Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время во всех отраслях промышленности широко используется продукция из сплавов на основе меди. Данные сплавы обладают многими преимуществами по сравнению с другими сплавами на основе цветных металлов: высокой электро- и теплопроводностью, относительно высоким пределом прочности, пластичностью, упругостью, криогенной прочностью, жаростойкостью и жаропрочностью, коррозионной стойкостью.
В основном продукцию из медных сплавов (пруток, проволоку) получают по технологии, которая включает в себя отливку слитков большого диаметра (100...200 мм), их резку на мерные заготовки, прессование или прокатку литых заготовок, волочение прессованной или катанной заготовки. При получении полуфабрикатов из медных сплавов по традиционной технологии на всех переделах наблюдаются значительные потери металла с окалиной и геометрическими отходами, что обуславливает низкий сквозной технологический выход годного. Помимо этого по традиционной технологии возможно получение непрерывных отрезков продукции максимальной массой 150...200 кг. Для получения отрезков продукции большей массы необходима сварка прессованной или катанной заготовки в процессе волочения, что приводит к неравномерности свойств по длине проволоки или прутков.
Существует целая гамма медных сплавов, плавка и разливка которых связана с большими технологическими трудностями. Как правило, эти сплавы содержат в своем составе легкоокисляющиеся и легкоиспаряющиеся компоненты. К таким сплавам относятся сплавы, содержащие в своем составе кадмий, бериллий, цинк, хром, цирконий, магний и другие компоненты. При плавке и литье данных сплавов наблюдается значительный угар перечисленных компонентов. Кроме того, кадмиевая и бериллиевая бронзы имеют большую склонность к обратной ликвации, что приводит к неравномерности химического состава и, как следствие, к неравномерности свойств по сечению слитков и затрудняет их дальнейшую обработку.
Для устранения явления обратной ликвации легирующих компонентов, а также повышения технологичности этих сплавов при пластической обработке необходимо повысить скорость кристаллизации литых заготовок. Повышения скорости кристаллизации заготовок можно добиться путем уменьшения их диаметра. Одним из способов получения заготовок малого
сечения является горизонтальное непрерывное литье. Такой способ литья заготовок не только обеспечивает высокую скорость кристаллизации заготовок, но и позволяет снизить угар легирующих элементов и вероятность образования неметаллических включений в литых заготовках. Данное преимущество горизонтального непрерывного литья, по сравнению с вертикальным непрерывным или полунепрерывным литьем, обеспечивается благодаря тому, что при горизонтальном литье металл в кристаллизаторе не соприкасается с окружающей атмосферой, так как кристаллизатор вмонтирован в переднюю стенку разливочной камеры печи, а плавка и литье осуществляется из одного плавильного агрегата. Кроме того, получение непрерывнолитых заготовок малого сечения позволяет исключить из технологического процесса изготовления продукции из медных сплавов энерго- и металлоемкие операции прессования и прокатки и, как следствие, повысить сквозной технологический выход годного, а также обеспечить возможность получения отрезков готовой продукции практически неограниченной длины. Помимо повышения технологичности, снижения угара дорогостоящих компонентов и повышения выхода годного, горизонтальное непрерывное лить позволяет улучшить условия труда плавильщика, так как позволяет практически исключить выделение паров металлов, таких как кадмий, цинк, бериллий и т. д.
В связи с этим, разработка технологического регламента горизонтального непрерывного литья заготовок малого сечения из медных сплавов, содержащих легкоокисляемые и легкоиспаряющиеся компоненты, является в настоящее время важной и актуальной.
Настоящая работа выполнялась в рамках гранта А04-3.18-450 «Исследование и разработка технологии горизонтального непрерывного литья малолегированных медных сплавов» Министерства образования и науки Российской федерации и Федерального агентства по образованию.
Цель работы
Исследование особенностей горизонтального непрерывного литья заготовок малого сечения из медных сплавов, содержащих легкоокисляемые компоненты, с целью получения качественных заготовок без внутренних и поверхностных дефектов со структурой и свойствами, обеспечивающими обработку получаемых заготовок давлением в холодном состоянии без проведения предварительных операций термической обработки и получение готовой продукции, соответствующей требованиям нормативной документации.
Основное внимание было уделено решению следующих задач:
- исследованию процесса формирования структуры и свойств литой
заготовки малого сечения при горизонтальном непрерывном литье на
примере меди;
- изучению особенностей затвердевания заготовок малого сечения из медных
сплавов, содержащих легкоокисляющиеся и легкоиспаряющиеся компоненты
в условиях высоких скоростей кристаллизации;
- разработке технологического регламента литья заготовок диаметром
12...20 мм из бронз БрКдІ, БрМг0,25, БрБ2 и нейзильбера марки МНЦ 15-20,
обеспечивающего получение качественных заготовок, способных
подвергаться обработке давлением в холодном состоянии.
Научная новизна работы
-
Установлена взаимосвязь величины дендритной ячейки, скорости кристаллизации и механических свойств меди в условиях смещения теплового центра заготовки при горизонтальном непрерывном литье.
-
Уточнены и расширены представления о механизме формирования структуры и свойств литой заготовки малого сечения из медных сплавов с учетом особенностей их затвердевания в условиях высокой скорости кристаллизации.
-
Установлены и обоснованы режимы горизонтального непрерывного литья заготовок малого сечения из бронз БрКдІ, БрМгО,25, БрБ2 и нейзильбера марки МНЦ 15-20, обеспечивающие получение заготовок без внутренних и поверхностных дефектов.
4. Предложена методика оценки способности к пластической
деформации в холодном состоянии заготовок малого сечения из медных
сплавов, полученных методом горизонтального непрерывного литья.
Практическая значимость работы
Разработаны технологические режимы горизонтального непрерывного литья заготовок малого сечения из бронз БрКдІ, БрМгО,25, БрБ2 и нейзильбера марки МНЦ 15-20, обеспечивающие получение продукции из указанных сплавов, соответствующей требованиям нормативной документации. Технологические регламенты плавки и литья опробованы на ОАО «Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов».
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на IV отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург, 2003 г., VI съезде литейщиков России, г. Екатеринбург, 2003 г., научно-практической конференции «Литейное
производство сегодня и завтра», г. Санкт-Петербург, 2004 г., VII съезде литейщиков России, г. Новосибирск, 2005 г., III международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии», г. Москва, 2005 г., VIII отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург, 2005 г., Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий — 2006», г. Екатеринбург, 2006 г.
Публикации
По теме диссертационной работы издано 1 учебное пособие, опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, библиографического списка из 104 наименований и приложений, изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков, 12 таблиц.
