автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Математическое моделирование и натурное исследование процессов кристаллизации с целью получения качественных отливок

На правах рукописи

Приходько Ольга Георгиевна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И НАТУРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕПРОЦЕССОВКРИСТАЛЛИЗАЦИИ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ОТЛИВОК

Специальность 05,16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 2004

Работа выполнена на кафедре литейного производства государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Селянин И.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Федотов В.М.

кандидат технических наук, доцент Мамаев К.В.

Ведущее предприятие: ЗАО «Завод алюминиевого литья» г. Барнаул

Защита состоится 30 ноября 2004 года в 10 часов на заседании диссертационного совета К 212.252.01 в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, г. Новокузнецк Кемеровской области, ул. Кирова 42, СибГИУ. Факс: (3843)46-57-92.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан ¿¿октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

уценко А. И.

асом

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема производства качественных отливок была и остается самой важной задачей литейного производства. Одним из этапов технологии литья является затвердевание расплава литейных сплавов в форме.

При изучении процесса затвердевания отливки необходимо принять во внимание все особенности теплообмена между отливкой и формой. В частности, должны быть учтены характер течения жидкого металла, переохлаждение кристаллизующегося расплава, выделение теплоты кристаллизации в материале отливки, особенности механизма процесса затвердевания сплавов, геометрические и физические свойства отливки и формы, изменение зазора в процессе охлаждения отливки и нагрева формы, изменение теплофизических коэффициентов материалов отливки и формы и т.д. Однако учет всех перечисленных факторов связан с , большими затруднениями экспериментального и теоретического характера. Ис-

следователи при разработке математических моделей обычно сужают круг вопросов, подвергаемых анализу, прибегают к различного рода допущениям. Все это является причиной существенных иногда расхождений расчетных и экспериментальных данных.

Исследование процесса затвердевания отливок, теплофизических характеристик материалов отливки и формы имеет важное значение для понимания теории, механизмов и создания математических моделей процесса кристаллизации.

Одним из способов повышения качества отливок является внешнее воздействие на кристаллизующийся расплав. Однако механизм воздействия на расплав принудительных колебаний и перемешивания во время затвердевания изучен недостаточно. Объяснение причин происходящих явлений, а также практические данные и рекомендации часто не согласуются между собой, а иногда и противоречат друг другу и требуют дополнительного теоретического и экспериментального изучения.

Цель и задачи работы. Разработка методики расчета процессов кристаллизации в песчано-глинистых и металлических формах с использованием данных натурного эксперимента.

Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи:

1. Разработать математическую модель, учитывающую теплофизические параметры металла отливки и материала формы, позволяющую рассчитать коэффициент кристаллизации и время затвердевания отливок и слитков, как при напи-

I чии внешнего воздействия, так и без него.

2. Разработать математическую модель расчета теплоемкости и теплоты кристаллизации по данным термического анализа (ТА) сплавов.

3. Провести натурное исследование возникновения тепловых флуктуаций на фронте кристаллизации.

4. Произвести расчет резонансных частот вибрации кристаллизующегося раопла-ва для отливок различной массы и конфигурации и сравнить результаты расчета с экспериментальными данными.'

5. Провести натурные исследопания процессов кристаллизации на базе доэвтек-тических алюминиевых сплавах как с внешним воздействием в виде вибрации, так и без него.

6. Практически реализовать результаты исследований с целью улучшения качества отливок.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель, учитывающая основные теплофизические параметры металла отливки и материала формы, условия теплообмена на фронте кристаллизации, на границе «отливка-форма» и на поверхности формы, позволяющая рассчитать коэффициент кристаллизации и время затвердевания отливок и слитков при наличии или отсутствии внешнего воздействия на расплав.

2. Разработаны математические модели расчета процесса кристаллизации литейных сплавов с использованием экспериментальных данных, полученных методом термического анализа.

3. Экспериментально методом термического анализа зафиксированы тепловые флуктуации .при кристаллизации прокатного чугунного валка массой 20 тонн в условиях литейного цеха ОАО «КМК» и проведено натурное исследование тепловых флуктуаций на фронте кристаллизации.

4. Разработана методика определения резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации, и экспериментально установлено влияние вибрации на кристаллизующийся расплав.

Пракгачесюш значимость работы заключается в разработке математических моделей, программ для ЭВМ, позволяющих определять теплоемкость, теплоту кристаллизации, время и коэффициент затвердевания. Совокупность экспериментальных и теоретических результатов, полученных при проведении исследований, позволяет определить оптимальную частоту вибрации кристаллизующегося расплава, Виброобработка расплава позволяет управлять качеством отливок за счет регулирования их механических свойств.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 2002 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств» (Барнаул, 2002 г.); всесоюзной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 2004 г.); на межрегиональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 2004 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств» (Барнаул, 2004 г.). На защиту выносятся:

- математическая модель расчета времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой и металлической формах;

- математическая модель расчета теплоемкости и теплоты кристаллизации сплавов на основе экспериментальных данных, полученных методами ТА;

- результаты исследований тепловых флуктуации на фронте кристаллизации при фазовых переходах первого рода;

- результаты определения резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации;

- результаты экспериментальных исследований по влиянию вибрации на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов, механические свойства и качество получаемых отливок.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при организации технологии виброобработки отливок изготавливаемых в песчаных формах в модельно-кокильном цехе ОАО «Производственное объединение Алтайский моторный завод» из сплавов АК7, и в ООО ((Гольф» на отливках из силуминов.

. Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования;

' анализе литературных данных; проведении экспериментальных исследований по

выявлению тепловых флуктуаций на фронте кристаллизации при фазовых переходах; в изучению влияния вибрации на процесс кристаллизации отливок методом ТА; разработке математических моделей расчета процессов кристаллизации; проведении расчетов на ЭВМ по разработанным математическим моделям; проведении испытаний по изучению механических свойств; выполнении электронно-микроскопических исследований; статистической обработке и анализе полученных результатов; формулировке выводов.

Достоверность результатов исследования определяется корректностью поставленных задач; применением современных экспериментальных и теоретических методов и методик исследования процессов кристаллизации, основанных на известных положениях фундаментальных наук, теоретических положениях теории литейных процессов, теории затвердевания отливок и математического моделирования; применением аппарата математической статистики для обработки результатов эксперимента; сопоставимостью экспериментальных данных и результатов расчета, полученных теоретическим путем и их сравнительным анализом с результатами исследований других авторов.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 7 тезисах и материалах докладов на научно-практических конференциях, 2 статьях центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, приложения и библиографического списка из 165 наименований.

| Материалы изложены на 173 страницах, содержат 18 таблиц, 74 рисунка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено обоснование актуальности проводимых исследований, отмечена научная новизна, практическая значимость и реализация результатов работы.

В первой главе диссертационной работы приведен аналитический обзор ли. тературных источников. Выполнен анализ основных теорий процесса затвердевания, теоретических и экспериментальных методов определения параметров кристаллизации. Выделены недостатки и достоинства существующих методов иссле-

б

дования. Обоснован выбор метода ТА в качестве источника данных натурного эксперимента. Рассмотрены результаты работ по влиянию внешнего воздействия на кристаллизующийся расплав. Выяснено, что не существует единого мнения относительно механизмов влияния внешних воздействий, а практические выводы и рекомендации авторов не всегда согласуются между собой и этот вопрос требует дополнительного теоретического и экспериментального исследования.

На основе анализа и обобщения литературных данных сделаны выводы, сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе описаны объекты и методики исследований.

В лабораторных условиях объектами исследований были отливки из доэв-тектического алюминиевого сплава, химический анализ которого приведен в таблице 1. В качестве основного компонента шихты использовали чушковый силумин АК12ч (ГОСТ 1583-93). Плавки проводили в печи СШОЛ, температура заливки для всех сплавов составляла 720-750°С. В исследованиях использовались песчано-глинистые и металлические формы из серого чугуна.

Таблица 1 - Химический состав исследуемого алюминиевого сплава

Химически!! элемент Кремний Медь Цинк Железо Магний Марганец Никель Свинец Олово

Содержание в стаяв, % 8,15+9.75 2,02+2,12 1,13+1,20 0,80+0,90 <3,089 20,065 <0,043 <0,020 <0,020

Для исследования температурных полей в производственных условиях ОАО «КМК» выбран 20-ти тонный прокатный валок из чугуна марки СПХН-49 со следующими размерами: диаметр бочки - 1160 мм; длина бочки - 1200 мм; диаметр нижней шейки - 573 мм; длина нижней шейки - 1110 мм; диаметр верхней шейки - 555 мм; длина верхней шейки - 2140 мм. Химический состав валкового чугуна приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Химический состав валкового чугуна

Химический элемент Углерод Кремний Марганец Фосфор Сера Хром Никель

Содсржнниов столпе, % 2,62*2;77 0,64+0,72 0,45+0,52 0,057 + 0,064 ),014+0,019 0,69+0,72 1,00+1,09

Плавка чугуна осуществлялась в 2-х 10-т электродуговых печах с основной футеровкой. Металл выпускался в 15-т ковш, а затем переливался в 30-т стопорный ковш с разливным стаканом диаметром 60 мм. Температура металла при выпуске 1390 - 1410°С, а при заливке 1340 - 1360°С. Снятие термических кривых охлаждения осуществлялось с помощью вольфрам-рениевых и хромель-алюмелсвых термопар, которые устанавливались в нижнюю, верхнюю шейки и бочку валка на глубину 45 мм, а также две термопары с помощью бандажа крепились на внешней поверхности кокиля бочки. Схема сборки показана на рисунке 1.

