автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование слитков с захоложенной верхней частью и их использование для производства полых поковок

На правах рукописи

ШАМРЕЙ ВИКТОР АНАТОЛЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ СЛИТКОВ С ЗАХОЛОЖЕННОЙ ВЕРХНЕЙ ЧАСТЬЮ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛЫХ ПОКОВОК

Специальность 05 16 02 «Металлургия черных, цветных и редких металлов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□31762 14

Волгоград - 2007

003176214

Работа выполнена на кафедре Технология материалов Волгоградского государственного технического университета

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Жульев Сергей Иванович

Официальные оппоненты

доктор технических наук Куклев Александр Валентинович

кандидат технических наук Макарычева Елена Владимировна

Ведущее предприятие

ЗАО «Волгоградский Металлургический Завод «Красный октябрь»

Защита состоится " в " декабря 2007г в 4 'часов на заседании диссертационного совета Д 217 035 02 в Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им И П Бардина» по адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская ул , д 9/23 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИчермет им И П Бардина или на сайте www chermet net

Автореферат разослан " Zl " ок / 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 217 035 02 кт н

Т П Москвина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы Производство металлоемких изделий для энергетической, судостроительной, машиностроительной отраслей связано с получением поковок из крупных стальных слитков Проблемой повышения качества слитка занимались и занимаются ряд ученых Гуляев Б Б , Скобло С Я , Казачков Е А , Шмрга Л , Ефимов В А , Дуб В С , Сивков В Л , Жульев С И , Зюбан Н А и др

Наиболее часто используемые при этом кузнечные слитки ориентированы на получение плотной осевой зоны вследствие чего имеют значительную по относительному объему прибыльную часть достигающую 12-18% и отличаются между собой параметрами H/D и конусностью Такое строение слитка сильно ограничивает возможности получения низких величин головной обрези Машиностроительные предприятия, располагающие соответствующим парком литейной оснастки, позволяющей получать слитки развесом от 1 до 100т и выше, производят поковки самой широкой номенклатуры валы роторов, толстостенные трубы, кольца, обечайки, корпусные детали и др При этом до 80% из них являются полыми

При использовании только слитков традиционной формы с утепляющей прибыльной надставкой, обеспечивающей подпитку осевой зоны, не учитываются специфические особенности готовых изделий различной конфигурации Выбор слитка производится из ряда отливаемых на предприятии и определяется массой изделия и средней величиной выхода годного для поковок требуемой конфигурации Повысить эффективность производства полых изделий возможно путем изменения параметров исходного слитка

Наиболее перспективными в смысле обеспечения качественных характеристик металла изделий и достижения низких величин кузнечной обрези являются слитки с захоложенной верхней частью Для их отливки вместо классической утепляющей надставки используется тяжелая чугунная нгдставка-холодильник с относительным объемом порядка 4% Ее предназначение в том, чтобы компенсировать усадку затвердевающего металла до тех пор, пока фронты кристаллизации, движущиеся в горизонтальном направлении от боковых стенок изложницы, не сблизятся на достаточную величину, обеспечив тем самым получение в теле слитка глубокой и узкой усадочной раковины В тоже время у поверхности головной части слитка должен затвердеть слой металла достаточной толщины, чтобы его прочности хватило для надежной фиксации горячей заготовки захватом манипулятора при ковке

Металл осевой части тела слитка, со следами усадочной раковины, удаляется в ходе последующей ковки прошивкой или сверлением заготовки Слитки с захоложенной верхней частью характеризуются повышенной химической однородностью, что обеспечивает большую стабильность величин механических свойств металла готовых изделий по их длине и сечению

В связи с этим актуальна работа по оптимизации параметров слитков с захоложенной верхней частью, обеспечивающих экономию металла при производстве полых поковок наряду с одновременным повышением однородности показателей свойств металла изделий

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта Министерства промышленности, науки и технологии 6/354-03 «Разработка технологии производства металлургических заготовок повышенной однородности для изделий тяжелого машиностроения» (2003 г) по распоряжению №3 900/41-68 от 26 03 2003, а также при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований «Изучение фундаментальных закономерностей формирования дефектов при кристаллизации сверхкрупных металлических тел» (2007 г ) № проекта 07-08-0051 от 02 04 2007

Цель работы Увеличение выхода годного при производстве полых поковок и повышение стабильности механических свойств металла по длине и сечению полых машиностроительных изделий

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи

— проведен анализ структурных и ликвационных зон слитков с утепляющими прибыльными надставками и надставками-холодильниками для выбора наиболее эффективной литой заготовки для ковки полых изделий,

— выявлены значимые параметры и получена математическая зависимость, описывающая размеры усадочной раковины в слитках с захоложенной верхней частью,

— определены предельные относительные величины диаметра усадочной раковины и параметры ковки, обеспечивающие гарантированное удаление в отходы дефектного металла и возможность использования плотного металла верха тела слитка в поковку,

— исследованы качественные показатели металла полых изделий изготовленных из традиционных и предлагаемых слитков и проведен их сравнительный анализ

Методы исследования Экспериментальная часть работы выполнена с применением методов оптической микроскопии и использованием новых оригинальных методик и компьютерных систем - определения параметров дендритной структуры металла, моделирования процесса кристаллизации слитка Исследование химической неоднородности производилось на фотоэлектрической установке ARL 3460 Metals Analyzer Исследование механических свойств проводили на образцах отобранных в теле полых поковок, изготовленных из слитков отлитых в изложницы с утепляющими надставками и холодильниками Производилась оценка равномерности распределения механических свойств по концам поковок

Научная новизна

— Установлены закономерности влияния геометрических размеров и формы слитка на условия кристаллизации, формирование усадочных дефектов и протекание ликвационных процессов,

— Развиты научные представления в области разработки новых форм кузнечных слитков для полых поковок, обеспечивающих экономию металла и повышение однородности показателей механических свойств металла изделий,

— Установлены закономерности и выведены новые зависимости с помощью компьютерного моделирования процессов затвердевания слитков, определяющие степень развития физической неоднородности, что позволило локализовать усадочную раковину в узкой осевой зоне,

— Определены предельные относительные величины диаметра усадочной раковины, обеспечивающие гарантированное удаление дефектного металла при ковке полых изделий ответственного назначения из конструкционных марок сталей типа 38ХНЭМФА в отходы,

—■ Выявлены особенности тепловых процессов в головных частях слитков традиционной и новой формы, которые обуславливают в слитке с захоложенной верхней частью смещение области максимального скопления ликвирующих примесей (С, S, Р) в осевую зону, а также изменения условий кристаллизации, проявляющиеся в уменьшении размеров конуса осаждения

Практическая ценность Предложен, исследован и опробован в производстве новый специализированный для производства полых поковок слиток с захоложенной верхней частью Его форма позволяет локализовать усадочную раковину в узкой осевой зоне и снизить головную кузнечную обрезь на 7,5% При этом снижается ликвационная неоднородность в слитке, что повысило в 1,5-4,5 раза уровень стабильности механических свойств по длине полых кованых изделий

Внедрение на ФГУП ПО «Баррикады» (г Волгоград) слитков с захоложенной верхней частью позволило снизить отбраковку заготовок полых поковок по дефектам поверхности осевого канала, уменьшить количество термических переработок готовых изделий за счет повышения их химической однородности и повысить выход годного металла в поковку, что дало экономический эффект 1686,2 тыс рублей

Основные положения, выносимые на защиту

— результаты исследования и сравнительный анализ кристаллического строения и ликвационной неоднородности слитков, отлитых в изложницы с утепляющими прибыльными надставками и надставками холодильниками,

— результаты моделирования влияния геометрических и технологических параметров слитков на размеры усадочных дефектов и структурную неоднородность литых заготовок,

— результаты исследования влияния геометрии слитка на механические свойства металла готовых поковок

Апробация работы осуществлялась на 3-х международных конференциях (Самара 2004, 2005г, Магнитогорск 2005г), а также на ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2003-2006 гг )

Публикации По материалам диссертации опубликованы 23 печатные работы Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературных источников и приложений Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 27 таблиц Список использованных источников включает 124 наименования

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении изложены актуальность, структура работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов

В первой главе описаны основные закономерности формирования дефектов ликвационного и усадочного происхождения стального слитка Кроме того, проведен анализ номенклатуры кузнечных заготовок изготавливаемых на машиностроительных предприятиях и рассмотрены основные типы слитков применяемых для производства полых поковок

