Содержание к диссертации
Введение
1 Методы получения мелкосортовых заготовок. обзор литературы 8
1.1 Анализ методов получения непрерывно-литых заготовок из цветных сплавов 8
1.2 Анализ методов дозировки и подачи расплава в зону затвердевания при непрерывной разливке 28
1.3 Свойства медно-фосфорных припоев 40
1.4 Стандартные методы изготовления припоев из медно-фосфорных сплавов 46
1.5 Особенности затвердевания эвтектических и узкоинтервальных сплавов 52
1.6 Выводы и постановка задач исследования 56
2 Изучение физических и технологических свойств исследуемых сплавов, а также особенностей донной разливки 59
2.1 Оборудование, приборы и методика проведения экспериментов 59
2.1.1 Приготовление сплавов 59
2.1.2 Дифференциально-термический анализ исследуемых сплавов 60
2.1.3 Определение химического состава исследуемых сплавов 62
2.1.4 Определение жидкотекучести исследуемых сплавов 62
2.1.5 Определение динамической вязкости исследуемых расплавов 64
2.1.6 Определение величины потери напора в канале литника разливочного узла 65
2.1.7 Подготовка установки ЭМИР-2 к проведению экспериментов 68
2.2 Обсуждение результатов исследования 71
2.2.1 Физические и технологические свойства исследуемых сплавов 71
2.2.2 Определение потерь напора в разливочном узле 73
2.3 Выводы по главе 80
3 Управление процессами затвердевания и охлаждения заготовки в подвижном желобе кристаллизатора 82
3.1 Оборудование, приборы и методика проведения экспериментов 82
3.1.1 Параметры процесса непрерывного литья 82
3.1.2 Методика проведения металлографического анализа заготовок 83
3.2 Обсуждение результатов исследования 84
3.2.1 Особенности формообразования заготовок из сплавов обладающих широким интервалом кристаллизации 84
3.2.2 Особенности формообразования заготовок из сплавов обладающих узким интервалом кристаллизации 96
3.3 Выводы по главе 103
4 Основные принципы разработки технологии для промышленного выпуска мелкосортовых заготовок из медно-фосфорных сплавов 105
4.1 Исследование теплового режима работы кристаллизатора
4.1.1 Оптимальные тепловые режимы работы кристаллизатора
4.1.2 Обоснование выбора материала кристаллизатора и его диаметра
4.2 Выбор оптимальных диаметров выходных отверстий литника разливочного узла
4.3 Выбор оптимальных скоростей вращения кристаллизатора
4.4 Выбор оптимальных режимов охлаждения заготовок
4.5 Основной вид дефекта на заготовках при непрерывном литье
4.6 Технологическая схема для промышленного выпуска мелкосортовых заготовок из медно- фосфорных сплавов
4.7 Выводы по главе
Выводы 131
Список использованных источников 133
Приложения 139
- Анализ методов дозировки и подачи расплава в зону затвердевания при непрерывной разливке
- Дифференциально-термический анализ исследуемых сплавов
- Параметры процесса непрерывного литья
- Оптимальные тепловые режимы работы кристаллизатора
Введение к работе
Растущая потребность в производстве мерных прутков малого сечения диаметром до 6 мм из медно-фосфорных сплавов для высокотемпературной пайки меди и сплавов на ее основе определяет необходимость в поиске рентабельных высокопроизводительных способов изготовления такой продукции. В связи с тем что, в составе эвтектики сплавов системы медь-фосфор присутствует большое количество хрупкого фосфида меди (до 40% объемн.), данные сплавы являются труднод сформируемыми. К пруткам из медно-фосфорных сплавов, предназначенных для высокотемпературной пайки, предъявляется ряд требований. Кроме равномерности сечения и прямолинейной формы данные заготовки должны обладать чистой не окисленной поверхностью. Сечение заготовок необязательно должно быть круглой формы.