Для сбора первичной аналоговой информации в лабораторных и промышленных исследованиях использовался измерительный комплекс, обеспечивающий измерения аналогового сигнала в интервале от 15 мВ до 5 В от датчиков и устройств практически любого типа. Структурно измерительный комплекс представляет собой комплекс приборов серии «Адам» ("ADAM 1-7000") и состоит из 24-

битового аналого-цифрового преобразователя ЮР CON 7018, обеспечивающего 16-битовую точность, и преобразователя промышленного интерфейса (RS436) в последовательный интерфейс (RS232 - com port) ICP CON 7520, обеспечивающего подключение к стандартному последовательному порту персонального компьютера.

Для проведения лабораторных и промышленных исследований была создана вибрационная установка.

Частота вибрации менялась ступенчато путем изменения скорости вращения двигателя и соответствовала следующим величинам 8,7; 27,7; 41 и 50 Гц с переменной амплитудой. Импульс колебаний передавался литейной форме в вертикальном осевом направлении через металлическую платформу. Амплитуда колебаний варьировалась эксцентриковым механизмом в интервале 0,5... 1,5 мм и контролировалась при помощи микрометра. Вибрационную обработку производили в течение всего периода затвердевания, начиная с момента заливки металла в форму. В экспериментах одна из литейных форм устанавливалась под заливку на вибрационную установку, вторая форма заливалась в обычных условиях.

Для снятия термических кривых охлаждения сплава в полоста формы по оси цилиндрического образца через 40

Последовательность подключения термопар: О - верхняя шейка валка, 1 - бочка валка, 2 -нижняя шейка валка, 3 - низ кокиля, 4 - бочка валка, 5 - верх кокиля, б - нижняя полуформа, где цифрами обозначены номера разъемов на измерительном модуле

Рисунок 1 - Места установки термопар

мм устанавливали хромель-алюмелевые термопары. Температурная кривая охлаждения в координатах «температура-время» фиксировалась измерительным комплексом.

Оценку механических свойств образцов из алюминиевого сплава проводили на стандартных.образцах диаметром 10 мм (ГОСТ 1583-93), залитых в кокиль.

Для исследования микроструктуры сплавов использовали шлифы, вырезая для этого специальные темплеты в непосредственной близости от места установки термопары в образец. Просмотр микроструктуры проводили при 100-200-кратном увеличении на оптическом микроскопе МИМ-8М. Дополнительно в исследованиях был использован металлографический инвертированный микроокоп МЕТАМ ЛВ-31, снабженный адаптером типа УА-РЗ-01 и цифровой фотокамерой СООЫЧХ 990, позволяющей видеоизображение поверхности шлифа наблюдать на экране монитора и вводить в компьютер в виде растрового файла. Применение

данного микроскопа в исследованиях позволило использовать программные средства, входящие в комплект микроскопа, для количественной оценки микроструктуры объекта.

Третья глава содержит описание разработанных математических моделей, позволяющих учесть теплофизические параметры материалов отливки и формы, а также влияние внешнего воздействия на кристаллизующийся расплав и методики расчетов.

Уравнения теплового баланса при кристаллизации отливки в песчано-глинистой форме имеют вид

ЬкрРА&+СМР>АМт, -Та)+еирмРкг^'„,-К) (1)

Кг (Г3 - К У0с1т = с.р^АВ, (гф - Т1) (2)

где Ькр — теплота кристаллизации металла, Дж/кг, ри>рф- плотность сплава и формовочной смеси, кг/м3; си, со - теплоемкость сплава и формовочной смеси, Дж/(кг К); Fф, Ко — площади поверхности фронта кристаллизации, прогретого слоя формы и отливки, м2; Т3 - температура заливки сплава, К; - температура кристаллизации сплава, К; - начальная температура формы, К; Ти, т,-средние значения температур затвердевшей корочки металла и прогретого слоя формы, К; г - время, с; в - приведенная толщина затвердевшей корочки, м; 6ф -толщина прогретого слоя формы, м; Кт— коэффициент теплопередачи с фронта кристаллизации через затвердевшую корочку металла и прогретый слой формовочной смеси, Вт/(м5К).

V«! К а% А»)

где а/, аз — коэффициенты теплоотдачи на фронте кристаллизации, на границе отливка - форма, Вт/(м2К); Лф, Лм — коэффициент теплопроводности формы и металла, Вт/(мК).

Толщина нарастающей корочки и толщина прогретого слоя формы изменяются в масштабе приведенного размера Л=К0//Г0 (где У0 и /<о - объем и площадь повЁрхности отливки), введение приведенного размера отливки приводит задачу затвердевания отливки к одномерному варианту; в реальном масштабе толщина нарастающей корочки и прогретого слоя формы будут определяться следующим образом

В1=ё1/Я; дф1= дфЩ (4)

где /-действительный размер отливки в направлении теплоотвода, м.

На основе уравнений (1,2) получена зависимость для определения времени затвердевания отливок в песчано-глинистой форме:

- для отливки типа «бесконечная плита»

т = А1е +Аге\ (5)

- для отливки типа «бесконечный цилиндр»

т = А1е +Л2е1 +4зЕ3, (6)

-для отливки типа «шар»

т =А1е +Л1ег +Л,с' +Але', (7)

где А), А3; Аз; Л4 - коэффициенты.