Анализ литературных данных показал что, основной причиной отбраковки крупных поковок является неудовлетворительное качество металла исходного слитка

Российскими и зарубежными исследователями установлено, что кристаллизация стали всегда сопряжена с формированием физической и химической неодно-родностей Основными факторами, влияющими на большую или меньшую степень их развития, являются химический состав, определяющий интервал затвердевания стали, геометрические параметры слитка, температура его разливки и интенсивность охлаждения

Выделяют два вида ликвации - дендритную и зональную К зональной относят области положительной, отрицательной и шнуровой ликвации Химическая неоднородность, развивающаяся в слитках в процессе кристаллизации, наследуется поковками и снижает уровень и стабильность механических свойств металла Неоднородное распределение ликвирующих примесей в объеме слитка усложняет выбор температурного режима окончательной термической обработки готовых изделий С ростом массы слитка ликвационные дефекты увеличиваются

К дефектам стального слитка, обусловленным явлением усадки, можно отнести усадочную раковину и осевые трещины Последние подразделяются на дугообразные, У-образные и вертикальные

Усадочная раковина является дефектом, неизбежно сопро&эждающим кристаллизацию металла Ее стремятся полностью локализовать в прибыльной части слитка, в результате чего, относительный объем последней может достигать 18% и более, что снижает выход годного металла в поковку

Зона дугообразных трещин, впервые описанная в работах С И Жульева, располагается в нижней части осевой зоны слитка, занимая более 30% от его диаметра Опасность дугообразных трещин усиливается тремя обстоятельствами Они

располагаются между конусом осаждения и остальным металлом, причем соприкасающиеся области имеют различный химический состав Величина дендритных кристаллов в них отличается в 2 раза Сами трещины залечены легкоплавким маточным раствором, обогащенным примесями Трещины имеют сложное извилистое строение с прямолинейными участками, расположение которых часто параллельно приложенным при ковке усилиям, что снижает вероятность их закова

V-образные трещины и несплошности располагаются над зоной дугообразных трещин в постоянно сужающейся кверху рыхлой осевой зоне Поперечные размеры зоны V-образных трещин не превышают 15-17% относительно диаметра слитка

Вертикальные трещины наблюдаются в местах наибольшего скопления пор и несплошностей, располагаясь, как правило, непосредственно под усадочной раковиной и в центральных участках осевой зоны

Стальной слиток всегда имеет дефекты ликвационного и усадочного происхождения Если полностью устранить дефекты металла нельзя, то нужно управлять их расположением и развитием Необходимо добиться такого их расположения, чтобы при изготовлении изделия дефектные области удалялись вместе с обрезью в процессе ковки или при последующей механической обработке Этого можно достичь применением существующих типов слитков, а также разработкой новых, сочетающих в себе положительные характеристики уже имеющихся

Анализ номенклатуры металлургических заготовок и изделий, производимых машиностроительными предприятиями, показал, что 80% из них имеют сквозные или глубокие осевые отверстия

Основные типы слитков применяемых для производства полых поковок бесприбыльные, малоприбыльные и прибыльные с H/D = 0,8-1,5 (укороченные), H/D = 1,6-2,5 (нормальной длины) и H/D > 2,5 (удлиненные)

Полые поковки получают из слитков с прибыльными надставками, относительным объемом 12 % футерованных утепляющими материалами Такие слитки характеризуются низким выходом годного из-за значительной кузнечной обрези и большой разницей в показателях механических свойств металла по длине и сечению изделий вследствие ликвационной неоднородности

Наиболее экономичным для производства полых поковок является слиток с за-холоженной верхней частью, усадочная раковина в котором сконцентрирована вдоль оси и удаляется в отходы Он технологичен, характеризуется минимальной трудоемкостью при подготовке к разливке и имеет наименьшую головную обрезь Помимо этого слиток характеризуется повышенной химической однородностью, что положительно сказывается на свойствах готового изделия

Наиболее важным параметром усадочной раковины является ее поперечный размер, поскольку именно он определяет возможность применения данного слитка для изготовления изделия с осевым отверстием заданного диаметра

Варьируя параметрами слитка возможно управлять шириной усадочной раковины При этом в головной части должен сформироваться прочный металлический остов для надежного его удержания захватом манипулятора при ковке

Таким образом, слиток для изготовления полых поковок должен обладать повышенной структурной и химической однородностью, максимальной локализацией усадочных дефектов в осевой части и высоким выходом годного

Во второй главе приведены сведения о материале исследований, схема отбора проб металла из готовых изделий для испытаний механических свойств, а также методика исследования ликвации элементов и макроструктурных параметров металла слитков, с применением современной компьютерной техники По совокупности параметров (длина наибольших осей дендритов и угол их наклона к горизонтали) определяли границы структурных зон

Описана математическая модель КпэП использованная для моделирования процессов затвердевания слитков Приведена методика компьютерного моделирования дефектов усадочного происхождения в теле слитков с захоложенной верхней частью, с использованием которой был поставлен и реализован полный факторный эксперимент 28, методика проведения которого представлена здесь же

В третьей главе для сравнения приведены результаты исследований нормальных прибыльных слитков, их параметры приведены в таблице 1

Таблица 1 - Геометрические и технологические параметры традиционных слитков

ГПсл. т Марка стали НЮ ктс* % % Твыгъ °с ^гела. мин мин

1,7 38ХНЭМФА 1,99 6,1 18,3 1645 1,65 1,25

4,5 35 2,16 2,2 16,67 1665 2,70 1,30

24,2 38ХНЭМФА 2,15 4,0 18,00 1650 6,30 5,80

'-приведены значения конусности на обе стороны

Структурные зоны слитков, представлены на рисунке 1

Показано, что с увеличением массы слитка происходит увеличение структурной, физической и химической неоднородностей В слитке массой 24,2 т появляется зона мелких различно ориентированных дендритов, над конусом осаждения Помимо этого в этом слитке была выявлена зона дугообразных трещин, располагающаяся над конусом осаждения Эта область, с внешним диаметром 300 мм (32 % от диаметра слитка), занимает 2,3% площади тела слитка Прерывистые трещины обрамляют вершину конуса осаждения, их раскрытие достигает 4,9 мм, а максимальная протяженность отдельных фрагментов 21 мм

Результаты исследования кристаллической структуры характерных 304 слитков приведены в табл 2 |

Таблица 2 - Параметры кристаллической структуры традиционных слитков

Зоны

Параметр Столбчатые Крупные раз- Мелкие раз- Конус Осевая

кристаллы лично ориен- лично ориен- осажде- зона

тированные тированные ния

Слиток массой 4,5т

Размер кри- 40 60 8.4 9.9 3,4 5.7 3.8 7,4

сталлов, мм 49 9,1 5,1 5,7

Угол накло- 16 27 21 54 7 82 29 84

на, град 22 41,7 53,2 54

Спиток массой 24,2т

Размер кри- 15 90 6,5 14 4 8 4 6 4 15

сталлов мм 24 9,9 6,5 4,5 5,6

Угол накло- 18 26 37,5 56 53,5 71 55 68 30 75

на, град 24,3 43,8 61,43 61,57 50,5

В числителе приведен разброс максимальное минимальное значение в знаменателе - среднее значение

В нижней части слитков (в конусе осаждения) наблюдается зона отрицательной ликвации При переходе к верхним горизонтам слитков ликвация принимает положительные значения, достигая максимальных значений в подприбыльной области (рис 2)

Ширина считка мм 1 - корковая зона, 2 - зона столбчатых кристаллов, 3 - зона крупных различно ориентированных дендритов, 4 - конус осаждения зона, 5 - зона дугообразных трещин, 6 - зона мелких различно ориентированных дендритов, 7 - зона осевой рыхлости, 8 - усадочная раковина Рисунок 1 - Структурные зоны слитков обычной геометрии массой 4,5 и 24,2 т

О 014

Рисунок 2 - Распределение химических элементов по сечению слитка с утепляющей надставкой массой 1,7 т

Результаты расчета суммарной ликвации приведены в сводной таблице 5 из которых видно, что с увеличением массы слитка, происходит рост его химической неоднородности

