Кафедра ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Національний технічний університет України "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

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

43. Главное не наказать, а заставить действовать. (Искусство руководить)


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

Фесенко Максим Анатолійович Диференціація властивостей частин виливка модифікування чавуну в ливарній формі

Фесенко Максим Анатолійович  Диференціація властивостей частин виливка модифікування чавуну в ливарній формі. 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 Косячков Вячеслав Олександрович, Національний технічний університет «Київський політехнічний інститут», доцент кафедри «Ливарного виробництва чорних та кольорових металів», м. Київ

Офіційні опоненти: доктор технічних наук Бубликов Валентин Борисович, Фізико-технологічний інститут металів і сплавів, завідувач відділом високоміцних і спеціальних чавунів доктор технічних наук, профессор

Іванова Ліна Олександрівна Одеський національний політехнічний університет, завідувач кафедри машин і технології ливарного виробництва

Актуальність теми. До робочих частин багатьох литих деталей сучасних машин і механізмів висувають часто різні, іноді протилежні за функціональним призначенням вимоги щодо механічних і експлуатаційних властивостей. Валки і опорні ролики прокатних станів, щоки дробарок, бронефутеровальні плити кульових млинів, кидальні лопатки дробометних і піскометних апаратів, пересипки бункерів сипких матеріалів, зуби екскаваторів, ножі розпушувачів та землечерпалок, шестерні, канатотягові шківи тощо повинні мати тверду зносостійку поверхню робочих елементів і ударостійку пластичну матричну підкладку, або серцевину. Високу зносостійкість робочої поверхні таких литих деталей може забезпечити вибілений чавун з твердими карбідами заліза в мікроструктурі, а підвищену пластичність та ударну в’язкість підкладки або серцевини – високоміцний феритний чавун з кулястим графітом.
Більшість існуючих технологічних варіантів виробництва двошарових чавунних виливків базуються на виплавленні різнорідних сплавів в окремих плавильних агрегатах з наступним їх заливанням у ливарні форми, в певній послідовності.
Відомо, що мікроструктуру і властивості сірого або білого чавунів можна суттєво змінити сфероїдизувальним, графітизувальним або карбідостабілізувальним модифікуванням необхідного об’єму базового металу, виплавленого в одному плавильному агрегаті. Але відомості щодо особливостей подібних технологічних процесів виробництва двошарових виливків у технічній літературі вкрай обмежені.
Ідея запропонованого в дисертаційній роботі нового методу диференціації властивостей окремих частин виливка полягає в розділенні вихідного сірого або білого чавуну на два потоки під час заливання ливарної форми, один з яких прямує безпосередньов її порожнину, а інший – спочатку піддається графітизувальному, сфероїдизувальному або карбідостабілізувальному модифікуванню в реакційній камері ливникової системи, а потім попадає в іншу частину порожнину форми. Можливе також модифікування обох потоків вихідного чавуну в двох реакційних камерах різними за функціональним призначенням модифікаторами.
Інформаційна новизна методу диференціації властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі дає підставу вважати тему дисертаційної роботи, в якій розглянуті питання щодо встановлення особливостей і закономірностей такого технологічного процесу виробництва двошарових чавунних виливків, актуальною як з наукової, так і з практичної точок зору.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою з д/б НДР кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів НТУУ "КПІ" № 2658 "Теоретичні і технологічні основи диференціації властивостей виливка методами композиційного лиття" (накази МОН України №663 від 05.11.2002 р. та НТУУ "КПІ" від 20.01.2003 р. № 2-12, номер держреєстрації 0103U000223) та № 2903 ф “Теоретичні і технологічні принципи керування структуроутворенням модифікованих та мікролегованих сплавів у виливках" (накази МОН України від 16.11.2005 р. №654 та НТУУ „КПІ” №2-209 від 30.12.2005 р. номер держреєстрації 0106U002362). 

Мета дослідження. Розроблення технологічного процесу диференційованого модифікування рідкого чавуну в реакційних камерах ливникової системи ливарної форми для виробництва виливків з твердим зносостійким поверхневим робочим шаром і в’язкою ударостійкою підкладкою або серцевиною.
Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані та вирішені такі наукові та практичні задачі:

1. Змоделювати перспективні конструктивно-технологічні варіант диференціації властивостей частин виливка роздільним модифікуванням чавуну в ливарній формі.
2. Оптимізувати хімічний і гранулометричний склад сфероїдизувального, графітизувального та карбідостабілізувального зарядів реакційної камери для різного за функціональним призначенням модифікування сірого або білого чавуну в ливарній формі.
3. Виконати комп’ютерне та фізичне моделювання процесів модифікування розплавів з використанням прозорих моделей та здійснити виконання експериментальні лабораторні плавки для перевірення можливостей реалізації і визначення перспективних конструктивно-технологічних варіантів диференціації властивостей частин виливка модифікуванням чавуну в ливарній формі, а також встановити практичну цінність кожного з прогнозованих варіантів.
4. Розробити та випробувати у промислових умовах технологічний процес виробництва двошарових і двобічних виливків із твердого зносостійкого і пластичного ударостійкого чавунів диференційованим модифікуванням у ливарній формі вихідних сірого або білого чавунів.