Таким образом, для плоской отливки характерна квадратичная зависимость времени затвердевания от толщины затвердевшей корочки, для цилиндрической отливки - зависимость третьей степени, для шаровой отливки - зависимость четвертой степени.

Время полного затвердевания (г3) при идеальном контакте на фронте кристаллизации (аг1->оо) и на границе отливка - форма (а2->со) для отливки любой конфигурации с приведенным размером Л можно рассчитать по формуле

"-ЦЫУ-

где В - коэффициент, Дж/(м3К); Ь - безразмерный коэффициент, показывающий во сколько раз для бесконечной плиты толщина прогретого слоя формы 80 больше толщины затвердевшей корочки металла % а - коэффициент, зависящий от конфигурации отливки: для бесконечной плиты а-1; для бесконечного цилиндра а = 3; для шара « = 6.

Константа затвердевания (К) в законе квадратного корня, соответственно, определяется из выражения

<9)

При определении времени затвердевания отливки сложной конфигурации отливка разбивается на элементы, каждый из которых приближается к плите, цилиндру, шару и выполняется расчет. Анализ конструкции отливок показывает, что преобладающими из образующих элементов являются плоские стенки, реже встречаются цилиндры или призмы, еще реже шары или кубы.

Уравнения теплового баланса при кристаллизации отливки в металлической форме имеют вид

-Т^т = -Т1)+а}Рм,{Тю, г . (11)

где т'к - средняя калориметрическая температура системы отливка-кокиль, К; а3 -коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности кокиля в окружающую среду, Вт/(мК); площадь наружной поверхности кокиля, м2; Т^- температуры наружной поверхности кокиля и окружающей среды, К; Кт - коэффициент тепло-

передачи с фронта кристаллизации через затвердевшую корочку, газовый зазор, слой краски, кокиль в окружающую среду, Вт/(м К).

кг„Г_и > (12)

Ц я* «•» л»

Дифференциальное уравнение для определения времени затвердевания отливок в металлических формах имеет вид:

- для отливки типа бесконечной плиты

л.___Л (13)

- для отливки типа бесконечного цилиндра

-^ЬО--(г 'у (М)

- для отливки типа шара

Ь-СфР^Т'к-Т*) ^

Лв- гТТ--1 (15)

КГ(Т3-Тсхр)-а}\\^ (Г„и-Г0„)

Расчет процессов затвердевания отливок в металлической форме проводится по представленным формулам численными методами.

Теплота кристаллизации сплава может быть определена двумя способами: на основании аналитической формулы и по данным ТА. Причем, при расчете теплоты по одному из способов может возникнуть неоднозначность решений: различным наборам теплофизических параметров может соответствовать одно и то же значение теплоты. При использовании двух методов расчета можно записать систему уравнений

_ь-сфРф-(Г0-К)

[Ькр-----Сц(!-т~',л)< (16)

Рм

к" '„ I Г(г) ¿г Т{т) где тшч> - время начала и конца фазового превращения, с; а0, а 1 — коэффициенты.

При расчете по второй формуле системы уравнений (16) используются данные о температуре и первой производной температуры по времени, полученные методом термического анализа. Система уравнений (16) является замкнутой, а сб решение — однозначным при следующем допущении. Так как имеется система из двух уравнений, то ее можно решить, имея не более двух неизвестных. Следовательно, кроме определяемой теплоты кристаллизации можно иметь один неизвестный параметр. Теплоемкость металла изменяется в широком диапазоне и ока-

Ь„

зывает наибольшее влияние на результаты рзсчетов, поэтому такие факторы как теплоемкость, теплопроводность и плотность формовочной смеси, теплопроводность и плотность металла принимаются постоянными. Таким образом, при решении системы уравнений (16) определяются теплота кристаллизации сплава и его средняя теплоемкость. По представленным выше формулам производится расчет на ЭВМ методом последовательных приближений.

В четвертой главе приведены результаты математического моделирования: расчет теплоемкости и теплоты кристаллизации, расчет коэффициента и времени затвердевания отливок в песчано-глинистой и металлической формах.

Результаты определения теплоты кристаллизации и теплоемкости сплавов по разработанной методике в сравнении с данными других исследователей представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Сопоставление результатов расчета теплоты и теплоемкости оплавов по разработанной методике с литературными данными

Ха Материал образца Перегрев, "С Размеры образца, м Расчетные данные Литературные данные

Баландин Г.Ф. Голод В.М.