Существующие методы получения мелкосортовых заготовок диаметром 3-6 мм из труднодеформируемых сплавов методом обработки давлением, отличаются многостадийно стью, низким выходом годного, который составляет для сплавов данной группы 40-50%, вследствие значительного возврата металла на стадии подготовки слитка к деформации и во время многостадийного процесса деформации. Кроме того, стоимость заготовок увеличивается с уменьшением сечения, а после деформирования добавляется поверхностная обработка заготовок, которая удаляет окислы, образовавшиеся во время горячей обработки давлением. Поэтому традиционные методы получения труднодеформируемых материалов в виде заготовок малого сечения проигрывают методам непрерывного литья по производительности и энергоемкости процесса. Кроме того бинарные припои системы медь-фосфор близкие к точке эвтектического превращения (ПМФ9) в России вообще не получают обработкой давлением, а льют в кокиль, получая заготовки диаметром от 10 мм.
Однако существующие методы непрерывного литья заготовок сечением до 30 мм обладают низкой производительностью, составляющей не более 1-2 кг/час, что делает данные методы нерентабельными. Другие специальные и традиционные
методы непрерывного литья позволяют изготавливать заготовки сечением от 200 мм2, что определяет необходимость в дальнейшей обработке давлением для получения более мелкого сортамента.
Одним из путей перспективного решения этой проблемы является разливка в желоб подвижного кристаллизатора, где заготовка перемещается вместе с кристаллизатором, и производительность литья зависит только от интенсивности отвода тепла. Метод непрерывной разливки мелкосортовых заготовок в желоб непрерывно вращающегося кристаллизатора создает возможность получения прутков припоя малого сечения (приведенный диаметр 3-6 мм) трапециевидной формы непосредственно из жидкого расплава, с высоким выходом годного и производительностью до 250 кг/час.
Для применения данного метода в процессах получения мелкосортовой непрерывной заготовки требуется решить ряд теоретических и технологических задач, которые связаны со стабильностью процесса во времени, необходимостью управлением процессами точной дозировки и транспортировки расплава в зону разливки, управлением процессами формообразования и затвердевания продукции в условиях разливки сплавов с различными литейными свойствами, с целью получения прямолинейных заготовок равномерного сечения, без дефектов, с заданным уровнем механических свойств на выходе из кристаллизатора. В этом аспекте, вследствие малых сечений литых заготовок, большое значение имеет изучение и оценка процессов капиллярного движения струи расплава в канале разливочного узла, которая позволит управлять не только точностью дозирования, но и производительностью процесса.
Процесс формообразования продукции определяется не только составом сплава и его литейными и физическими свойствами, но также оптимальным расположением зоны разливки на криволинейной поверхности кристаллизатора. Для получения однородной продукции с заданной формой необходимо изучить закономерности формообразования кристаллизующейся заготовки вблизи зоны разливки, которые заключаются в исследовании непрерывных потоков жидкого металла на свободной поверхности затвердевающей заготовки в подвижном желобе
кристаллизатора. Для обеспечения непрерывности схода заготовки с кристаллизатора и создания условий для управления механическими свойствами заготовки на выходе из кристаллизатора необходимо произвести расчет оптимальных температурных режимов кристаллизатора в зависимости от скорости литья, состава сплава и сечения заготовки.
Решение перечисленных задач позволит прогнозировать и управлять процессом непрерывного литья мелкосортовых заготовок с заданной формой и свойствами. За счет достижения высоких скоростей охлаждения это позволяет создать мелкокристаллическую микроструктуру сплава, обеспечивая тем самым высокие свойства получаемого материала.
В данной работе исследовался процесс литья мелкосортовых заготовок в подвижный желоб вращающегося диска кристаллизатора, применительно к медно-фосфорным труднодеформируемым сплавам, которые являются припоями для высокотемпературной пайки меди и сплавов на ее основе. Изучены особенности теплового режима работы кристаллизатора. Изучены процессы кристаллизации заготовки в условиях ограниченного объема и металлостатического давления. Исследованы процессы дозировки и транспортировки расплава в зону кристаллизации. Была предложена технологическая схема литья мелкосортовых заготовок, и определены оптимальные технологические режимы и параметры литья. Были описаны механизмы возникновения дефектов при литье и методы их устранения, а также сформулированы условия выбора оптимальной температуры заготовки для последующей ее обработки давлением и резкой. Исследования проводились на разработанной в рамках работы установке непрерывного литья «ЭМИР-2».
