Кафедра ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Національний технічний університет України "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

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

69. Если есть какое-нибудь дело, всегда найдется его исполнитель.


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

Фесенко Катерина Валеріївна Модифікування чавуну в ливниковій системі для виробництва двошарових виливків

Робота виконана на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Ямшинський Михайло Михайлович, Національний технічний університет «Київський політехнічний інститут», доцент кафедри ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, старший науковий співробітник  Бубликов Валентин Борисович, Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України завідувач відділу високоміцних та спеціальних чавунів;

доктор технічних наук, професор Хричиков Валерій Євгенович Національна металургійна академія України, завідувач кафедри ливарного виробництва.

Актуальність теми. Перспективним напрямком підвищення працездатності та довговічності обладнання, машин і механізмів з одночасним покращанням економічних показників і зниженням витрат дефіцитних, дорогих легувальних матеріалів є використання в їх складі чавунних литих деталей з протилежною структурою та властивостями в локальних їх частинах.

Прикладами таких деталей є: валки прокатних станів, втулки, вальці, щоки дробарок, бронефутерувальні плити, склизи сипких матеріалів, насадки відбійних молотків, розпушувачі ґрунтів, лемехи, зуби ковшів екскаваторів тощо. Робоча поверхня або робочий шар таких деталей повинні мати високу твердість і зносостійкість, а серцевина або монтажна частина – ударостійкість, в’язкість і, на відміну від твердого робочого шару, задовільну оброблюваність різанням. Високі твердість і зносостійкість робочої поверхні може забезпечити білий чавун з цементитною фазою, а підвищені пластичність і в'язкість – високоміцний чавун ферито-перлітного класу.

Виробництво чавунних литих деталей з диференційованою структурою та властивостями в локальних їх частинах здійснюється такими способами: заливанням одного чавуну в металеву форму або в разову (піщану) ливарну форму з розташованим у ній холодильником; послідовним заливанням ливарної форми різними за хімічним складом чавунами через дві незалежні ливникові системи з паузою між заливаннями; виливанням залишку одного рідкого чавуну з доливанням серцевини іншим чавуном; відцентровим литтям з послідовним заливанням виливниці, яка обертається, розплавами чавунів різного хімічного складу та іншими способами.

Використання двох плавильних агрегатів для синхронного виплавляння різних чавунів або проведення до заливання в ливарну форму додаткових операцій оброблення розплавів легувальними добавками в ковшах є основними недоліками більшості перелічених способів виготовлення виливків з різною структурою та властивостями, а технологія заливання одного чавуну в металеву форму або в ливарну форму з розташованим у ній холодильником для прискореного охолодження та отримання вибіленого шару не дає стабільних результатів.

З метою усунення недоліків наведених методів запропоновано новий спосіб виготовлення двошарових чавунних виливків, який ґрунтується на методі модифікування вихідного розплаву в реакційній камері ливникової системи ливарної форми.

Новий спосіб виробництва двошарових виливків полягає у виплавлянні чавуну в одній печі та розділенні його в ливниковій системі на два потоки, які модифікуються в реакційних камерах різними добавками з відповідною зміною структури в процесі подальшої кристалізації. З апріорного моделювання можливих варіантів запропонованого способу вибрано, перспективний конструктивно-технологічний варіант, який передбачає розділення вихідного чавуну евтектичного складу на два потоки з внутрішньоформовим модифікуванням одного з них карбідоутворювальним модифікатором, для отримання в частині виливка твердого зносостійкого чавуну, а іншого сфероїдизувальним модифікатором, для отримання в
іншій частині виливка в’язкого ударостійкого високоміцного чавуну з кулястим графітом ферито-перлітного класу. Новизна способу та відсутність відповідних досліджень дає підставу вважати дисертаційну роботу актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами темами. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів НТУУ «КПІ» у рамках науково-дослідних робіт: № 2632п «Розроблення методології прогнозування структури і властивостей металу у виливках із сплавів на основі заліза з високим вмістом хрому» (номер держреєстрації 0113U000649); № 2851п «Технологічні особливості прогнозування властивостей розплавів і структури металу виливків для роботи в екстремальних умовах» (номер держреєстрації 0115U000406). У перерахованих роботах здобувач приймала безпосередню участь як виконавець.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розроблення нового способу виробництва двошарових виливків з твердою зносостійкою робочою поверхнею та м’якою в’язкою ударостійкою основою.
Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні наукові та практичні завдання:
    1. Вибрати ефективні добавки для сфероїдизувального та карбідоутворювального модифікування розплаву чавуну евтектичного складу в ливарній формі.
    2. Експериментально перевірити можливість практичної реалізації та особливості запропонованого способу виготовлення двошарових виливків модифі-куванням чавуну евтектичного складу в ливниковій системі ливарної форми.
    3. Виконати комп’ютерне моделювання процесів, що відбуваються в ливарній формі під час виготовлення двошарових виливків.
    4. Дослідити процеси взаємодії різномодифікованих чавунів у порожнині ливарної форми під час та після її заливання та установити основні закономірності формування двошарових чавунних виливків з робочою поверхнею з твердого зносостійкого білого чавуну та м’якою в’язкою ударостійкою монтажною частиною з ви-сокоміцного чавуну з кулястим графітом ферито-перлітного класу.
    5. Розробити та випробувати в промислових умовах технологічні процеси модифікування розплаву вихідного чавуну евтектичного складу в ливниковій системі при отриманні виливків з заданими структурою та властивостями.