Ь, кДхЛг ДжДкгК) Ь, кДж/кг Си, Дж/(кгК) хДж/кг С«» Дж/(кгК)

1. алюминиевый сплав 193 цилиндр 00,03x0,3 352,1 1142 160-373 1080-1275 365 1080

2. алюминиевый сплав 163 цилиндр 00,03x0,3 344,1 1133 160-373 1080-1275 365 1080

3. алюминиевый сплав* 193 цилиндр 00,03x0,3 229,4 1087 160-373 1080-1275 365 1080

4. алюминиевый сплав** 193 цилиндр 00,03x0,3 350,0 1139 160-373 1080-1275 365 1080

5. серый чу!ун СЕ 4,04 % 103 цилиндр 0 0,06x0,3 245,6 620 215 560-838 215 560

б. серый чугун СЕ 3,82 % 103 цилиндр 0 0,03x0,3 220,8 610 215 560-838 215 560

7. серый чугун СЕ3.82 % 103 цилиндр 0 0.06*0,3 233,3 605 215 560-838 215 560

8. АК9ч 97 пяита а15>А1>0.05 234,2 1133 172 1077-1274 365 1080

9. АО . 143 плита 0,15X3,1>0.05 231,2 1173 172 1077-1274 365 1080

10. АК9ч 83 цилиндр 00,075x0,15 229,3 1129 172 1077-1274 365 1080

11. АО 178 цилиндр 00,075x0115 244,7 1196 172 1077-1274 365 1080

* - вибрация формы (50 Гц) ** -еи6рацияформы(8,7 Гц)

Результаты определения теплоты кристаллизации и теплоемкости по разработанной методике показали, что с увеличением перегрева над температурой со-лидус теплота кристаллизации сплавов увеличивается. Значения теплоемкости сплавов, полученные в результате расчета по модели, имеют несколько завышенное значение по сравнению с теплоемкостью в твердом виде и заниженное - по сравнению с теплоемкостью в жидком виде. Это можно объяснить тем, что разработанная модель учитывает среднее значение теплоемкости металла в интервале от температуры заливки до средней температуры затвердевшей корочки металла.

Сопоставление результатов расчета с литературными данными говорит об адекватности полученных результатов и возможности использования разработанной методики для определения теплоемкости и теплоты кристаллизации литейных сплавов. Процесс выделения теплоты кристаллизации для алюминиевого сплава представлен на рисунке 2.

Л Дж £,

Л'га-с кДж/кг

а) б)

Рисунок 2 - Темп выделения скрытой теплоты кристаллизации сплава с вибрацией и без вибрации формы (а) и зависимость удельной теплоты кристаллизации от температуры (б)(1 - заливка формы без вибрации;

2 - вибрация формы (50 Гц); 3 - расчет по методике Вейника А.И.)

Выделение теплоты кристаллизации происходит неравномерно. По мере роста количества твердой фазы происходит изменение удельного теплового эффекта кристаллизации. Полученные результаты свидетельствуют о снижении теплоты кристаллизации сплава под действием вибрации и изменения темпа ее выделения в процессе кристаллизации. При кристаллизации сплава под действием вибрации наблюдается выделение несколько большего количества тепла вблизи температуры ликвидус, что связано с образованием большего количества центров кристаллизации. При кристаллизации в интервале температур ликвидус-солидус состав твердой фазы непрерывно и заметно изменяется, вместе с ним изменяется и удельная теплота кристаллизации твердой фазы. За счет большей суммарной поверхности растущих кристаллов выделяется меньшее количество теплоты, а часть выделившейся теплоты расходуется на диффузионное выравнивание состава твердой фазы.

В работе экспериментально доказано, что вибрационное воздействие на расплав приводит к изменению теплофизических условий его ■ затвердевания. При формировании кристаллической структуры под действием вибрации повышается интенсивность теплоотвода от расплава к стенкам формы и растет темп кристаллизации расплава на 25-35 %, что приводит к ускорению затвердевания отливки. Помимо изменения интенсивности теплоотвода наблюдается изменение величины и темпа выделения теплоты кристаллизации.

На рисунке 3 представлены полученные зависимости коэффициента кристаллизации от толщины затвердевшей корочки и от времени для цилиндрического

образца диаметром 30 мм и длиной 300 мм из алюминиевого сплава при вибрации с частотой 50 Гц (кривая I) и без вибрации формы (кривая 2). В таблице 4 приведено сопоставление расчетных и экспериментальных данных по определению времени и коэффициента затвердевания образцов в песчано-глинистой форме. Результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными.

0,000«

¡0,00045

0,0003

О 0,005 0,01 0,015

толщикз затвердевшей корочки, м

а) б)

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента затвердевания цилиндрического образца из алюминиевого сплава от времени (а) и толщины затвердевшей корочки (б)

Таблица 4 - Сопоставление результатов определения времени и коэффициента затвердевания образцов в песчано-глинистой форме с экспериментальными данными

Материал образца Размер образца | Я Экспериментальные данные Расчетные данные

|1 время затвердевания, с коэффициент затвердевания, м/с" время затвердевания, с коэффициент затвердевания, м/с0''