Работа выполнена в Московском Государственном Институте Стали и Сплавов (технологическом университете) на кафедре «Технологии литейных процессов».
Анализ методов дозировки и подачи расплава в зону затвердевания при непрерывной разливке
При непрерывном литье заготовок малых сечений необходимо достаточно точно регулировать уровень расплава в разливочных узлах. Для поддержания уровня расплава в разливочных узлах в основном используются сифоны, распределительные устройства и донная разливка. Реже используется перелив металла самотеком или при помощи насоса. Распределительные устройства и сифоны используются в основном при непрерывном литье цветных сплавав, где необходима бесструйная транспортировка расплавов с целью уменьшения их окисления. Регулирование подачи металла в кристаллизаторы осуществляют при помощи стопорно-поплавковых устройств, рисунок 13, Точность поддержания уровня зависит от объема переливных устройств, а также от точности используемых датчиков /42/. Рисунок LI - І ІЬддержанйе уровня расплава в кристаллизаторе при помогли стпорно-понлавковш устройств
При непрерывном способе питья любой вид подачи металла должен отвечать следующим условиям: - сохранение постоянства химического состава расплава на пути ею сшдошнщ и мщшмшшіше сор нис гфишзся&ш, а тшште минимальные теплоштери; - применение удобных и легкодоступных транспортирующих устройств, обеспечивающих свободный доступ к поверхности металла в кристаллизаторе и безопасность обслуживающего персонала; - строгое соответствие скорости поступления жидкого металла в кристаллизатор со скоростью вытягивания заготовки.
Перелив небольших мжс малоактивного металла осуществляют самотеком, &:? чащитных средств. Перелив металла из отражательных печей болы пой даестішоети и ші шгедьных лечей в миксер ирнн шщят сифоном изц щтегам, Иъ йилущйошіьіх печей при плавке в инертной атмосфере металл транспортируют но трубопроводу нрм избыточном давлении в пени,
Перелив металла самотоком основам на разностях уровней металла в миксере н крйстшшшторе. При зшшлненш кристаллизатора регулирование подачи мег&шш в него осуществляется изменением сечения отшарага, через которое додается р&енлаа Этот процесс осуществляется либо е помощью пики, которой пробивают летку, яибо подачей металла m носка печи при ее наклоне под рашьш углом, либо с применением стопорно-разливочнои системы. Из открытой летки металл поступает по желобу через распределительную воронку в кристаллизатор.
При переливе металла сифоном его предварительно просушивают циркулирующим внутри него горячим воздухом (200 - 250С). Наружную часть сифона, не соприкасающуюся с металлом, футеруют асбестовым полотном и обмазывают глиной или футеруют асбосиликатом, что уменьшает тепловые потери через открытую часть сифона. Перед переливом расплава циркуляцию горячего воздуха в сифоне прекращают; счищают шлак со стенок миксера, с поверхности металла и со дна миксера. После этого оба колена погружают в расплав, находящийся в печи и миксере. Во избежание попаданий флюса и шлаков со дна печи при литье легких сплавов, колено сифона не должно доходить до самого дна ванны. Затем медленно открывают вентиль воздухопровода и создают в сифоне небольшое разряжение, после чего также медленно открывают вентиль инжектора до рабочего разряжения в сифоне. Металл заполняет находящийся в печи колено и переливается в миксер. Когда перелив закончен, закрывают вентили воздухопровода и инжектора, вынимают из металла сифон и очищают его поверхность.
Более редкий способ перелива металла насосом используется чаще для низкотемпературных сплавов. Насосы бывают центробежные и электромагнитные. В электромагнитных насосах движущая сила возникает в результате взаимодействия магнитного поля и перекачиваемой электропроводной жидкости (металла). Для перелива расплавов используют три типа электромагнитных насосов; линейные, магнитодинамические и кондукционные, краткая характеристика которых представлена в таблице 2.
Объемный расход q через отверстие сечением /2 будет q=fivi. Однако опыт показывает, что струя, вытекающая из отверстия с достаточно острыми кромками, на выходе испытывает сжатие. Сжатие струи происходит из-за того, что при входе в отверстие направление движения большинства элементарных струек жидкости меняется. При подходе к отверстию струйки жидкости движутся под различными углами к вертикальному направлению (От 0 до 90). Войдя в отверстие, все струйки должны двигаться вертикально.