Таким образом, выявлено повышение всех видов неоднородностей с увеличением массы слитка И если структурная и химическая неоднородности частично или полностью удаляются при последующих термических и кузнечных переделах, то физическая неоднородность может наследоваться поковками и приводить к отбраковке готовых изделий

В четвертой главе приведены результаты исследования усадочных дефектов, а также химической и структурной неоднородности слитка с захоложенной верхней частью стали 38ХНЭМФА массой 1,53 т отлитого в изложницу с надставкой холодильником параметры которого приведены в таблице 3

Таблица 3 - Геометрические и технологические параметры разливки слитка с захоложенной верхней частью

ГПсл, Т Марка стали НЮ ктс* % % Т"вЫП| °с Ннед! ММ "Стела 1 МИН Т„р, мин

1,53 38ХНЭМФА 1,99_ 6,1 4,00 1640 50 1,55 1,10

•-приведены значения конусности на обе стороны

Результаты исследования макроструктуры и идентифицированные структурные зоны представлены на рис 3 и в табл 4 В слитке с захоложенной верхней частью, вследствие преобладания последовательного механизма кристаллизации над объемным, конус осаждения развит незначительно

1200-

10002

I 800-

ь-н

о

ё боо-

о

га

400-

200"

0 -1

Ширина слитка, мм

1 - корковая зона, 2 - зона столбчатых кристаллов,3 - зона различно ориентированных ден-дритов, 4 -конус осаждения, 5 - зона осевой рыхлости, 6 - усадочная раковина, 7 - головная (захоложенная) часть слитка Рисунок 3 - Структурные зоны слитка с захоложенной верхней частью стали

38ХНЭМФА массой 1,53 т

Таблица 4 - Параметры кристаллической структуры слитка стали Э8ХНЗМФА массой 1,53 т

Структурные зоны

Параметр Столбчатые Различно ориен- Конус оса- Осевая

кристаллы тированные ждения зона

Размер кристаллов, 23 105 7,5 9,6 3,1 4,2 9.0 15,1

мм 42 8,6 3,6 12,5

Угол наклона, 6 23 19 79 26 71 27 90

град 14 57 62 53

Исследование ликвационной неоднородности показало, что в нижней части слитка отлитого с использованием надставки холодильника в конусе осаждения наблюдается пониженное содержание углерода, серы и фосфора степень ликвации которых составила (-3%[С], -14,3%[Б] -11,1%[Р]) На верхних горизонтах слитка ликвация элементов положительна +3% [С],+7,1%[5], 0%[Р] (рис 4, табл 5)

Необходимо отметить, что в данном слитке от периферии к центру распределение ликвирующих элементов более равномерно На среднем горизонте ближе к центру слитка содержание серы увеличивается, однако эта область удаляется при последующей прошивке или высверливается

Химическая неоднородность обычных слитков развита сильнее Это связано не только с образованием областей отрицательной и положительной объемной ликвации (соответственно в нижней и верхней частях прибыльных слитков), но и с зональной ликвацией проявляющейся в виде развитых шнуров внеосевой ликвации В слитке с захоложенной верхней частью, из-за меньшего развития ликвационных процессов, углерод, сера и фосфор распределены более равномерно

Рисунок 4 - Распределение углерода, серы и фосфора на различных горизонтах слитка с надставкой «холодильником» стали 38ХНЭМФА массой 1,53 т

В слитке с захоложенной верхней частью зона осевой рыхлости в 2 раза уже в диаметре и короче по высоте, чем в сравнительных Объясняется это меньшей протяженностью зоны затрудненного питания на заключительном этапе кристаллизации слитка и, следовательно, лучшей ее подпиткой жидким расплавом Вместе с тем при ускоренной кристаллизации ликвационные процессы менее развиты, что сокращает температурный интервал затвердевания и, как следствие, величину усадки

Таблица 5 - Химическая неоднородность слитков

Параметр 1,7 т слиток с утепляющей надставкой 4,5 т слиток с утепляющей надставкой 24,2 т слиток с утепляющей надставкой 1,53 т слиток с надставкой-холодильником

Положительная ликвация (%) - углерода - серы - фосфора +10,8 +18,8 +18,0 +12,2 +19,6 +17,6 +23,7 +30,0 +43,0 +3,0 +7,1 0

Отрицательная ликвация (%) - углерода - серы - фосфора -8,1 -6,3 -9,1 -14,6 -26,6 -29,4 -21,1 -30,0 -50,0 -3,0 -14,3 -11,1

Суммарная ликвация (%) - углерода - серы - фосфора 18,9 25,1 27,1 26,8 46,2 47,0 44,8 60,0 93,0 6,0 21,4 11,1

Надставка-холодильник обеспечивает узкую усадочную полость в теле слитка Такой характер расположения усадочной раковины позволяет легко удалить дефектные участки в отходы при производстве полых изделий

Таким образом, наиболее перспективным с точки зрения обеспечения необходимых качественных характеристик готовых полых изделий (колец, обечаек, труб) является слиток с захоложенной верхней частью, отливаемый в изложницу с надставкой холодильником Его преимущества повышенная структурная и химическая однородность, а также рациональная форма усадочной раковины, обеспечивающая высокий выход годного металла в изделие

В пятой главе исследовались закономерности формирования усадочной раковины и структурных зон слитка с захоложенной верхней частью Оценено влияние величины перегрева расплава над температурой ликвидус (ДТ), отношения массы металла головной части к массе надставки-холодильника (m/M), относительного объема головной части (Vnp), а также соотношение величин внутренних диаметров надставки и изложницы в месте их сочленения (d/D), параметра H/D слитков, конусности изложниц и надставок (К«л и Кпр), массы слитков (Мсп) Определяющим

фактором при оценке являлся относительный диаметр усадочной раковины в теле слитка

Установлен характер влияния основных геометрических и технологических параметров на степень развития структурных зон и усадочной раковины в теле слитка с захоложенной верхней частью (рис 5, 6)

3 4 6 и 45 90 135

H/D Мгп, т

Рисунок 6 -Изменение ширины усадочной раковины в слитке с захоложенной верхней частью от различных параметров

AT Кизл H/D Мсл

0 корковая зона: ■ конус осаждения;

п столбчатые кристаллы; В осевая рыхлость;

□ крупные различно ориентированные кристаллы; Я усадочная раковина;

Рисунок 7 -Влияние перегрева расплава, конусности изложницы, H/D и массы слитка на долю занимаемую структурными зонами от площади продольного сечения

Для гарантированного удаления осевой зоны в процессе получения готового изделия необходимо прогнозировать размеры усадочной раковины в теле исходного слитка.

С целью построения математической модели вида;

Dyp%=f(AT; m/M; Vnp; Кпр; d/D; Кизл; H/D; Мсл) (1)

где Dyp/o - относительный диаметр усадочной раковины б теле слитка, %;

ДТ- перегрев расплава над температурой ликвидус, °С;

т/М- отношение массы металла прибыльной части к массе холо-

дильника, %;

Vnp- относительный объем прибыльной части, %;

Кпр - конусность прибыли (на обе стороны), %;

d/D- Соотношение внутренних диаметров надставки и изложницы в

месте их сочленения, %;

Кизл ~~ конусность изложницы (на обе стороны), %;

H/D- отношение высоты тела слитка к его среднему приведённому

диаметру;

мсл- масса слитка, т.

С использованием методов математического планирования эксперимента была разработана и реализована матрица полного факторного эксперимента 28. На основе результатов которого было получено следующее уравнение регрессии:

Оур%=64,95 + 0,014-ДТ -0,131-т/М+5,89Л/Пр +0,245-Кпр- 0,579-сШ- 12,133-КИЗЛ -

-19,063 Н/0 + 0,008-Мсл + 0,024 т/М Н/0 - 0,069-УпрсШ + 0,868-Упр'КИЗл -

-0,663Л/пр-Н/0 -0,057-К„Р-Н/0 +0,211 с№ КИзл +0,313^Ю-НЮ + 0,559 КИЗЛ Н/0--0,017Л/пр-сШМ<и,л + +0,054 У„р-Кизл Н/0 - 0,013-с1/0-КЮл НЮ (2)

Подставив значения параметров реального слитка рассчитывается максимальный диаметр усадочной раковины в его теле, что дает возможность заранее определить возможность использования слитка для изготовления конкретного изделия.

Результаты анализа полученной модели представлены в виде гистограммы на рисунке 8.