алюминиевый сплав циливдр 00,03x0,3 0,0075 240 ' 0,000484 247 0.000477

алюминиевый сплав* цилиндр 00,03x0,3 0,0075 152 0,000608 148 0,000616

серый чугун СЕ 4,04% цилиндр 0 0,06X0.3 0,0150 525 0,000655 534 0,000649

серый чугун СЕ 4,04 % цилиндр 0 0.03x0,3 0,0075 110 0,000715 112 0,000707

серый чугун СЕ3.82 % цилиндр 0 0,06X0,3 0,0150 479 0,000685 486 0,000681

АК 9ч плита 015ха15хС105 0,0250 1625 0,000620 1645 0,000616

АО плита <115x0,15x0,05 0,0250 2120 0,000543 2141 0,000540

АК9ч цилиндр 00,075x0,15 0,0187 610 0,000757 597 0,000767

АО ЦИЛИНДР 00,075x0,15 0,0187 978 0,000560 986 0,000597

* вибрация формы (50Гц)

Коэффициент затвердевания в момент после заливки металла в форму отличен от нуля. Это связано с тем, что металл заливается в форму, температура которой значительно ниже температуры металла. В промежутке времени от 5 до 200 с (от 5 до 110 с при вибрации формы) коэффициент затвердевания меняется плавно и незначительно - это связано с тем, что произошло выравнивание градиента температур. Далее, на конечном этапе, наблюдается резкое увеличение коэффициента кристаллизации, что связано с объемной кристаллизацией середины отливки.

Сопоставление результатов определения коэффициента и времени полного затвердевания образцов в песчано-глинистой форме с экспериментальными данными подтверждает адекватность используемой математической модели.

С помощью разработанной математической модели изучен характер изменения коэффициента затвердевания для трех основных тел: плита, цилиндр и шар. На рисунке 4 представлены полученные зависимости коэффициента кристаллизации от толщины затвердевшей корочки и от времени для отливок типа «плита» (кривая 1), «цилиндр» (кривая 2) и «шар» (кривая 3) из алюминиевого сплава, имеющих одинаковый приведенный размер 7,5 мм, затвердевающих в песчаной форме.

150 300

вреия.с

0 0.0015 0,003 0,0045 0,00« 0,0075 приведенная татц1ша затвердевшей корочки, м

а)

б)

Рисунок 4 - Зависимость коэффициента затвердевания алюминиевого сплава в песчаной форме от времени (а) и приведенной толщины затвердевшей корочки (б)

В начальный момент коэффициент затвердевания резко нарастает дня всех типов конфигурации отливок. В дальнейшем для плиты он устанавливается практически постоянным с незначительным увеличением (от 0,000330 до 0,000333 м/с0,5). Для цилиндра коэффициент затвердевания до момента кристаллизации 1/3 Й незначительно увеличивается (от 0,000310 до 0,000333 м/с0'3). На конечном этапе коэффициент затвердевания резко возрастает. Для шаровой отливки изменение коэффициента затвердевания в зависимости от приведенной толщины нарастающей корочки имеет аналогичный характер, только коэффициент имеет большее значение. В течение последнего момента затвердевания значение коэффициента резко увеличивается.

Для сравнения времени затвердевания отливок тапа «плита» (кривая 1), «цилиндр» ( кривая 2) и «шар» (кривая 3) из серого чугуна с одинаковым приведенным размером Д=0,29 м в окрашенной металлической форме, с толщиной стенки 25 мм по разработанной модели была проведена серия расчетов, результаты которых представлены на рисунке 5.

О 7500 15000 22500 30000 время, с

О 0.05 0.1 0,15 0,2 0,25 0.3 приведенная толщина затвердевшей корочки, м

а) б)

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента затвердевания серого чугуна в металлической форме от времени (а) и приведенной толщины затвердевшей корочки (б)

Характер изменения коэффициента затвердевания для трех основных тел различен. В начальный момент коэффициент затвердевания нарастает от нуля для всех типов конфигурации отливок. В дальнейшем он плавно нарастает, причем для плиты нарастает медленно, для цилиндра быстрее, для шара скорость затвердевания максимальна. Для плиты коэффициент затвердевания с момента ==7000 с нарастает практически линейно. Для цилиндра коэффициент затвердевания нарастает практически линейно в промежутке времени 2000+11000 с, для шара - в промежутке времени 2000*7000 с. На конечном этапе (т—>гз) коэффициент затвердевания цилиндрической отливки резко возрастает. Для шаровой отливки наблюдается еще большее ускорение процесса затвердевания на конечном этапе. Характер изменения коэффициента затвердевания в зависимости от толщины нарастающей корочки хорошо согласуется с литературными данными.

На рисунке 6 представлено сравнение характера затвердевания отливок в песчаной и металлической форме для трех основных тел: плиты, цилиндра и шара.

Скорость затвердевания металла на начальном этапе для металлической формы ниже, чем для песчано-глинистой формы. Это происходит по двум причинам: во-первых, конвекция во время заливки и сразу после нее приводит к выравниванию температуры по сечению отливки, задерживая тем самым начало процесса затвердевания, во-вторых, сказывается сопротивление на поверхности раздела отливка-форма - кокильная краска. Затем начинается увеличение скорости затвердевания отливок в металлической форме. На конечном этапе затвердевания

скорость нарастания твердой корочки в .металлической форме значительно выше, чем в песчано-глинистой.