Благодаря силам инерции струйки не сразу принимают это направление. В результате струя отрывается от кромок отверстия по всему периметру, и ее диаметр оказывается меньше, чем у отверстия. Сжатия струи не происходит, если кромки отверстия очень гладкие и закруглены по радиусу, равному 0,3...0,5 диаметра отверстия- Таким образом, действительная площадь поперечного сечения струи на выходе из отверстия с острыми кромками /д-є/2 (-0,62...0,64 - коэффициент сжатия).
Дифференциально-термический анализ исследуемых сплавов
Дифференциально-термический анализ основан на процессе выделения скрытой теплоты кристаллизации при затвердевании расплава в момент начала и конца фазовых превращений, который можно зафиксировать на термоіраммах сплава. Дифференциально-термический анализ обладает большей точностью по сравнению с прямым термическим анализом.
Измерительная ячейка состоит из тигля 3 с исследуемым расплавом 45 тигля 11 с эталоном 10 и батареи из дифференциальных термопар и прямой термопары, помещенных в алундовые соломки 7. Измерение разности температур между эталоном и образцом осуществляется с помощью батареи из десяти последовательно включенных термопар ВР 5/20. Термоизоляционные экраны 6 и крышка 2 предусмотрены для равенства условий теплоотвода от образца и эталона.
Эталоном служил алунд (АЬОз), так как этот материал не претерпевает превращений в исследуемом интервале температур, а его теплоемкость равна теплоемкости образца, что позволило уменьшить разность температур между эталоном и образцом.
Регистрация сигналов прямой и дифференциальной термопар осуществлялась на двухкоординатном потенциометре ПДП-002, который записывал термограммы в координатах: температура (ось X) - разность температур (ось Y), рисунок 19, 1- прямая термопара; 2 - блок термопар для определения разности температур между образцом и эталоном; 3 - двухкоординатный потенциометр; 4 - переносной потенциометр ПП - 63. Рисунок 19 - Электрическая схема высокочувствительной дифференциально-термической ячейки Характер выделения твердой фазы определялся дифференциальной кривой, описывающей образование структуры исследуемых сплавов.
Отбор и подготовку проб к химическому анализу проводили в соответствии с ГОСТ 24231-80/69/. От исследуемого сплава отбиралась проба, и заливалась в плоскую стальную изложницу. От полученного слитка отбиралась точечная проба, фрезеровкой посередине и на равных расстояниях от середины - примерно на расстоянии ]А длины слитка, глубиной 1/3 толщины слитка. Полученная проба в виде стружек и опилок тщательно перемешивалась. Определение содержания компонентов в исследуемых сплавах проводилось по ГОСТ 6674.1 -74/70/ гравиметрическим методом.
Изменение температуры ликвидус исследуемых сплавов в значительной степени зависит от содержания в них фосфора. На участке диаграммы медь-фосфор изменение содержания фосфора с 7 до 8 масс.% обуславливает падение температуры ликвидус более чем на 100 С, что приводит к резкому снижению интервала кристаллизации исследуемых сплавов, который обуславливает характер затвердевания сплавов. Поэтому при незначительном изменении содержания фосфора в исследуемых сплавах может произойти заметное изменение их жидкотекучести, которая значительно влияет на характер формообразования непрерывно-литых заготовок,
Жидкотекучесть исследуемых сплавов определялась по спиральной технологической пробе. Модель этой пробы соответствует ГОСТ 16438-70. Заливка производилась в песчано-глинистую форму. Спиральный канал имеет трапециевидное сечение. При заливке форма устанавливалась строго горизонтально по уровню. В нижней полуформе располагаются спиральные каналы проб и металл опри емник, в верхней - литниковая чаша и стояк- Для обеспечения одинакового металлостатического напора стояк предварительно перекрывался пробкой, которую удаляли после наполнения чаши металлом /58/.
Для обеспечения одинаковых условий заливки исследуемые расплавы заливались в форму с одинаковым перегревом над температурой ликвидус, который составил 100 С. Значения температур ликвидус исследуемых сплавов были получены в ходе дифференциально-термического анализа.