Об'єкт дослідження. Технологічний процес виробництва двошарових та двобічних литих деталей з твердого зносостійкого чавуну в одній частині перерізу стінки виливка і пластичного ударостійкого чавуну - в іншій.

Предмет дослідження. Процес диференційованого модифікування потоку рідкого металу у реакційних камерах ливникової системи різнорідними за функціональним призначенням модифікаторами з наступною кристалізацією у окремих частинах виливка різнорідних за хімічним складом, мікроструктурою, механічними та спеціальними властивостями чавунів.

Методи дослідження. Мета і поставлені в роботі задачі обумовили проведення комплексних теоретичних і експериментальних досліджень з використанням фізичного моделювання процесу взаємодії твердої і рідкої фазичинення модифікаторів у реакційній камері ливникової системи ливарної форми, математичного комп’ютерного моделювання гідродинамічних і масообмінних процесів, що відбуваються під час виготовлення двошарових виливків, з використанням пакету LVMFlow, а також серії лабораторних плавок з математичним плануванням та обробленням результатів експерименту з переважно стандартизованими методами оцінки хімічного складу, мікроструктури і механічних властивостей металу. Стандартизовані методи з обмеженими похибками достовірності і відтвореності результатів дали підставу для використання отриманих експериментальних даних для практичного розроблення і апробації в промислових умовах технологічного процесу виробництва двошарових та двобічних чавунних виливків.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше запропоновано і теоретично обґрунтовано процес диференційованого модифікування однорідного сплаву у реакційних камерах ливарній форми різнорідними за функціональним призначенням модифікаторами. Тим самим закладені наукові основи розроблення нового способу виробництва двошарових або двобічних виливків з твердого та м’якого чавунів.
2. Дістало подальший розвиток уявлення про перевагу пошарового механізму взаємодії твердої і рідкої фаз у реакційній камері ливникової системи, в порівнянні з поверхневим або об’ємним механізмами.
3. Висока швидкість перерозподілу кремнію між різнорідними чавунами модифікованими у ливарній формі, свідчить на користь гіпотези про флуктуаційний механізм і кінетику графітизуючого модифікування чавуну, всупереч інокуляційної гіпотези.
4. Кристалізація чавуну, модифікованого в ливарній формі нікель-магнієвим сплавом без графітизуючого кремнію за стабільною системою додатково свідчить на користь гіпотези про можливість прямої кристалізації графіту з евтектичної рідини без проміжної кристалізації і наступного "самовідпалу" цементиту ледебурита, а також підтверджує теоретичне положення про переважаючий вплив вуглецю на процес графітизації чавуну, в порівнянні з кремнієм.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено новий спосіб виробництва двошарових та двобічних виливків з твердого та м’якого чавунів диференційованим модифікуванням рідкого сплаву у реакційних камерах ливарної форми вихідного сірого або білого чавунів.
2. Оптимізовані склади зарядів реакційних камер ливникових систем для диференційованого графітизувального, карбідостабілізувального та сфероїдизувального модифікування чавуну у ливарній формі.
3. Випробовані вісім нових конструктивно-технологічних варіантів виробництва двошарових та двобічних виливків диференційованим модифікуванням однорідного рідкого чавуну у ливарній формі. Встановлено вплив основних технологічних параметрів процесу на показники якості виливків. Визначені переваги і недоліки методу.
5. Технологічний процес виробництва двошарових виливків з твердою зносостійкою робочою поверхнею з вибіленого чавуну та м’якою в’язкою ударостійкою матрицею з високоміцного чавуну з кулястим графітом пройшов успішні випробування на дослідно-промислових партіях виливків "Силова тяга" і "Плита бронефутеровальна" (Краматорське ТОВ "Лінгвей"), "Плита" і "Ніж" (АТ "Старокраматорський машинобудівний завод"). Планова собівартість виробництва двошарових чавунних виливків за новою технологією у 1,7 рази нижче собівартості виробництва монолітних виливків із зносостійкої сталі 110Г13Л.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем складено огляд літератури за темою дисертаційної роботи, зроблені відповідні висновки і сформульовані основні задачі дослідження. Розроблена матриця планування експерименту. Автором вдосконалені методи і методики дослідження та оброблення результатів експериментів. Автором проведено математичне, фізичне і натурне моделювання процесу диференційованого модифікування чавуну у ливарній формі. Послідовним виконанням серії експериментальних і промислових плавок автором визначені особливості найбільш перспективних конструктивно-технологічних варіантів нового способу виробництва двошарових і двобічних чавунних виливків.
Планування експериментів і обговорення їх результатів, формулювання та осмислення висновків і рекомендацій за темою роботи проведено здобувачем спільно з науковим керівником та зі співавторами публікацій.
Автор щиро вдячний співробітникам та студентам-дипломникам кафедри ливарного виробництва НТУУ "КПІ" за допомогу у виконанні експериментальної частини дисертації.

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані у 8 наукових статтях періодичних журналів та збірників, затверджених ВАК України як фахові видання. За матеріалами дисертації одержано 3 патенти України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на … аркушах, містить … таблиць, … рисунків, … сторінок основного тексту; складається із вступу, шести розділів, загальних висновків, переліку використаних літературних джерел із … найменувань і … додатків.

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