Введение к работе
з
Актуальность темы. Получение качественных крупных слитков представляет собой весьма сложную проблему, над решением которой работают многие научно-исследовательские организации и производственные предприятия как в России, так и за рубежом.
Качество слитка определяется его внутренним строением и зависит, прежде всего, от размеров и степени развития физической и химической неоднородности. Требования, предъявляемые к слитку технологами, заключаются в минимальном развитии указанных дефектов и обеспечении плотной осевой зоны слитка, что особенно важно при производстве сплошных поковок.
Проблемой получения качественных кузнечных слитков занимались и занимаются в настоящее время ряд российских и иностранных ученых - Н . И. Хворинов, В А. Ефимов, С.Я. Скобло, ЕА Казачков, B.C. Дуб. СИ. Жульев и многие другие. При производстве поковок из крупных слитков характерны большие потери метала, вызываемые в основном физической неоднородностью.
Крупные кованые изделия находят широкое применение в тяжелой энергетической и химической отраслях промышленности, а также в судостроении. Особенно остро стоит задача повышения качества крупных заготовок для изделий ответственного назначения - роторов турбо- и парогенераторов, промышленных и судовых валов, штамповых кубиков, плит.
Анализ литературных и практических данных показал наличие в поковках и готовых изделиях тяжёлого машиностроения и др. наследуемых от слитка дефектов. При своём развитии они приводят к отбраковке готового изделия, что связано с большими потерями, особенно при изготовлении крупных ответственных деталей. Наиболее распространёнными дефектами готовых изделий являются несплошности в осевой зоне, выявляемые ультразвуковым контролем.
В связи с этим актуально комплексное углубленное исследование структуры и дефектов осевой зоны кузнечных слитков, а также оптимизация параметров слитка с целью устранения таких неоднородностей в сплошных изделиях ответственного назначения.
Диссертационная работа выполнена в рамках фанта по фундаментальным исследованиям в области технических наук 6/30-01 «Исследование неоднородности металла крупных слитков и ответствен н ых п о ко во к» (2000 -2001 гг.) Министерства
образования РФ. і ^ос национальная /
6НБЛИОТЕКА |
Цель работы: обеспечение бездефектного производства уникальных по габаритам и качеству изделий ответственного назначения и повышение выхода годного металла в поковку на основе выявления характера и природы дефектов кристаллической структуры металла осевой зоны крупных кузнечных слитков, ответственных за отбраковку сплошных поковок, а также анализа факторов, влияющих на их развитие и оптимизации геометрических параметров слитков.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Детально исследовано кристаллическое строение литого металла двух крупных кузнечных слитков конструкционной стали с обычной кюмпельной и вогнутой донной частью.
-
Уточнены механизм формирования осевой зоны в процессе кристаллизации крупного кузнечного слитка и причины возникновения осевых дефектов литой структуры, наследуемых изделием.
-
Оценено влияние отношения высоты тела слитка к его среднему диаметру (H/D ) тела слитка и геометрических параметров поддона на развитие дефектов осевой зоны и рассчитаны оптимальные величины параметров НДЭф слитков с кюмпельной частью и выпуклым поддоном, обеспечивающие устранение дефектов осевой зоны при производстве сплошных кованых изделий тяжёлого машиностроения.
Методы исследования. Экспериментальная часть работы выполнена с применением методов оптической микроскопии OLYMPUS ВХ21, NEOFOT NU2/E, твердомеров, а также разработанных новых оригинальных методик с использованием компьютерных программ - определения плотности кристаллической структуры и моделирования процесса кристаллизации слитка.
Научная новизна:
S В слитках массой 22,5 и 24,2 тонны впервые выявлена ранее неизвестная зона мелких различно ориентированных дендритов, представляющая собой полый конус протяжённостью около 2/3 от высоты тела слитка и имеющая средний размер дендритов5-7мм.
S Обнаружена и исследована дефектная область дугообразных трещин, рас полагающаяся в зоне мелких различно ориентированных дендритов и обрамляющая вершину конуса осаждения. Показано, что трещины образуются под действием усадочных напряжений при кристаллизации в присутствии жидкой фазы.
S Установлено, что замена обычного поддона на выпуклый позволяет заметно сократить дефекты усадочного характера, а при H/Dcp - 1,6 устранить их, гарантировав отсутствие внутренних трещин в слитке и повысив выход годного метала в по-
ковку. В обычном же слитке осевые дефекты устраняются лишь при H/Dcp = 1,5 и ниже.
Практическая ценность.
На основе проведённых исследований уточнён механизм формирования дефектов усадочного характера и разработаны мероприятия, направленные на устранение дугообразных трещин путём уплотнения металла осевой зоны слитка за счёт облегчения условий её подпитки в результате сокращения протяжённости осевой твёрдо-жидкой зоны. Использование слитка с вогнутой донной частью позволило существенно сократить развитие осевой рыхлости и дугообразных трещин. Математическим моделированием определены параметры слитков, обеспечивающие оптимальные условия для уплотнения металла осевой зоны. Результаты оптимизации были реализованы на практике отливкой промышленных слитков. Готовые роторы и валы сплошного сечения, изготовленные из этих слитков, прошли сдаточный контроль без замечаний.
Внедрение слитков с вогнутой донной частью на ФГУП ПО «Баррикады» (г. Волгоград) дало экономический эффект 569,520 тыс. руб. (доля автора составила 20%) за счёт устранения брака, снижения донной обрези на 3-4% и повышения выхода годного металла в поковку на 1,54-1,6%.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4х международных конференциях (Москва, 2001 г., Донецк, 2001 г., Волгоград, 2002 г., Темиртау, 2003 г.), российской конференции (Москва, 2002 г.), а также на научно-технических конференциях ВолгГТУ (2000-2004 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в центральных рецензируемых отечественных и зарубежных журналах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложения, содержит 147 страниц машинописного текста, 64 рисунка, 15 таблиц и списоклитературы из 103 наименований.