5 а а 50

Ех^^ХХ^Х

§ О а

>

светлая штриховка соответствует положительным значениям коэффициентов, тёмная штриховка - отрицательным

Рисунок 8 - Совокупное и отдельное влияние факторов на относительный диаметр усадочной раковины в теле слитка с захоложенной верхней частью

Известно, что степень развития ликвационных дефектов стального слитка в значительной степени зависит от продолжительности его затвердевания. Особенно остро проблема стоит для слитков большой массы.

Замена утепляющей надставки холодильником способствует сокращению общего времени затвердевания из-за ускоренной кристаллизации верхней части слитка. На рисунке 9 представлены результаты моделирования процесса кристаллизации двух слитков: массой 3,18 т с футерованной прибыльной надставкой и массой 2,93 т с надставкой-холодильником. При прочих равных параметрах слиток с захоложенной верхней частью затвердевает на 25% быстрее в сравнении с обычным прибыльным.

10 42 73 104 135 10 42 73 104 135

Время, мин Время, мин

в - использовалась надставка холодильник; о - использовалась утепляющая надставка.

Рисунок 9 - Продвижение вертикального и горизонтального фронтов кристаллизации во времени

Эффективным способом воздействия на диаметр усадочной раковины в теле слитка с захоложенной верхней частью является управление теплоаккумулирующей способностью холодильника. Управлять этой величиной можно увеличивая или уменьшая массу надставки либо её температуру. *

Для оценки влияния интенсивности кристаллизации металла в головной части провели моделирование и экспериментальную отливку 3 т слитков с различными теплоаккумулирующими способностями надставок-холодильников. Их параметры представлены в таблице 6. Надставка слитка №1 предварительно нагревалась до 250 °С. Слитки разрушали с помощью взрыва и на продольных изломах измеряли размеры усадочной раковины. При моделировании слитков изменяли температуру надставки tx и отношение масс металла головной части и надставки-холодильника m/M. Результаты моделирования и опытной отливки (табл. 6) показали, что эффективно воздействовать на размеры усадочной раковины возможно, изменяя теплоак-кумулирующую способность надставки холодильника, варьируя, как ее массой, так и начальной температурой. Установлено, что предварительный нагрев холодильника до 250 °С (слитки №1 и 4) равно как и увеличение отношения m/M (массы металла головной части к массе холодильника) с 50% до 70% (слиток № 5) способствует сужению усадочной раковины на 10%.

Таблица 6 - Геометрические и технологические параметры слитков и результаты замеров усадочных раковин

№ слитка тсл, Т НЮ Кизл, % Кпр, % AT, °С V„p, % d/D, % m/M, % tx, °C Dyp, MM/%

ОПЫТНЫЕ

1 2,93 2,5 5,2 16 100 4 70 50 250 134/23

2 2,93 2,5 5,2 16 100 4 70 50 20 147/25

МОДЕЛИРОВАНИЕ

3 2,93 2,5 5,2 16 100 4 70 ' 50 20 150/25

4 2,93 2,5 5,2 16 100 4 70 50 250 133/23

5 2,93 2,5 5,2 16 100 4 70 70 20 133/23

В шестой главе приведены результаты исследования металла поковок изготовленных из слитков с захоложенной верхней частью

Предложенная конструкция слитка успешно внедрена и используется на Волгоградском ПО «Баррикады» В 2006 году отлито 27 слитков из них откованы 30 поковок 7 наименовании Все готовые изделия прошли штатные испытания Усадочная раковина удалялась в отходы в процессе ковки или высверливалась, см рисунок 10

?7У / / и и.

У/^и и их

а б

Рисунок 10 - Технологические схемы ковки слитка с захоложенной верхней частью с прошивкой (а) и сверлением (б) осевого канала

На металле поковок двух слитков стали 15Х2МФА массой 13,56 и 12,14 т, отлитых с использованием утепляющей надставки и надставки-холодильника, исследовалось развитие ликвационной неоднородности Приведенная к исходному слитку схема распределения углерода представлена на рисунке 11

Нижняя часть слитка традиционной формы характеризуется пониженным со-

держанием углерода (рис 11 а) В подприбыльной области содержание углерода повышено, что соответствует общепринятым представлениям о ликвации в слитках В слитке с захоложенной верхней частью наблюдается более однородное распределение углерода, причем и в нижней, и в верхней частях ликвация имеет отрицательные значения (рис 116) Такое распределение объясняется особенностями их затвердевания В процессе кристаллизации легкоплавкие примеси постоянно оттесняются и последние порции металла обогащены ими В обычном слитке - это верхняя часть и подприбыльная область В слитке с захоложенной верхней частыр - это узкая центральная часть, затвердевающая в последнюю очередь (она удаляется в отходы при последующих переделах)

Рисунок 11 - Распределение углерода по высоте и сечению слитка отлитого в изложницу с утепляющей надставкой массой 13,56 т (а) и надставкой-холодильником массой 12,14 т (б)

Расчет суммарной ликвации углерода в двух слитках показал следующее в обычном слитке она составляет 46,3%, в то время как в слитке с захоложенной верхней частью только 6,3%, что более чем в 7 раз ниже

Для сопоставления уровня механических свойств металла промышленных поковок, изготовленных из опытных - с захоложенной верхней частью и обычных -прибыльных слитков сравнивались усредненные значения по данным испытаний нескольких поковок, ряда наименований

Оценка равномерности распределения механических свойств по концам поковок производилась на основе следующей зависимости

М -М

= -пна- Ю0% (3)

Мер

где - коэффициент равномерности механических свойств, %, Мтах - максимальное значение данной механической характеристики, Мтт - минимальное значение данной механической характеристики, Мер - среднее значение данной механической характеристики

Прочностные характеристики металла изделий, откованных из опытных и сравнительных слитков, находятся на одном уровне Значения коэффициента равномерности распределения механических свойств по концам поковок изготовленных из слитков с захоложенной верхней частью в 1,4—4,7 раз меньше чем в поковках из слитков традиционной формы (табл 7) Это обусловлено более равномерным распределением ликвирующих примесей по длине и сечению поковок Указанное обстоятельство важно, так как для однородной по химическому составу поковки проще подобрать температурный режим окончательной термической обработки

Таблица 7 - Сравнение коэффициента равномерности механических свойств по противоположным концам поковок из опытных и традиционных слитков

Механические свойства От, МПа О, МПа 5, % Ф % кси кДж/м2 НВ

, г =1 о га , * о О ± Разница между максимальным и минимапьным значениями 32 3 25 3 22 6,5 14 11 2

2 га ^ ; 5 о 5 1 Коэффициент равномерности механических свойств \Л/, % 4,8 3,3 11,4 9,6 5,7 4,4

Слиток с утепляющем надставкой Разница между максимальным и минимальным значениями 129 117,5 45 9 2 26,9 42 8

Коэффициент равномерности механических свойств \Л/, % 19,1 15,3 23 4 136 11 16 7

Изменение разброса механических свойств, раз 4 4 7 2 1,4 1,9 3 8

Кроме повышения качественных характеристик металла изделий, внедрение слитка с захоложенной верхней частью для производства полых поковок позволило улучшить технико-экономические показатели его производства Заменой традиционной прибыльной надставки холодильником достигнуто повышение выхода годного металла из слитка в поковку в среднем на 7,5 %

20

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Новая форма кузнечного слитка с надставкой-холодильником в верхней части взамен традиционной аккумулирующей тепло расплава прибыльной надставки, пригодна для производства полых поковок, так как обеспечивает получение в теле слитка узкой, вытянутой вдоль оси первичной усадочной раковины При этом область максимального скопления ликвирующих примесей сосредоточена в узкой осевой зоне EJ процессе изготовления полой поковки дефектные области удаляются в отходы при прошивке кузнечной заготовки или ее сверлении

2 Установлено, что слиток с захоложенной верхней частью имеет ряд преимуществ перед традиционным во-первых, относительный диаметр зоны осевой рыхлости в нем составляет 8,5% вместо 15,5% в слитках отлитых с использованием утепляющей прибыльной надставки, что упрощает задачу ее удаления, во-вторых, на 1/4 сокращается время затвердевания слитка новой формы и в 2-3 раза повышается его химическая однородность

3 Достигнуто 1,5-4,5 кратное повышение стабильности показателей уровня механических свойств полых поковок, за счет снижения ликвационной неоднородности слитков новой формы