Значения жидкотекучести исследуемых сплавов определялись по длине спирали, на которой через каждые 50 мм выполняются углубления. Модель для получения спиральной пробы на жидкотекучесть представлена на рисунке 20.
Для проведения эксперимента было взято по 6,5 кг каждого сплава и залито по 3 спиральные пробы. 2.1.5 Определение динамической вязкости исследуемых расплавов
Так как в справочных изданиях отсутствуют данные о вязкости медно-фосфорных расплавов, необходимые для расчетов гидродинамических процессов в разливочной втулке, проводилось экспериментальное определение вязкости данных расплавов.
Для определения величины динамической вязкости исследуемых сплавов был выбран стационарный метод падающего шара/63/. В связи с тем, что возникает сложность, вследствие непрозрачности жидких металлов, определения момента опускания шара на дно, было предложено использовать шар с незначительно меньшей плотностью, чем у исследуемых расплавов, и фиксировать момент всплытия шара. Шар опускался на дно граффито-шамотного тигля с известным уровнем расплава при помощи специального захвата из коррозионно-стойкой стали.
Параметры процесса непрерывного литья
Приготовление расплавов велось в соответствии с пунктом 2.1.1. Перелив расплава из плавильной печи в разливочный узел производился при помощи ручного стального черпака. Во время процесса литья литник обогревался при помощи газовоздушной горелки №2, расположенной на расстоянии 50 мм от него при давлении газа 1,5 атм. (газ пропан-бутан).
При проведении экспериментов по непрерывной разливке мелкосортовых заготовок из медно-фосфорных сплавов фиксировались следующие параметры; - температура расплава в разливочном узле (на расстоянии 20 мм от дна тигля), температура поверхности движущегося желоба (на горизонтальной оси диска), температура сходящей заготовки (на 300 мм от поверхности кристаллизатора) и температура обратного стока ( в его крайней точке на глубине 2-3 мм) при помощи хромель-алюмелевых термопар диаметром 1 мм и измерителя 2ТРМ10 фирмы «ОВЕН»; - длина обратного стока расплава в желобе, в зависимости от уровня расплава и скорости вращения кристаллизатора» при помощи проградуированной шкалы, установленной неподвижно рядом с зоной разливки; - расстояние на которое производилось смещение литника от верхней точки кристаллизатора, при разливке сплава ПМФ9 с приведенным диаметром 6 мм; - расход воды, охлаждающей кристаллизатор, при помощи счетчика крыльчатого электронного горячей воды марки КЭСГВ-15В, соответствующего требованию ГОСТ Р50601.
Изучение макро- и микроструктуры непрерывно-литых заготовок проводилось как на поперечных, так и продольных сечениях. Приготовление образцов для метатлографического анализа сплавов ПМФ9, ПМФ7 и П14 состоит в грубой шлифовке, тонкой шлифовке и полировке. Грубая и тонкая шлифовка производится последовательно на двух крупнозернистых и двух мелкозернистых шлифовальных шкурках. Полировка производится на специальном полировальном станке, диск которого обтянут сукном, при частоте вращения 400 - 600 об/мин. Полировать следует на водной суспензии окисла хрома до полного исчезновения рисок.
За параметр оценки влияния скорости охлаждения на измельчение микроструктуры сплавов был принят средний размер дендритной ячейки. Размер дендритной ячейки оценивался количественным анализом с помощью оптического микроскопа «ЕС МЕТАМ РВ-23».
Отличительная черта процесса разливки заключается в том, что разливочный литник является не просто частью дозирующей системы, а играет основную роль в формировании заготовки. Литник неподвижен относительно кристаллизатора, и между формообразующей донной частью литника и движущимся желобом создается ограниченный объем, в котором первичная кристаллизация заготовки происходит с даачением в результате гидростатического напора жидкого расплава. Возникновение давления в зоне разливки способствует формированию непрерывного обратного стока расплава, противоположного направлению вращения кристаллизатора, рисунок 29. Существование непрерывного обратного стока с обратной стороны зоны разливки можно объяснить непрерывной циркуляцией в нем потоков расплава.
