор  Борисов Георгій Павлович. Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАНУ. Завідувач відділу механіки рідких і твердих сплавів.

Доктор технічних наук, професор Пономаренко Ольга Іванівна. Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”. Професор кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів

Провідна установа – Національна металургійна академія України, кафедра ливарного виробництва

Актуальність роботи. Сучасні жаростійкі сплави, які використовують для виготовлення деталей паливоспалювальних систем теплових електростанцій, устатковання металургійних, хімічних і машинобудівних підприємств, мають суттєві недоліки: вони вмістять у своєму складі дорогі та дефіцитні елементи (нікель, кобальт, молібден тощо), мало технологічні як ливарний матеріал і не завжди відповідають вимогам щодо експлуатаційних характеристик.
З урахуванням технологічних, експлуатаційних і економічних аспектів такі сплави, як показує практика їх використання, повинні мати високі температури плавлення та окалиностійкість, задовільні ливарні властивості та бути недорогими і недефіцитними.
Аналіз вітчизняної та зарубіжної науково – технічної літератури стосовно ливарних жаростійких матеріалів показує, що замінювачами дорогих хромонікелевих сплавів, які найбільш часто використовують в високотемпературних технологіях, можуть бути сталі з хромом та алюмінієм після розроблення теоретичних основ визначення співвідношення цих і інших елементів у їх складі та оптимізації технологічних процесів виплавлення сплавів і виготовлення із них якісних виливків.
На жаль, над вирішенням цих питань не працюють науковці ні за кордоном, ні в Україні. Отже пошук нових жаростійких недорогих та недефіцитних сплавів на основі заліза, які б працювали тривалий час в різних агресивних середовищах при  високих температурах, є завданням досить актуальним.

 

Зв’язок роботи з науковими програмами. Робота мала зв’язок з темами, які виконувалися в 2000…2005 рр: № 2354 «Розроблення теоретичних принципів управління якістю виливків відповідального призначення із високолегованих сплавів на основі заліза методами спрямованого впливу на метал та форму» (номер держреєстрації 01000U000865), наказ НТУУ «КПІ» від 20.01.2000 р. №2-12 та №2658 «Теоретичні і технологічні основи диференціації властивостей виливка методами композиційного лиття» (номер держреєстрації 01000U000223), наказ Міністерства освіти і науки України від 05.11.2002 р. № 663.

Мета роботи і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення нових високоефективних жаростійких сплавів на основі заліза на підставі теоретичних основ легування і модифікування, визначення комплексу їх ливарних, механічних та спеціальних властивостей, удосконалення про-цесів виплавлення з урахуванням різних технологічних факторів та відпрацювання технологій ви-готовлення якісних виливків для роботи в умовах агресивних середовищ до 1250°С.
Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані і вирішені такі наукові та практичні задачі:

1.    На підставі теоретичних основ легування і модифікування сплавів визначені ливарні і механічні властивості жаростійких сталей з хромом і алюмінієм в широкому діапазоні концентра-цій цих елементів та вуглецю і титану, що дало можливість оптимізувати хімічний склад сталей
для груп виливків залежно від їх геометрії, габаритних розмірів та технологій виготовлення.
2.    Досліджено окалиностійкість сталей неоднакового хімічного складу в різних агресивних середовищах і визначено оптимальне співвідношення в них хрому, алюмінію, вуглецю і титану з урахуванням технологічних властивостей сплавів.
3.    Вивчено кінетику окиснення жаростійких сталей в умовах різних температур та агресивних середовищ і визначено можливості використання виробів, виготовлених із цих ливарних сплавів в конкретних умовах експлуатації.
4.    Досліджено тепло- і електропровідність жаростійких сталей різного хімічного складу і визначено їх поведінку в процесі виготовлення виробів та експлуатації.
5.    Установлена доцільність додаткового оброблення жаростійких сталей РЗМ.
6.    Вивчено розподіл легувальних елементів у структурі сплавів по перерізу стінки литої деталі. Одержані результати підтвердили перспективність використання сталей з хромом і алюмінієм, як жаростійких ливарних матеріалів, для роботи в умовах високих температур і агресивних середовищ.
7.    Розроблені технології виплавлення рекомендованих хромоалюмінієвих сталей в дугових і індукційних електропечах з використанням недорогих і недефіцитних шихтових матеріалів та виготовлення із них якісних виливків різних габаритних розмірів.
8.    Проведено виробничі випробовування конкретних виробів, виготовлених із рекомендо-ваних сталей, і доказана доцільність використання їх в промисловості.