4 Расчетным путем и натурными экспериментами установлены закономерности, отражающие влияние геометрических размеров слитка и параметров надставки-холодильника на формирование кристаллической структуры и усадочной раковины в теле слитка с захоложенной верхней частью

5 С использованием методов математического планирования эксперимента выведена математическая модель, позволяющая рассчитать диаметр усадочной раковины в теле слитка с захоложенной верхней частью и определить возможность использования слитка новой формы для изготовления полой поковки с заданным диаметром осевого отверстия

6 Внедрение на Волгоградском ФГУП ПО «Баррикады» новой формы кузнечных слитков для изготовления полых поковок позволило увеличить выход годного металла в среднем на 7,5% за счет снижения головной обрези Экономический эффект в 2006 году составил 1686,2 тыс рублей

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1 Жульев С И , Бузинов Е И , Бод К Ю , Шамрей В А , Посламовская Ю А Моделирование напряженного состояния стальных слитков при затвердевании // Сталь -2006 №7 С 21-22

2 Шамрей В А, Жульев С И Новая форма кузнечного слитка для изготовления полых кованых изделий // Металлург - 2007 №11 С

3 Особенности формирования структурных зон в крупных стальных слитках / Живов М Е , Бод К Ю , Шамрей В А , Посламовская Ю А // Высокие технологии в машиностроении Матер Междунар науч - техн конф , Самара, 20 - 22 окт 2005 / Самар Гос Техн ун-т - Самара, 2005 -С 178-180

4 Совершенствование технологических параметров отливки с целью получения стабильных по механическим свойствам поковок / Руцкий Д В, Федоров Д Н, Шамрей В А, Бод К Ю // Высокие технологии в машиностроении Матер Междунар науч - техн конф , Самара, 20 - 22 окт 2005 / Самар Гос Техн ун-т -Самара, 2005 - С219-222

5 Исследование закономерностей формирования литейной конусности стальных слитков / Шамрей В А , Федоров Д Н , Руцкий Д В , Бод К Ю , Живов М Е // Высокие технологии в машиностроении Матер Междунар науч - техн конф , Самара, 20 -22 окт 2005 / Самар Гос Техн ун-т - Самара, 2005 - С 240 - 242

6 Физическая и химическая неоднородность в удлиненном слитке / Жульев С И , Федоров Д Н , Руцкий Д В , Мозговой А В , Шамрей В А // Высокие технологии в машиностроении Матер Междунар науч - техн конф , Самара, 20 - 22 окт 2004 / Самар Гос Техн ун-т - Самара, 2004 - С 187-189

7 Исследование структуры слитков и заготовок / Жульев С И , Руцкий Д В , Федоров Д Н , Шамрей В А , Мозговой А В // Высокие технологии в машиностроении Матер Междунар науч - техн конф , Самара, 20 - 22 окт 2004 / Самар Гос Техн ун-т - Самара, 2004 - С 190 - 192

8 Шамрей В А, Жульев С И Особенности строения кристаллической структуры поверхностной зоны стальных слитков // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России Материалы 6-й всероссийской конф студентов, аспирантов и специалистов, Магнитогорск, 24-26 мая 2005г /МГТУ - Магнитогорск, 2005 - С 18

9 Мозговой А В , Шамрей В А Разработка слитков для сортового проката // X Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г Волгоград, 8-11 ноября 2005г Тезисы докладов / ВолгГТУ и др - Волгоград,

2005 -С 142-143

10 Руцкий ДВ, Шамрей В А Увеличение выхода годного металла на заводе «Красный Октябрь» //Научные сообщения КДН Бюллетень №13 /Волгоградский клуб докторов наук - Волгоград, 2004 - С 20-24

11 Шамрей В А Исследование поверхностных слоев кузнечных слитков //Научные сообщения КДН Бюллетень №13 /Волгоградский клуб докторов наук-Волгоград, 2004 - С 33-38

12 Шамрей В А , Маркина М С Роль зазора между слитком и изложницей в процессе кристаллизации //Научные сообщения КДН Бюллетень №13 /Волгоградский клуб докторов наук - Волгоград, 2004 - С 20-24

13 Жульев С И , Руцкий Д В Федоров Д Н , Живов М Е , Шамрей В А Влияние химического состава на режим термической обработки и свойства гребных и промежуточных валов //Научные сообщения КДН Бюллетень №14 /Волгоградский клуб докторов наук - Волгоград, 2005 - С 15-20

14 Жульев СИ, Шамрей В А Закономерности формирования кристаллической структуры стальных слитков //Научные сообщения КДН Бюллетень №14 /Волгоградский клуб докторов наук - Волгоград, 2005 - С 66-71

15 Жульев С И , Шамрей В А Поверхностные дефекты в стальном слитке Классификация и причины возникновения //Научные сообщения КДН Бюллетень №14 /Волгоградский клуб докторов наук - Волгоград, 2005 - С 72-76

16 Жульев СИ, Шамрей В А Факторы, определяющие качество поверхности стального слитка //Научные сообщения КДН Бюллетень №14 /Волгоградский клуб докторов наук - Волгоград, 2005 - С 77-80

17 Влияние геометрических параметров слитков на расположение усадочных дефектов / Фоменко А П , Шамрей В А , Мозговой А В , Руцкий Д В , Жульев СИ// Сборник Металлургия и металловедение в машиностроении - Волгоград,

2006 - С 79-84

18 Особенности кристаллизации стальных слитков на начальном этапе / Шамрей В А , Титов К Е Жульев СИ// Сборник Металлургия и металловедение в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 85-90

19 Исследование слитка с захоложенной верхней частью / Шамрей В А, Жульев СИ// Сборник Металлургия и металловедение в машиностроении - Волгоград 2006 - С 90-93

20 Слиток для полых кованых изделий / Шамрей В А , Живов М Е , Жульев СИ// Сборник Металлургия и металловедение в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 93-99

21 Устранение осевых дефектов в крупносортовом прокате на ВМЗ «Красный Октябрь» / Мозговой А В , Фоменко А П , Федоров Д Н Жульев СИ // Сборник Металлургия и металловедение в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 99-105

22 Оптимизация геометрических и технологических параметров слитка для производства полых поковок / Шамрей В А , Жульев СИ II Сборник Металлургия и металловедение в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 165-173

23 Исследование усадочных дефектов кузнечных слитков для полых поковок / Шамрей В А, Жульев СИ// Сборник Металлургия и металловедение в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 174-175

Личный вклад автора в опубликованные работы Все выносимые на защиту научные и практические результаты получены автором лично и в соавторстве

В работах [2, 3, 5, 7, 8, 11, 12, 14, 15, 16, 18, 19, 23] автором приводятся данные, полученные в результате исследования макроструктурной, физической и химической неоднородности стальных слитков различной геометрии и технологии отливки В работах [9, 10, 21] приведены результаты оптимизации параметров кузнечного слитка, позволившей повысить выход годного металла из слитка в поковку В статьях [1, 17] представлены результаты, полученные с помощью компьютерного моделирования, определяющие закономерности формирования структурных зон в теле прибыльного сдвоенного ступенчатого слитка с меньшей нижней частью, а так же влияние геометрических и технологических параметров на степень их развития В работах [4, 6, 13, 20, 22], автором предложены оптимальные технологические режимы и геометрические параметры слитков с целью получения качественных поковок

Подписано в печать 30 Ю 0? г Заказ Тираж ЮОэкз Печ л Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная

Типография «Политехник» Волгоградского государственного технического университета

400131, Волгоград, ул Советская,35

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СТАЖ И СТРОЕНИЕ КУЗНЕЧНЫХ СЛИТКОВ.

1.1 Кристаллизация и строение кузнечного слитка.

1.1.1 Теория объемной кристаллизации.

1.1.2 Теория последовательной кристаллизации.

1.1.3 Теория объёмно-последовательной кристаллизации.

1.1.4 Строение слитка.

1.2 Ликвационная неоднородность стального слитка.

1.3 Дефекты усадочного происхождения.

1.4 Основные типы изделий машиностроения и слитки, применяемые для их изготовления.

1.5 Параметры, отвечающие за формирование осевых дефектов в слитках с протяженной усадочной раковиной.