190 300 время, с

450

7500 15000 «500 время, С

ЗОООО

а)

б)

Рисунок 6 - Кривые затвердевания отливок в неметаллической (а) и металлической (б) формах для трех классических тел: 1 -плиты, 2 - цилиндра, 3 - шара

На конечной стадии наблюдается резкое ускорение процесса затвердевания для цилиндрической отливки, как в металлической форме, так и в песчаной форме, и еще большее ускорение процесса для шара. Для стенки ускорение процесса при е-отсутствует.

В работе приводятся сопоставление результатов теоретических, аналитических расчетов и экспериментальных данных по определению толщины затвердевшей корочки для отливок различной конфигурации при литье в металлическую и песчано-глинистую формы с результатами расчета по разработанным моделям. Сопоставление полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что разработанные численные модели расчета процесса затвердевания отливок в песчаных и металлических формах дают удовлетворительные результаты.

Разработанная математическая модель содержит теллофизические параметры материала формы и отливки, значения которых являются функциями температуры, и их точные значения зачастую неизвестны или приводятся в справочниках в виде диапазона значений. Для оценки влияния теплоемкости, теплопроводности и плотности материалов отливки и формы, удельной теплоты кристаллизации, температуры перегрева металла на результат расчета по предлагаемой модели была произведена серия расчетов.

Увеличение теплоемкости и плотности металла приводит к увеличению времени полного затвердевания отливки и снижению коэффициента затвердевания; увеличение плотности, теплоемкости и теплопроводности формовочной смеси уменьшает время затвердевания и увеличивает коэффициент затвердевания отливки, что соответствует данным других авторов. Изменение коэффициента теплопроводности металла приводит к незначительному изменению времени затвердевания (менее 5 с), так как при литье в песчаную форму, определяющую роль играет коэффициент теплопроводности формовочной смеси.

На рисунке 7 представлены зависимости времени полного затвердевания для цилиндрической отливки с приведенным размером 7,5 мм из алюминиевого сплава от коэффициента аккумуляции тепла формы. Характер теоретической кривой, представленной на рисунке 8 (а), совпадает о экспериментальной кривой А.И. Вейника. Меняя состав и свойства формовочной смеси, можно изменять время и скорость затвердевания в широком диапазоне, влияя на структуру и свойства отливок.

§400

¡100 ! о

0,00]

8*

| 0,001

/

О 3 10 15 ■

коэффициент тепловой аккумуляции

формы; Ь 10'\ Вгс°'5/(мгК)

0 5 10 15

коэффициоеттепловойоххумулгцин фораы: 6 ф. 1 С5, Втс0г!/(»Лс)

а) б)

Рисунок 7 - Зависимость времени полного затвердевания отливки (а) и коэффициента затвердевания (б) от коэффициента тепловой аккумуляции формы

Время полного затвердевания отливки в песчаной и металлической формах растет с перегревом расплава. Это связано с тем, что, во-первых, растет время отвода теплоты перегрева, а, во-вторых, увеличивается объем прогретого слоя формы. В результате при незначительных перегревах процесс поглощения формой тепла происходит с большой скоростью. При больших перегревах процесс затвердевания замедляется, так как тепло кристаллизации передается от отливки в окружающую среду через нагретый слой формовочной смеси, то есть часть аккумулирующей способности формы расходуется на снятие теплоты перегрева расплава. Но перегрев заливаемого металла оказывает меньшее влияние на скорость процесса затвердевания в кокиле по сравнению с неметаллической формой, так как теплоаккумулирующая способность кокиля выше, чем теплоаккумулирующая способность неметаллической формы. В связи с этим перегрев практически не оказывает влияния на ход процесса затвердевания отливок в водоохлаэдаемом кокиле.

При увеличении удельной теплоты кристаллизации сплава время затвердевания отливок в песчаной форме возрастает, а скорость уменьшается. Для металлической формы по сравнению с неметаллической формой теплота кристаллизации оказывает меньшее влияние на скорость процесса. Например, по литературным данным теплота кристаллизации доэвтектического силумина изменяется от 170 кДж/кг до 370 кДж/кг. По результатам численного моделирования, увеличение теплоты кристаллизации в этом диапазоне приводит к увеличению времени затвердевания отливки в металлической форме в 1,8 раза. При затвердевании отлив-

ки из доэвтектического силумина в песчаной форме время затвердевания при этом увеличивается в 2,7 раза. Это связано с различием теплофизических характеристик материалов форм: металлическая форма быстрее отводит тепло кристаллизации, выделяющееся при нарастании твердой корочки, чем песчано-глинистая.

На скорость затвердевания отливок в металлических формах большое влияние оказывает краска, наносимая на внутреннюю поверхность формы. Краска обладает большим термическим сопротивлением по сравнению с термическим сопротивлением металла формы, поэтому изменение толщины и теплофизических характеристик слоя краски приводит к значительному изменению скорости затвердевания отливок в кокиле.