Матеріали дисертації відповідають вимогам одержання науково-обґрунтованих теоретичних і практичних результатів, які суттєво доповнюють відомості щодо створення нових ефективних матеріалів.

Об’єкт дослідження: процес розроблення нових жаростійких сталей для виробів, що працюють в умовах агресивних середовищ і високих  температур (до 1250 °С).

Предмет дослідження:  хімічний склад, структура, ливарні, механічні та спеціальні властивості жаростійких сталей.

Методи досліджень:  Мета і поставлені в роботі задачі обумовили проведення наукових досліджень з використанням сучасних методів та устатковання для визначення ливарних, механічних та експлуатаційних характеристик сплавів, які несуть у собі достатньо високу достовірність та відтворюваність результатів.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше вивчено вплив основних легувальних елементів у широкому діапазоні їх концентрацій – хрому (13…37%), алюмінію (до 7%), вуглецю (0,08…0,81%) і титану (до 1,5%) – на комплекс ливарних, механічних, експлуатаційних властивостей та структуру жаростійких сплавів на основі заліза, що дозволило установити оптимальні межі вмісту цих елементів та рекомендувати
рецептури жаростійких хромоалюмінієвих сталей для виготовлення виливків різних маси, габаритних розмірів і геометрії.
2.    Досліджено кінетику окиснення рекомендованих жаростійких сталей в різних агресивних середовищах та при температурі 1250 °С, що дозволило розробити теоретичні і практичні передумови до створення жаростійких сплавів на основі заліза.
3.    Вивчені в комплексі фізичні та експлуатаційні характеристики хромоалюмінієвих сталей. Одержані результати дали підстави для суттєвого розширення галузей використання литих жаростійких виробів із цих сплавів.
4.    Розроблені технології виплавлення хромоалюмінієвих сталей в дугових і індукційних електропечах: визначені послідовність введення легувальних елементів у розплав і оптимальні температури перегрівання металу перед заливанням його у форми залежно від товщини стінок та габаритних розмірів виробів, що суттєво покращило структуру та весь комплекс властивостей жа-ростійких хромоалюмінієвих сталей.
5.    Вперше розроблені параметричні діаграми окалиностійкості для сплавів такого класу, що дає можливість розрахувати максимальний термін експлуатації виробів у певних умовах, визначити оптимальний хімічний склад сталі та зекономити значну кількість легувальних елементів під час виготовлення жаростійких виробів.
6.    Математичним обробленням результатів досліджень визначені рівняння регресії, які дозволяють  прогнозувати ливарні і механічні властивості хромоалюмінієвих сталей залежно від хімічного складу металу та його температури перед заливанням у форми без виготовлення технологічних зразків.

Практичне значення отриманих результатів. На підставі результатів досліджень запро-поновані і впроваджені у виробництво хромоалюмінієві сталі для виготовлення деталей відповіда-льного і особливо відповідального призначення, які працюють в агресивних середовищах при температурах до 1250 °С. Розроблена технологічна документація та відповідні рекомендації, що забезпечують виготовлення високоякісних виливків різної маси, габаритних розмірів та геометрії.
Виливки проходять експлуатаційні випробовування на Трипільській ТЕС.
Особистий внесок здобувача. Автору належить вдосконалення методик дослідження, ви-значення комплексу ливарних, механічних і спеціальних властивостей, вивчення структури, оброблення результатів експериментів та їх теоретичний аналіз.
Постановка задач, обговорення результатів досліджень та  формулювання основних висновків і рекомендацій виконані спільно з науковим керівником і, частково, із співавторами публікацій.
Математичне оброблення результатів виконано спільно з к.т.н. А.М. Донієм.

Публікації: Основні положення  дисертаційної роботи викладено в 7 друкованих працях в фахових журналах та 5 тезах доповідей на наукових конференціях і семінарах.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, переліку використаних джерел із 127 найменувань, 8 додатків. Загальний об’єм дисертації складає 247 сторінок, у тому числі 85 рисунки, 44 таблиць. Основна частина дисертації складає 158 сторінок.

Автореферат дисертації

 

03056, м. Київ - 56, вул. Політехнічна 35, корпус 9, поверх 4. Тел.: +38(044)204-82-16. Кафедра ЛВЧКМ КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2010-2017©

Розробка: shevchuk.ua