Registration Number
0823U101228, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
11-12-2023
popup.evolution
o
Чому дисертація має статус "Запланована"?
Title
Establishing the kinetics of the formation of liquid-solid and solid-liquid zones in castings from iron-carbon alloys and rarefaction in thermal nodes of castings
Author
Oleksandr Semenov,
popup.head Lyudmila Ivanova
popup.head Valentina Z. Kutsova
popup.opponent Olga Pоnоmаrеnkо
popup.opponent Valeriy Naumik
popup.review Anton Gorobets
popup.review Oleksandr Gryshyn
popup.rada
Ukrainian State University of Science and Technologies
Description
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 136 – Металургія. – Український державний університет науки та технологій, Дніпро, 2023.
У дисертації узагальнено теоретичні уявлення процесів формування виливків і керування процесами їх затвердіння у рамках рішення науково-технічної задачі встановлення кінетики твердіння фронтів виливання, солідус і ліквідус по товщині виливків із залізовуглецевих сплавів, що охолоджуються в кокілі і виливниці, розробки режимів впливу на твердіння металу в рідко-твердій зоні виливків, встановлення причин появи ливарного дефекту «утяжина» і розробленні рекомендацій його попередження.
Побудовані криві тривалості твердіння для фронтів виливання рідкого залишку металу, ліквідус та солідус в координатах відносної товщини затверділого шару металу х/R і параметричного критерію τ/R2 для Fe-С сплавів з вмістом вуглецю 0,04…4,83%, розраховано кінетику фронтів твердіння для сталевих виливків, що містять вуглець 0,15%, 0,20%, 0,25%, 0,30%, 0,45%, 0,55%, 0,80%, 1,2%, 1,8%. Отримані результати дозволяють скоротити час находження виливків у чавунних кокілях та виливницях, збільшити зворотність кокільно-опокового оснащення, встановити час безпечного переміщення виливниці зі злитком з кесону до ділянки охолодження або вибивання виливка і переміщення його в термічну піч для реалізації технології гарячого посаду. Наведено приклади використання результатів роботи науковцями і технологами в ливарних цехах.
Встановлення границі виливання для сплавів Fe–C дозволяє реалізувати виробництво виливків і злитків за технологією, у якій: після твердіння заданого робочого шару металу на виливниці, розраховується необхідна кількість модифікатора або розкислювача для введення в осьову частину виливка, яка ще не затверділа. Поступове розплавлення цих хімічних сполук забезпечить плавну зміну макро- і мікроструктури між робочим шаром і осьовою зоною.
Для розроблення режимів впливу на твердіння металу в осьовій зоні виливка запропоновано використати отримані в роботі результати про положення границі виливання, що більш точне, ніж за розрахунками по границі солідус. Обумовлено це відсутністю живлення усадки з центру виливка в зону мікроскопічних переміщень. Тому введення в осьову зону виливка модифікатора необхідно розраховувати по масі рідкої ділянки та рідко-твердої частини виливка.
Отримані за експериментальними дослідженнями розрахунки кінетики просування фронтів твердіння ліквідус, солідус і виливання рідкого металу від поверхні до центру виливків доцільно використовувати для оцінки точності комп'ютерного моделювання процесів твердіння сплавів Fe-C і подальшої адаптації математичних моделей завдяки корегуванню теплофізичних коефіцієнтів для металу виливків і матеріалу ливарної форми.
Розроблено методику розрахунку маси рідкої та рідко-твердої частини в чавунних прокатних валках різних розмірів після твердіння робочого шару на кокілі, що забезпечило введення в осьову зону виливків графітизуючого модифікатора (алюмінію). Практичне випробовування розробки при литті валка з чорновою масою 1619 кг в умовах ливарного цеху підтверджує доцільність розрахунку робочого шару по границі виливання у порівнянні з оцінкою формування робочого шару по температурі солідус, що раніше використовували. Також удосконалено процес розплавлення алюмінію і його розподіл по висоті валка за рахунок обертання електричним двигуном алюмінію і його переміщення відцентровими силами до фронту твердіння бочки і шийок прокатного валка.
Перспективним напрямком подальшого розвитку отриманих результатів є розробка нових способів виготовлення чавунних виливків за рахунок фізичного, хімічного і механічного впливу на двофазову зону, розкислення і легування рідкої та рідко-твердої зон виливків в процесі твердіння для підвищення їх фізико-механічних і експлуатаційних властивостей.
Експериментально встановлено, що причиною виникнення ливарного дефекту «утяжина» є формування в масивних частинах виливків теплових вузлів, з центру яких розплав фільтрується для живлення усадки на всі найближчі поверхні виливка. При переміщенні розплаву з теплового вузла в його центрі утворюються усадкова раковина та розрідження. Тому атмосферний тиск спричиняє втягування і викривлення шару металу, що твердіє, на частині поверхні виливка з меншою міцністю. Розроблено пристрій для вимірювання розрідження в усадковій раковині, який засновано на використанні голки медичної спинальної із неіржавіючої сталі, встановлено кінетику утворення розрідження в усадковій раковині виливка у формі куля діаметром 120 мм та процес твердіння центру кулі у піщано-глинистій формі. Відповідно отриманим експериментальним результатам запропоновано провести корегування визначення ливарного дефекту «утяжина» в ДСТУ 9051:2020 (Виливки з чавуну і сталі. Дефекти
Registration Date
2023-11-10
popup.nrat_date
2023-11-10 / 2026-07-01
