Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Определяющее влияние процесса формирования сірукіурі.і чуіуна с шаровидным графи і ом (ЧШГ) на ею механические и жсплуаіаішончьіе харакіериепіки обуславливает широкие масшіабм иселеловапиіг. выполняемых в последние годы во всех беч исключения рашиїмх еіранах по тучению процесса ниекшчечтеой крисіаллиіашш.
Dio святно с іехнолої ическими особенное і ями проінводсіва типах деталей, іак как своіісіва ЧШГ в оілнвках определяюіся не ю.ті.ко химическим сосіаіюм и обрабоїкой в жидком состоянии, но и условными формирования сірукіурьі и свойсів в литейной форме. Высокопрочные КОІІСфХКПІІОННМС чуіуїш облалаюі повышенной ск.томносіью к оібелч. в снят с чем прої йотирование криеіалліпапин чуіуна по сіабильному (серому) или меіастабнльному (белому) інпу является необходимым івеном раїработки іехнолоіин получения оьчивок с іаланнмм комплексом механических и жсплуаіаііиоііін.іх харакіерисіи'к.
Проиелеішміі аналііі публикаций спидсіелі>сіву\*гг чю в настоящее время ие сушесівуеі полной маїемаїическоіі ісории процессов, происходящих при выплавке, модифицировании к крисіаллипиши ЧШГ. Однако, обобщение жсперименіалі.ні.іх и іеоретическін исследований последнею времени (Н.Г .1 иршович, Г.Ф.Баландин. А.А.Жуков. Х.Фредрнксон, В.Кури. Ф.Мампаев. Д.С іефанеску. М.Хиллері и др.) еотдаег основу для лосі роения раннішії численной модели. Исследоианиями последнею времени установлено суіііесігіоііанпе іисіереніса при перехоле or егабилі.иой крисіадлінации к меіаеіабидміой (и иаоборої) и существование юны конкурентного роста аусіеншо-іріфиіной и ледебуришой твіекшк. чю открывает возможности управления процессом формирования сірукіурьі оілнвок. обеспечивая необходимое переохлаждение расплава.
Сложное г ь поставленной іадачи святлна с необходимостью построения міюкіуровпевоіі модели, описывающей юнкие процессы зарождения и роста включений графиіа (иемепіиіа) п аусіепиніо-ірафиіні.іх (ледебурнтных) колоний, проіекшоїиие на мпкроуровне, на фоне макроскопической кинетики іаінердевапия сложной фасонной оілнпкп. Количественному аналиту подлежат явления образования и рлівніия' шаровидною графта под действием модифицируют!!- добавок, механіпм функционирования которых является її ироіяженіїн полою ряда лет дискуссионным и недостаточно изучен, а также процессы конкуренции о зарождения и роста мстастабильных фат.
Пронин сірукіурьі ЧШГ поиюляет обеспечим» качество отливок и сни піп. заіраш на разработку и коррекиїровку'іехнолої нческого процесса.
Ш'-И» РАБОТЫ. Па основе обобшення теоретических исследований и жсиернменіалі.иоіо іпучения шекгнческой криетал.тіпацші чугуна при помощи іермнческою анализа разработать численную модель сопряженных процессов зарождения и роста петров кристаллизации стабильной и меіасіабидмшії фат при затперлепаннн фасонной отливки из ЧШГ для
прогноіа структуры ЧШГ при создании и корректировке технологии изготовления отливок.
Для дом о решались следующие задачи:
экспериментальное изучение количественных закономерностей звіекзичеекой крисіаллнзамнн ЧШГ с использованием компьюіериою іермическоіо анализа на цилиндрических образцах различного диаметра (5-50 мм), соответствующих тонкоаснным оіливкам (с юлшиной сіеики 2,5-25 мм) из ЧШГ;
создание маїематической модели )віекіичсской крисіаллшании. коюрая на основе решения л/ ухуровпевой (в микро и макромасшіабс) задачи затвердевания и сгрукіурообразования фасонной опіивки позволяет количественно описать происходящие при )іом процессы зарождения и росі а крисі аллиюв образующихся фаісучеіом их различной морфолошн;
информационное обеспечение численной модели на основе опіимизации набора исходных данных модели при сравнении резулыакш численного расчета сданными ікспсрименіальньїх плавок;
построение расісіной диаіраммьі, оіражаюшсй влияние ведутщ.л мслаллурніческих и ієхііолоі ических факюров на процессы струкіурообраіования на основе численною моделирования крисіаллпзации ЧШГ в отликках раїличііоіі іо.пшіш.і;
раїрабоїка мсіодики н посіроение сіаіисіическнх моделей структуры ЧШГ на базе данных іермическої о и мсталлої рафическої о анализа;
разработка пршраммною комплекса для проскіировання и коррекіировки гсхнолоіическім процессов получения ІОНКОСТСННІ.ІХ ОІЛИВОК НІ ЧШГ.
НАУЧНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. В рамках раїрабоїаиной модели описьшасіся обобщенный процесе сіадийной кристаллизации миоіокомпоненіною сплава эвтектического типа па основе физико-химических харакіерисіик расплава и выделяющихся из нею фаз, чиї поіволясі испольїоваїь полученную модель для аналіна процесса струкіурообраіования чутунов раїличною сосіава при затвердеваю и фасонныч оіливок.
Разработанная численная модель кристаллизации ЧШГ учшывает:
кинетику и продолжительность заівердевання фасонных оіливок при
неоднородном іеплоогводе но поиерхносш раїдела оіливка-форма;
в влияние параметров диаграммы состояния Fe-C'-Si в обласні ЧШГ на условия затвердевания и кристаллиіации с учетом химическою сосіава по основным компонентам чугуна;
последовательное протекание иреджіектической и іаіекіической
кристаллизации;
условия '^рождения и роста морфолої нчески различных выделений стабильных (ірафпт, аустенито-прафитиая эвтектика) и мласіабильньїх (цементит, ледсбу рит) фаз при кристаллизации ЧШГ;
соотношение вынужденных центров кристаллизации раїличньїх фаз при их конкурентном зарождении и совместном росте в процессе затвердевания;
» влияние сфероид»зирующего и ірафиппируюшего модификаторов на параметры зарождения каждой in зарождающихся фаз;
микроморфологию образующихся сіруктурньїх сосіанляюших чуіуна.
растущих в условиях локальной (марі зшалмюй) устойчивости.
Для достижения адекватности численной модели разработка методика информационною обеспечения на основе автомат іиронаїніоГі процедуры симплексною поиска оптимального набора исходных данных в мноюмерном пространстве искомых факторов с возможностью задания набора двусторонних ограничений на ряд факторов и выходных параметров модели. Использование методики позволило установить или уточнить ряд неизвестных параметров численной модели.
Для оперативною компьютерною контроля состояния расплава чугуна с экспрессным проїпотом структуры ЧШГ в отливке ратрабогапа методика автоматшрованноїо анализа и количественною определения параметров термических кривых, сформулированы рациональные наборы наиболее эффективных предикторов структуры ЧШГ. использованных для построения протнотной лпатраммы. и нахождения неизвестных пгфаметров кристаллизации чуіуна.
Разработанное программное обеспечение поівшіяст осуществить численный анализ процесса кристаллизации ЧШГ. с адаптацией модели к объекту изучения (состав чуіуна, условия ею выплавки и'ковшевой обработки, тип модификатора л ею количество и т.д.), а также формирование баз данных по теплофиэическим и кристаллизационным параметрам чугунов различного состава и условии получения.
ПРЛКТИЧГСКЛЯ ЧПЛЧИМОСТЬ. В результате выполненной работы:
«разработано программное обеспечение для численного моделирования процессов формирования структуры ЧШГ. обеспечивающее вошожноеть про! позирования степени графитизпцин чугуна при первичной кристаллизации и изыскания условий предупреждения отбела в отливках на этапе проектирования технологии и её корректировки для устранения брака по о і белу;
разработано методическое и программное обеспечение для компьютерного термического анализа состояния расплава чугуна и экспрессного прогноза структуры ЧШГ в отливке;
разработана методика и программное обеспечение для автоматизированного определения теплофиэичеекнх и крнсзаллтационных параметров чугуна, необходимых для численною моделирования процессов затвердевания и сі руктурообразованпя в отливках из ЧШГ. .
Созданное программное обеспечение является оригинальным и образует модуль "Кристаллизация" интегрированной САПР литейной технологии "". эксплуатируется на ПЭВМ типа fiiM РС486 (2Мб ОЗУ. 5Мб жесткий диск, цветной монитор), оснащено дружественным пользовательским интерфейсом с представлением результатов в наглядной форме и
присніировано на применение технолоіами-лигеніциками мли ннженерами-исслсловаїслями.