Независимо от сечения заготовки и длины обратного стока температура в его крайней точке, имеющей сферическую форму, равна 800 - 810 С, что соответствует температуре ликвидус сплава П14. Полученные данные позволяют предположить, что при постоянных внешних условиях (скорость вращения кристаллизатора, интенсивность отвода тепла, уровень расплава в разливочном узле) длина обратного стока зависит от температуры перегрева расплава. При охлаждении потока расплава в обратном стоке до температуры близкой к температуре ликвидус сплава течение прекращается, вследствие увеличения вязкости сплава при выпадении первичной твердой фазы. Рисунок 29 - Формирование непрерывного обратного стока в условиях разливки сплавов с широкой двухфазной областью
На рисунке 30 представлена экспериментальная зависимость длины обратного стока от скорости вращения кристаллизатора для различных сечений заготовок из сплава П14. Длина обратного стока зависит от интенсивности теплоотвода, давления в зоне разливки (уровня расплава в разливочном тигле), сечения заготовки и физических свойств самого сплава. 25 35
Как видно с увеличением скорости вращения кристаллизатора длина обратного стока уменьшается (увеличение скорости вращения кристаллизатора компенсируется подъемом уровня металла в разливочном узле с целью получения заготовок одинакового сечения). Такое уменьшение дины обратного стока можно объяснить более интенсивным теплоотводом, вследствие увеличения скорости вращения кристаллизатора.
На участке от литника до зоны 2 (рис. 29) еще достаточно жидкий расплав движется в направлении вращения кристаллизатора внутри желоба (несмотря на то, что в нем уже присутствует некоторая часть твердой фазы). Затем от зоны 2 до обкатной ленты происходит подъем затвердевающей заготовки над поверхностью кристаллизатора. Такое увеличение сечения заготовки можно объяснить резким ростом вязкости сплава, в котором формирование дендритного каркаса способствует скачкообразному падению текучести сплава внутри желоба. Другими словами на этом участке, вследствие образования прочного дендритного каркаса, заготовка ведет себя как твердое тело.
Формирование облоя в виде шшлывов но заготовке из сплава Ш 4 приведенным диаметром 6 мм При шжуссшенноїй нерекрьшаши жагтоба и обратной стороны ЛЙШИКЙ во время процесса непрерывной разливки заготовок го сплава Ш4; исключая возможность формирования обратного стока, на поверхности заготовок появляется облой в виде наплывов. Формирование такого облоя происходит в результате стенания капелі т жггіердевшаго расплава на наклонной щжервдоші іфисшілюйтора перед обкатной лентой, рисунок 32,
Одной из главных причин такого стекания является перегрев потока расплава, заполняющего профильный желоб на поверхности вращающегося кристаллизатора. Наличие обратного стока позволяет снять температуру перегрева в непрерывном потоке расплава, что приводит к равномерному формообразованию заготовок на криволинейном участке кристаллизатора. Заливка расплава без перегрева в разливочный узел недопустима, так как возможно переохлаждение расплава и его кристаллизация в канале разливочного литника, что приведет к остановке процесса литья.
Второй причиной, вызвавшей образование облоя, может явиться неточность поддержания уровня расплава в разливочном узле, вследствие отсутствия непрерывного обратного стока. Обратный сток как демпфер реагирует на неточности дозировки расплава в разливочном узле, изменяя свою длину при изменении уровня расплава, тем самым, сглаживая эти неточности. При отсутствии обратного стока, некоторое увеличение уровня расплава в разливочном узле, может повлечь за собой попадание переизбытка расплава в профильный желоб, непрерывно вращающегося кристаллизатора.
Для изучения характера затвердевания заготовок в трапециевидном желобе кристаллизатора можно обратиться к анализу микро- и макроструктур заготовок. Анализ микроструктур непрерывно-литых заготовок из сплава П14 с приведенными диаметрами 3, 4 и 6 мм показывает, что, не смотря на увеличение сечения заготовки» средний размер дендритной ячейки ближе к центру и верхней части заготовки, контактирующей с обкатной лентой, уменьшается (приложение А), На рисунках 33 - 35 представлены гистограммы, отображающие изменение размера дендритной ячейки поперечного сечения заготовок из сплава П14 с приведенными диаметрами 3, 4 и 6 мм от их нижней части, контактирующей с кристаллизатором, до верхней части, контактирующей с обкатной лентой.