Увеличение единичной мощности машин и агрегатов, создание крупных энергетических установок, развитие атомной энергетики ставит перед металлургами, задачу повышения качества изделий, что в свою очередь вызывает необходимость разработки эффективных технологий снижающих физическую, химическую и структурную неоднородность затвердевающих сплавов, поскольку служебные характеристики кованых изделий в значительной степени связаны с качеством кузнечного слитка.

Для повышения служебных свойств стальных изделий применяют различные методы воздействия на жидкий и затвердевающий металл: вибрацию, вращение, продувку газами, электромагнитное перемешивание, модифицирование и. т.д. Данные методы, используемые как самостоятельно, так и в сочетании между собой, дают недостаточный положительный эффект, при существенном повышении трудоемкости производства.

Вместе с тем, недостаточное внимание уделяется разработке новых типов слитков и соотношений их геометрических параметров.

Наиболее часто используемые кузнечные слитки, ориентированы на получение плотной осевой зоны, вследствие чего, имеют значительную по относительному объему прибыльную часть в среднем 12-18% и отличаются между собой величиной параметра H/D и конусностью. Такая геометрия слитка сильно ограничивает возможности получения низких величин кузнечной обрези.

Машиностроительные предприятия, располагающие соответствующим парком литейной оснастки, позволяющей получать слитки развесом от 1 до 200т и выше, производят поковки самой широкой номенклатуры, при этом до 80% из них являются полыми (валы роторов, кольца, толстостенные трубы, обечайки, корпусные детали и др.). При использовании слитков традиционной < формы, не учитываются специфические особенности готовых изделий различной конфигурации. Выбор слитка производится из ряда отливаемых на 5 предприятии с учётом массы изделия. Повысить эффективность производства полых поковок возможно путём изменения параметров исходного слитка.

Для производства полых поковок применяются как прибыльные слитки нормальной длины, так и удлинённые прибыльные и бесприбыльные слитки. Наиболее перспективными в смысле обеспечения качественных характеристик изделий и экономических показателей производства являются слитки с захоложенной верхней частью [1-5,110-113]. Вместо «классической» прибыльной надставки используется надставка-холодильник с относительным объемом порядка 4%. Её предназначение в том, чтобы компенсировать усадку затвердевающего металла до тех пор, пока фронты кристаллизации, движущиеся в горизонтальном направлении от боковых стенок изложницы, не сблизятся на достаточную величину, обеспечив тем самым получение в теле слитка узкой усадочной раковины. В то же время у стенки головной части должен затвердеть слой металла достаточной толщины, чтобы его прочности хватило для надежной фиксации слитка захватом манипулятора при ковке.

Металл осевой части тела слитка, со следами усадочной раковины, удаляется в ходе последующей обработки прошивкой или сверлением заготовки. Слитки с захоложенной верхней частью характеризуются повышенной химической однородностью, что обеспечивает стабильность величин механических свойств металла готовых изделий.

В связи с этим актуальна работа по оптимизации параметров слитков с захоложенной верхней частью, обеспечивающих экономию металла при производстве полых поковок наряду с одновременным повышением однородности показателей свойств металла изделий.

Цель настоящей работы состояла в увеличении выхода годного при производстве полых поковок и повышении стабильности механических свойств металла по длине и сечению полых машиностроительных изделий.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи: — проведен анализ структурных и ликвационных зон слитков с утепляющими прибыльными надставками и надставками холодильниками с 6 целью выбора наиболее эффективной литой заготовки для ковки полых изделий; выявлены значимые параметры и получена математическая зависимость, описывающая размеры усадочной раковины в слитках с захоложенной верхней частью; определены предельные относительные величины диаметра усадочной раковины и параметры ковки, обеспечивающие гарантированное удаление в отходы дефектного металла при использовании плотного металла верха тела слитка в поковку; исследованы качественные показатели металла полых изделий изготовленных из традиционных и предлагаемых слитков и проведен их сравнительный анализ.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

Установлены закономерности влияния геометрических размеров и формы слитка на условия кристаллизации, формирование усадочных дефектов и протекание ликвационных процессов;

Развиты научные представления в области разработки новых форм кузнечных слитков для полых поковок, обеспечивающих экономию металла и повышение однородности показателей механических свойств металла изделий;

Установлены закономерности и выведены новые зависимости с помощью компьютерного моделирования процессов затвердевания слитков, определяющие степень развития физической неоднородности, что позволило локализовать усадочную раковину в узкой осевой зоне;

Определены предельные относительные величины диаметра усадочной раковины, обеспечивающие гарантированное удаление дефектного металла при ковке полых изделий ответственного назначения из конструкционных марок сталей типа 38ХНЭМФА в отходы;

Выявлены особенности тепловых процессов в головных частях слитков традиционной и новой формы, которые обуславливают в слитке с захоложенной верхней частью смещение области максимального скопления 7 ликвирующих примесей (С, S, Р) в осевую зону, а также изменения условий кристаллизации, проявляющиеся в уменьшении размеров конуса осаждения.

Практическая ценность работы. Предложен, исследован и опробован в производстве новый специализированный для производства полых поковок слиток с захоложенной верхней частью. Его форма позволяет локализовать усадочную раковину в узкой осевой зоне и снизить головную кузнечную обрезь на 7,5%. При этом снижается ликвационная неоднородность в слитке, что повысило в 1,5-4,5 раза уровень стабильности механических свойств по длине полых кованых изделий.

Внедрение на ФГУП ПО «Баррикады» (г. Волгоград) слитков с захоложенной верхней частью позволило снизить отбраковку заготовок полых поковок по дефектам поверхности осевого канала, уменьшить количество термических переработок готовых изделий за счёт повышения их химической однородности и повысить выход годного металла в поковку, что дало экономический эффект 1686,2 тыс. рублей.

Апробация работы осуществлялась на 3-х международных конференциях (Самара 2004 и 2005г., Магнитогорск 2005г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2003^-2006 гг.).

1 ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СТАЛИ И СТРОЕНИЕ КУЗНЕЧНЫХ СЛИТКОВ

выводы

1. Новая форма кузнечного слитка с надставкой-холодильником в верхней части взамен традиционной аккумулирующей тепло расплава прибыльной надставки, пригодна для производства полых поковок, так как обеспечивает получение в теле слитка узкой, вытянутой вдоль оси первичной усадочной раковины. При этом область максимального скопления ликвирующих примесей сосредоточена в узкой осевой зоне. В процессе изготовления полой поковки дефектные области удаляются в отходы при прошивке кузнечной заготовки или ее сверлении.

2. Установлено, что слиток с захоложенной верхней частью имеет ряд преимуществ перед традиционным: во-первых, относительный диаметр зоны осевой рыхлости в нем составляет 8,5% вместо 15,5% в слитках отлитых с использованием утепляющей прибыльной надставки, что упрощает задачу ее удаления; во-вторых, на 1/4 сокращается время затвердевания слитка новой формы и в 2-3 раза повышается его химическая однородность.

3. Достигнуто 1,5-4,5 кратное повышение стабильности показателей уровня механических свойств полых поковок, за счет снижения ликвационной неоднородности слитков новой формы.

4. Расчетным путем и натурными экспериментами установлены закономерности, отражающие влияние геометрических размеров слитка и параметров надставки-холодильника на формирование кристаллической структуры и усадочной раковины в теле слитка с захоложенной верхней частью.

5. С использованием методов математического планирования эксперимента выведена математическая модель, позволяющая рассчитать диаметр усадочной раковины в теле слитка с захоложенной верхней частью и определить возможность использования слитка новой формы для изготовления полой поковки с заданным диаметром осевого отверстия.

6. Внедрение на Волгоградском ФГУП ПО «Баррикады» новой формы кузнечных слитков для изготовления полых поковок позволило увеличить выход годного металла в среднем на 7,5% за счет снижения головной обрези. Экономический эффект в 2006 году составил 1686,2 тыс. рублей.

1. Баптизминский В.И. Повышение выхода годного металла в сталеплавильном производстве / В.И. Баптизманский, B.C. Коновалов, Е.И. Исаев. Киев, Техшка, 1984. 132 с.

2. Кулешов Н.И. Разработка системы автоматизированного выбора слитка с учётом его весовых, геометрических и структурных характеристик. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Днепропетровск, 1993.187 с.

3. Слитки удлиненные для прессовых поковок. Выбор и рекомендации по применению. Руководящий технический материал. РТМ 3 - 617 - 74. 1975. 26 с.