Об’єкт дослідження: процес виробництва двошарових виливків з протилежною структурою та властивостями в локальних їх частинах модифікуванням чавуну в ливниковій системі ливарної форми.

Предмет дослідження: закономірності процесів кристалізації, структура та властивості чавуну в двошарових виливках з твердою зносостійкою частиною та в’язкою ударостійкою основою.

Методи дослідження. У роботі використані стандартні методи хімічного і термічного аналізу, металографічних досліджень, а також визначення твердості, мікротвердості та механічних властивостей чавуну. Дослідження гідродинамічних процесів виконано за допомогою системи комп’ютерного 3D моделювання ливарних процесів.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукову новизну складають наведені нижче результати теоретичних та експериментальних досліджень:
    1. Запропоновано новий спосіб розділення структури та властивостей частин виливка в процесі одночасного модифікування вихідного розплаву чавуну евтектичного складу в реакційних камерах карбідоутворювальним та сфероїдизувальним модифікаторами. Це дало можливість розробити нову технологію виробництва виливків з робочою частиною з твердого білого зносостійкого чавуну та монтажною в’язкою частиною з високоміцного чавуну.
    2. Вперше встановлено, що додавання добавок НМг19 та МЦ50Ж3 в реакційну камеру ливникової системи ливарної форми в кількості 2,0% від маси оброб-лювального розплаву чавуну евтектичного складу забезпечують кристалізацію чавуну з вибіленням на глибину 50 мм.
    3. Вперше встановлено залежності впливу вихідної товщини перегородки з вуглецевої сталі без покриття та вуглецевої сталі з цинковим покриттям і температури розплаву, що заливається в ливарну форму на товщину перехідної зони двошарового виливка з робочою зносостійкою та монтажною в’язкою частинами з товщиною стінки до 25 мм. Визначено, що отримання двошарових виливків за запропонованим способом забезпечується використанням перегородок з сталі товщиною 0,5…1,3 мм з цинковим покриттям та температурою заливання вихідного розплаву чавуну в ливарну форму 1420±10°С.
    4. Вперше, на основі експериментальних досліджень, установлено закономірності формування мікроструктури перехідної зони двошарового виливка, яка складається з залишків сталевої перегородки та зневуглецьовуваного шару між чавунними частинами виливка та перегородкою. Подібний шар утворюється внаслідок дифузійного перерозподілу вуглецю з прилеглих шарів чавуну вбік сталевої пе-регородки та заліза вбік чавуну. При цьому вихідна ферито-перлітна структура ста-левої перегородки трансформується в структуру заевтектоїдної сталі. Перехідний шар виливка характеризується міцністю 420…450 МПа.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень отримано такі практичні результати:
    1. Розроблено новий спосіб виробництва виливків з протилежною структурою та властивостями в їх окремих частинах за допомогою модифікування в ливниковій системі ливарної форми двох потоків розплавів чавунів.
    2. Визначено ефективні добавки для внутрішньоформового сфероїдизувального та карбідоутворювального модифікування розплаву чавуну евтектичного складу.
    3. Установлено вплив основних технологічних параметрів процесу, а саме: вихідної товщини розділової сталевої перегородки та температури заливання розп-лаву вихідного чавуну на процес виробництва двошарових виливків з протилежною структурою та властивостями металу в локальних їх частинах.
    4. Технологічні процеси сфероїдизувального модифікування чавуну в ливарній формі та виробництва двошарових виливків з твердою зносостійкою робочою поверхнею з білого чавуну та в’язкою ударостійкою матрицею з високоміцного чавуну внутрішньоформовим модифікуванням успішно випробувано в промислових умовах. Результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 24 наукових працях, з яких 6 статей у наукових фахових виданнях з них, 1 стаття у виданні іноземної держави, 2 патенти України на корисну модель та додатково висвітлені в тезах доповідей у вигляді матеріалів наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи 153 сторінки, 10 таблиць, 100 рисунків, перелік посилань з 100 найменувань, 6 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