Оптимальные тепловые режимы работы кристаллизатора
Очевидно, что непрерывная разливка на вращающийся кристаллизатор, как вообще любой процесс непрерывного литья, подразумевает наличие стационарного теплового режима работы кристаллизатора. Для разных сплавов, отличающихся по своим свойствам, а также для различных сечений заготовок, необходимо подбирать оптимальные режима литья, которые включают в себя как выбор оптимальных скоростей вращения кристаллизатора, так и подбор оптимальных условий охлаждения заготовки. Создание оптимальных режимов литья позволяет получать заготовки непрерывно, без дефектов, а также влиять на их дальнейшую обработку, о чем будет изложено ниже. Поэтому важно оценить температуру поверхности кристаллизатора в процессе получения. Так как процесс изготовления непрерывных заготовок занимает довольно длительное время, необходимо разделить процессы распределения температуры в диске и на его поверхности на переходный, когда температура поверхности растет от комнатной до определенной величины, и на стационарный, когда происходят температурные колебания поверхности диска около некоторой постоянной величины, определяемой системой отвода тепла и охлаждения диска, а также его конструкцией и тепловым воздействием от расплава, а позднее кристаллизующейся заготовки.
Как видно выход на стационарный режим работы кристаллизатора, при литье заготовки приведенным диаметром 3 мм происходит через 3 минуты после начала процесса разливки.
Очевидно, что от материала кристаллизатора и его размера зависит (йодителїаіюсть процесса литы. Максимально шшожшш скорость процесса определяется шггеисимюстыо отшда тапяа от расплава. Многочисленные эжошримсн шльиые исследования свидетельствуют о том ч ш тешюпроводиость материала диска во многом определяет скорость охлаждения расплава /48, 49/. С этой точки зрения оптимальным материалом для изготовления диска-кристаллизатора является медь, имеющая после серебра наиболее высокую теплопроводность 397 Вт/м-К, в несколько раз превышающую теплопроводность других конструкционных материалов, из которых возможно изготовление дисков,
Однако необходимо учитывать взаимодействие расплава с поверхностью диска, его эрозионную стойкость к материалу расплава, способность выдерживать большое число термоциклов. Из-за высокой пластичности меди, ее способности к сильному износу диспергируемым материалом, при получении некоторых сплавов, имеющих высокую температуру плавления, а также сравнительно высокой стоимости кристаллизатора часто приходится заменять медь или на ее сплавы, или изготавливать диски из других материалов (например, стали), жертвуя скоростью охлаждения материала.
Для повышения стабильности процесса литья, а также снижения дефектов необходимо удаление окисных и шлаковых включений с поверхности желоба, проточенного на кристаллизаторе перед началом процесса. Традиционная подготовка желоба к работе заключается в шлифовке при помощи наждачной бумаги. Такая подготовка недопустима, когда в качестве материала дисков используются мягкие сплавы и металлы, обладающие высоким износом, такие как медь и ее сплавы, так как при многократной обработке геометрия желоба неизбежно будет меняться, а сечение увеличиваться.
Реальная поверхность диска представляет собой совокупность выступов и впадин микрорельефа. В процессе затвердевания и усадки при относительном давлении поверхности диска и частицы возможно возникновение значительных напряжений сжатия на отдельных выступах поверхности, что приводит к сильному увеличению адгезии, вплоть до контактного сваривания материалов. При использовании в качестве материала диска мягких сплавов и металлов наблюдается в таких случаях износ поверхности в результате отрыва выступов макро- и микронеровностей затвердевшим материалом.
На тепловой режим кристаллизатора сильно влияет толщина его стенки. Тонкостенный валок из-за малой аккумулирующей способности стенки под действием расплава очень быстро разогревается, а под действием охлаждающей жидкости очень быстро теряет свою температуру. В таком случае, процесс кристаллизации заготовки будет целиком определяться условиями внутреннего охлаждения кристаллизатора, что приведет к неустойчивому процессу литья, и созданию условий неравномерной кристаллизации заготовки.