4. Жульев С.И. Оптимизация процессов производства кузнечных слитков для поковок ответственного назначения с использованием САПР-технологий. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Волгоград, 1991.372 с.

5. Скобло С.Я., Казачков Е.А. Слитки для крупных поковок. М., Металлургия, 1973.248 с.

6. Тамман Г. Металловедение. Химия и физика металлов и сплавов. Пер. с нем. ОНТИ. М.-Л., 1935. - 439 с.

7. Штейнберг С.С. Металловедение. Свердловск: Металлургиздат, 1961.-598 с.

8. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. Пер. с англ. М.: Мир, 1967.-171 с.

9. Самойлович Ю.А. Формирование слитка. М.: Металлургия, 1977. - 160 с.

10. Гуляев Б.Б. Затвердевание и неоднородность стали. М: Металлургиздат, 1950.-228 с.

11. Ойкс Г.Н. Вопросы кристаллизации слитка стали. // Сталь. 1952. - №7. -С. 735-741.

12. Сокольская Л.И. О "дожде" кристаллов в затвердевающих металлах. // Сталь. 1951. - №6. - С. 544-550.

13. Гуляев Б.Б. О возможности "дождя" кристаллов при затвердевании стальных слитков. // Сталь. 1951. - №10. - С. 928-929.

14. Скороходов Н.Е. О гипотезе "дождя" кристаллов. // Сталь. 1952. -№9. -С. 824-828.

15. Тагеев В.М. Гипотеза о "дожде" кристаллов в затвердевающих слитках и отливках. // Сталь. 1952. - №1. - С. 59-68.

16. Колосов М.И., Строганов А.И., Смирнов IO.JI. Охримович Б.П. Качество слитка спокойной стали. М.: Металлургия, 1973. - 408 с.

17. Голиков И.Н., Козлов Ф.В. К вопросу о "дождевой" кристаллизации стали. // Сталь. 1952. - №7. - С. 626-630.

18. Чернов Д.К. Краткий обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и собственные исследования по тому же предмету. // Чернов Д.К. и наука о металлах: сб. трудов Д.К. Чернова. М.: Металлургиздат, 1950. - С. 63-109.

19. Иванцов Г.П. К вопросу о возможности "дождя кристаллов" в стальном слитке. // Сталь. 1952. - № 10. - С. 922-931.

20. Иванцов Г.П. «Диффузионное» переохлаждение при кристаллизации бинарного сплава. // ДАН СССР. 1951. - Т.81. -№ 2. - С. 179-183.

21. Иванцов Г.П. Теплообмен между слитком и изложницей. М.: Металлургиздат, 1951. - 40 с.

22. Бочвар А.А. Металловедение. М.: Металлургиздат, 1956. - 258 с.

23. Данилов В.И., Неймарк В.Е. О наличии зародышей кристаллизации выше точки плавления и строение жидкостей. // Журнал экспериментально-технической физики. 1938. -№ 10. - С. 34-43.

24. Данилов В.И., Неймарк В.Е. О зарождении центров кристаллизации в переохлажденной жидкости, о спонтанной кристаллизации жидкостей. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1949. -Т.19.-№13.-С. 235-241.

25. Данилов В.И., Овсиенко Д.Е. Зарождение центров кристаллизации в переохлажденных жидкостях на активных примесях. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1951. - Т.8. - №5. - С. 879-887.

26. Данилов В.И. Строение и кристаллизация жидкостей. Киев: ИПЛ АН УССР, 1956.-424 с.

27. Духин А.И., Неймарк В.Е. К вопросу о кристаллизации слитка. // Затвердевание металлов: Труды второго совещания по теории литейных процессов М.: Машгиз, 1958. - С. 347-356.

28. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. М.-Л.: Машгиз, 1960. - 416 с.

29. Тагеев В.М., Дудкин В.А. Исследование кристаллизации слитков и отливок с применением радиоактивных изотопов (меченых атомов). // Труды научно-технического общества чёрной металлургии. М.: Металлургиздат, 1955. Т. 5. Ч. 2.-С. 19-36.

30. Тагеев В.М. Неоднородность строения стальных слитков и отливок. // Стальной слиток. М: Металлургиздат, 1952. - С. 40-66.

31. Тагеев В.М., Смирнов Ю.Д. // Металлургия и металловедение: Сб. трудов научно-технической конференции по применению изотопов и ядерных излучений. Изд. АН СССР, 1958.

32. Строганов А.И., Колосов М.И. Производство качественной стали в мартеновских печах. М: Металлургиздат, 1961.

33. Колосов М.И., Кульбацкий А.П. Разливка стали. М: Металлургиздат, 1957.

34. Гудцов Н.Т. К вопросу об улучшении строения стального слитка. // Труды научно-технического общества чёрной металлургии. М.: Металлургиздат, 1955. Т. 5.4.11.

35. Гудцов Н.Т. Основные вопросы изучения стального слитка. // Стальной слиток. М.: Металлургиздат, 1952. - С. 11-20.

36. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976.-552 с.

37. Общая металлургия: Учебник для вузов / Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. М.: Металлургия, 1985. - 480 с.

38. Гаев Н.С. Дефекты строения стали. М.: Металлургия, 1947. - 232с.

39. Н. Andrew, Eight Report on the Heterogeneity of steel Ingots a. Steel Inst.

40. Special report № 25, p.25)

41. Металлургия стали В.И. Явойский, Г.Н. Ойкс, М.: Металлургия 1973 с. 815

42. Сталеплавильное производство /Справочник, Том I/ под. ред. A.M. Самарина, М.: Металлургия 1964 с. 527

43. Тасиро Тоити, Тодороки Тору и др. Механизм образования макроликваций в крупных слитках и отливках. Перевод с японского № 7751

44. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. - 300 с.

45. Тагеев В.М. Гипотеза о "дожде" кристаллов в затвердевающих слитках и отливках. // Сталь. 1952. - №1. - С. 59-68.

46. Тагеев В.М., Дудкин В.А. Исследование кристаллизации слитков и отливок с применением радиоактивных изотопов (меченых атомов). // Труды научно-технического общества чёрной металлургии. М.: Металлургиздат, 1955. Т. 5. Ч. 2.-С. 19-36.

47. Тагеев В.М. Неоднородность строения стальных слитков и отливок. // Стальной слиток. -М: Металлургиздат, 1952. С. 40-66.

48. Каракула М.В. Зависимость характера кристаллизации крупного слитка от продолжительности заливки. // ЦНИИТМАШ. 1974. - № 156.

49. Хворинов Н.И. Кристаллизация и неоднородность стали. М.: Металлургия, 1958. - 390 с.

50. Гуляев Б.Б. Затвердевание и неоднородность стали. М: Металлургиздат, 1950.-228 с.

51. Скобло С.Я., Донцов П.М. Механизм образования конуса осаждения в слитке. // Сталь. 1951. - №6. - С. 535-543.

52. Скобло С.Я., Казачков Е.А. Разливка стали и формирование слитка. // Проблемы стального слитка: Труды I конференции по слитку. М.: Металлургия, 1966.-С. 112-129.

53. Тагеев В.М., Смирнов Ю.Д. // Металлургия и металловедение: Сб. трудов научно-технической конференции по применению изотопов и ядерных излучений. Изд. АН СССР, 1958.

54. Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1987. - 224 с.

55. Поковки из крупных слитков. Отчет. Japan steel works. - 1970 - с. 134

56. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М., Металлургия, 1976. 552 с.

57. Жульев С.И. Исследование процесса затвердевания осевой зоны крупного слитка спокойной стали. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1978. 161 с.

58. Жульев С.И., Зюбан Н.А. Производство и проблемы качества кузнечного слитка: Монография / ВолгГТУ. Волгоград, 2003. - 168с.

59. Вейник А.И. Теплообмен между слитком и изложницей. М.: Металлургиздат, 1959. 358 с.

60. Дюдкин Д.А., Крупман Л.И., Максименко Д.М. Усадочные раковины в стальных слитках и заготовках. М., Металлургия, 1983. 136 с.

61. Китаев Е.М. Затвердевание стальных слитков. М., Металлургия, 1982. 168 с.

62. Гуляев Б.Б. Затвердевание и неоднородность стали. Москва, Ленинград, ГНТИЛЧЦМ, 1950. 228 с.

63. Камнев П.В. Совершенствование ковки крупных поковок. Л.: Машиностроение, 1975. 342 с.

64. Сергеев В.И. Разработка слитка новой конфигурации для полых длинномерных изделий ответственного назначения. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: 1990. 214с.

65. Совершенствование технологии разливки стали в изложницы. Тематический сборник научных трудов. М.: Металлургия, 1986. 72 с.

66. Константинов Л.С., Трухов А.П. Напряжения, деформации и трещины в отливках. М.: Машиностроение, 1981. 199 с.

67. Лапотышкин Н.М., Лейтес А.В. Трещины в стальных слитках. М.: Металлургия, 1969.112 с.

68. Хворинов Н.И. Кристаллизация и неоднородность стали. Пер. с чешек. А.А. Жукова. М., ГНТИ машиностроительной литературы, 1958.392 с.

69. Кузьмин Б.А., Самохоцкий А.И. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. Учеб. для мех. и машиностроит. техникумов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1984.256 с.

70. Проблемы стального слитка. Сборник №5. Институт проблем литья АН УССР. М., Металлургия, 1974. 139 с.

71. Скребцов A.M. Конвекция и кристаллизация металлического расплава в слитках и непрерывнолитых заготовках. М., Металлургия, 1993.144 с.

72. Лебедев В.Н., Коровин В.М., Варакин П.И. Крупные поковки для валов турбогенераторов. М., Машиностроение, 1968.120 с.

73. Соколов Л.Н. //Кузнечно-штамповое производство, 1967. №3. С. 12-15.

74. Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков. Пер. с чешек, под ред. Кашина В.И. М., Металлургия, 1985.248 с.

75. Нехендзи Ю.А. Стальное литьё. М.: Металлургиздат, 1948.

76. Повышение эффективности разливки стали в изложницы. Тематический сборник научных трудов. М., Металлургия, 1987. 88 с.

77. Попов А.Д. Расчет прибылей для отливок. М., МАШГИЗ, 1957. 56с.

78. Совершенствование процессов ковки крупных поковок. Свердловск: изд-во "Уральский рабочий", 1967.

79. Проблемы стального слитка. Сборник №5. Институт проблем литья АН УССР. М., Металлургия, 1974. 322 с.

80. Металлургия стали. Под ред. В.И. Явойского, Г.Н. Ойкса. М., Металлургия, 1973.816 с.

81. Разливка стали. Под общ. ред. В.И. Баптизманского. Киев-Донецк, Вища школа, Головное изд-во, 1977. 200 с.

82. С.И. Жульев, С.Н. Чекалин, К.Е. Титов. Осевые трещины в крупном стальном слитке марки 38ХЮМФА массой 24,2 тонны. // Вестник Уральского государственного технического университета УПИ. Фундаментальные проблемы металлургии. - 2002. - №5. - С. 12-14.

83. Багмутов В.П., Захаров И.Н. Моделирование градиентных структурных состояний в стальном слитке в ходе застывания // Известия вузов. Черная металлургия. -№10. 2003. - С.52-56.

84. Ахназарова C.JL, Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: Учеб. пособие для хим.-техн. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1985. 327 с.

85. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М., Металлургия. 1969.160 с.

86. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. М., Мир, 1981. 520 с.

87. Ефимычев Ю.Е. и др. Регрессионный анализ качества сталей и сплавов. М., Металлургия, 1976. 242 с.

88. Новик Ф.С., Арсов А.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методом планирования эксперимента. М., Машиностроение, 1980. 300 с.

89. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М., Мир, 1967.406 с.

90. Шиндовский Э., Шюрц О. Статистические методы управления качеством. М., Мир, 1976.

91. Богачев И.Н., Вайнштейн А.А., Волков С.Д. Введение в статистическое металловедение. М., Металлургия, 1972,216с.

92. Бара Ж.-Б. Основные понятия математической статистики. М., Мир, 1974. 280 с.

93. Блантер М.Е. Методика исследования металлов и обработки опытных данных. М., Металлургиздат, 1952.444 с.

94. Винарский М.С., Лурье М.В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. Киев, Техшка, 1975.

95. Гречко А.В., Нестеренко Р.Д., Кудинов Ю.А. Практика физического моделирования на металлургическом заводе. М., Металлургия, 1976. 224с.

96. Новик Ф.С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении. М., Металлургия, 1972.

97. Пустыльник Е.Н. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М., Наука, 1968.288 с.

98. Чиченев Н.А. Автоматизация экспериментальных исследований (организация эксперимента). Под ред. П.И. Полухина: Учебное пособие для ВУЗов. -М.: Металлургия, 1983. 256 с.

99. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Пер. с англ. Ю. П. Адлера, В.Г. Горского. М.: Статистика, 1973. 392 с.

100. Методика математического планирования эксперимента для оптимизации состава сплавов и совершенствования металлургической технологии. РМИМ 106-72. Руководящий материал. М., 1972. 142 с.

101. Горский В.Г., Адлер Ю.П., Талалай А.М. Планирование промышленных экспериментов (модели динамики). М., Металлургия, 1978. 112 с.

102. Крохалев А.В., Шевкун Г.П. Методы организации экспериментов в металловедении. Учебное пособие. Волгоград, изд-во ВолгПИ, 1990. 72 с.

103. Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента. Учебн. пособие для ВУЗов. М., Металлургия, 1992. 240 с.

104. Румшиский Л.З., Смирнов С.Н. Методы обработки результатов эксперимента. Конспект лекций для аспирантов. Москва, 1973. 162 с.

105. Вейник А.И. Теплообмен между слитком и изложницей. М., Металлургия 1959.357 с.

106. HTTP://WWW.ISTC.RU INTERNATIONAL SCIENCE & TECHNOLOGY CENTER. Study and Development of the Process of Steel Modification in Ingots. 1

107. Дуб B.C., Макарычева E.B., Макаров И.И. Крупный слиток настоящее и будущее // Электрометаллургия, 1999. №5. С. 22-30.

108. Жульев С.И., Зюбан Н.А. Влияние параметров изготовления крупных кузнечных слитков на формирование оптимальной структуры осевой зоны // Металлург, 2001. №12. С. 38-39.

109. Ольховик Е.О., Десницкая Л.В. Прогнозирование структуры в слитках. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2004 г. - №11.

110. Yu. A. Samoilovich, V. I. Timoshpol'skii, I. A. Trusova POSSIBILITY OF FORMING AN INGOT WITH A CONVEX CRYSTALLIZATION FRONT // Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal Vol. 74, No. 1, pp. 134-138, January-February, 2001.

111. Голубцов В.А. Повышение степени химической однородности крупных слитков высокоуглеродистой стали // Сталь. 2000 г. - №12.

112. Бровман М.Я. Исследование начальной стадии кристаллизации стали. // Сталь. -2005 г. №10. С. 51- 54.

113. Нурадинов А.С., Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Влияние температурных полей в затвердевающей отливке на формирование её структуры. // Сталь. -2002 г. №2. С. 26-28.

114. Балакин Ю.А. Влияние внешних воздействий на основные параметры кристаллизации металлов. // Металлы. 2002 г. - №6.

115. Балакин Ю.А., Гладков М.И. Влияние внешних воздействий на основные параметры кристаллизации металлов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-2002г.-№11.

116. Родионова Н.Н., Павлова Н.Г., Прабаршук А.В. Улучшение качества поковок из 12 т. Слитков. // Сталь. 2002 г. - №1. С. 28-29.

117. Антонищенков Ю.М. Ковка полых заготовок // Сталь, 2002. №9. С. 72-74.

118. Белевитин В.А. Влияние технологии выплавки и внепечной обработки на качество кованых трубных заготовок . // Сталь. 2000 г. - №3. С. 22-25.

119. Бровман М.Я. О возможности уменьшения пористости при обработке металлов давлением // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-2001 г.-№5.

120. Воронин Ю.Ф., Лосев А.Г., Матохина А.В., Куликов Д.Ю. Управление процессов снижения усадочных дефектов отливок. // Литейщик России.-2004 г. -№12.

121. Кульбовский И.К., Тупатилов Е.А., Петраков О.В., Попов Е.В. Разработка системы управления качеством массивных отливок с применением компьютерного моделирования. // Литейщик России. 2004 г. - №4.