Для чугунной отливки диаметром 1,16 м затвердевающей в чугунном кокиле с толщиной стенки 25 мм, расчет по разработанной методике показал, что изменение слоя краски от 0 до 2 мм приводит к увеличению времени затвердевания в 1,5 раза, изменение коэффициента теплопроводности кокильной краски от 0,1 до 0,5 Вт/(мК) приводит к уменьшению времени затвердевания в 2 раза.

В пятой главе представлены результаты исследований возникновения тепловых флуктуаций при фазовых переходах первого рода; предложена методика определения резонансной частоты вибрации; представлены результаты экспериментальных исследований, направленных на изучение влияния вибрации на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов, механические свойства и качество получаемых отливок, проведенных в лабораторных и промышленных условиях.

При анализе температурных кривых были изучены факторы, определяющие точность результатов опытов. Так как эксперименты проводились на валках массой 20 т, имеющих максимальную скорость охлаждения около 0,04 "С/сек, то можно оделать вывод, что полученные пульсации температуры непосредственно связаны с тепловыми процессами в исследуемых волках.

На рисунке 8 приведены тепловые флуктуации в момент эвтектического превращения в чугуне. В верхних слоях наблюдается переохлаждение при эвтектическом превращении чугуна на Д7"= 8-10 °С, для нижних слоев валка эта величина составила Д Т= 5-7 °С.

. Н40 ЙШ5

а.

S изо 1120

1115

25000 25500 26000 26500 27000 27500

Время, сек нижняя шейка валка

27000 27500

25000 25500 26000 26500

Время, сек верхняя шейка валка

Рисунок 8 - Тепловые флуктуации на различных горизонтах валка в момент эвтектического превращения в чугуне

Анализ частоты тепловых флуктуаций на различных слоях валка показал, что она практически не меняется за весь период затвердевания и охлаждения валка в форме и зависит только от высоты горизонта слоя валка. Значение частоты тепловых флуктуаций (/), рассчитанное по экспериментальным данным, в нижнем слое валка составило /=0,011-0,014 Гц, в бочке валка - /=0,008-0,009 Гц, в верхней шейке валка -/=0,006-0,007 Гц. Частота тепловых флуктуаций по сечению валка меняется нелинейно. В нижних слоях валка с увеличением горизонта до высоты в 1,4 м от нижней части шейки в форме наблюдается резкое ее понижение. Далее частота тепловых флуктуаций снижается практически линейно. Размах тепловых флуктуаций при эвтектическом превращении составил 7- 30 °С,

При проведении экспериментов зафиксированы температурные флуктуации при эвтектоидном превращении в чугуне, представленные на рисунке 9. Их величина составила 2 - 3 °С. На температурных кривых при приближении к температуре эвтектоидного превращения наблюдаются небольшие площадки. Они свидетельствуют о том, что в слоях, находящихся ближе к поверхности охлаздения стенки валка относительно точки установки термопары, протекают структурные превращения в чугуне с выделением тепла. При этом теплоотвод от точки измерения замедляется, пока выделившееся тепло не будет отведено наружу через стенку валка.

.......

ку 1а

97300 99000 100300 Время, сек

101000 102500 104000 105300 107000 Еромя, сек

нижняя шейка валка верхняя тОка валка

Рисунок 9 - Тепловые флуктуации на различных горизонтах валка в момент эвтектоидного превращения в чугуне

Наличие тепловых флуктуаций в твердом состоянии при эвтектоидном превращении однозначно показывает, что за их возникновение на фронте кристаллизации ответственен пульсирующий характер фазового перехода первого рода, а не турбулентный характер тепловых флуктуаций жидкости. Аналогичные тепловые флуктуации наблюдали другие исследователи на верхних горизонтах и вертикальных стенках отливок. Замечено, что тепловые флуктуации возрастают на вертикальной стенке с увеличением температурного градиента в жидкости перед фронтом затвердевания.

На основе экспериментальных данных разработана математическая модель, позволяющая определить размах тепловых флуктуаций ЛГл, при эвтектическом и ЛГл2 при эвтектоидном превращениях в чугуне.

где Ь - удельная теплота кристаллизации, Дж/кг, рт - плотность твердого металла, кг/м3;«- коэффициент теплообмена на фронте кристаллизации, Вт/(мгК), г, - время единичного цикла кристаллизации, с; АН - теплота фазового перехода, Дж/кг, сА - теплоемкость аустснита, Дж/(кгК).

Эффективная резонансная частота вибрации определяется массой или приведенным размером отливок, так как эти же параметры определяют полный цикл и частоту кристаллизационных пульсаций.

Для определения резонансных частот вибрации предложена формула

где т-1, 2, 3...\ Тц~ время одного цикла кристаллизации дня бочки валка с приведенным размером Л«.

Используя значения для бочки валка, полученные экспериментально: Гд=110 с; Лб=290 мм; можно рассчитать резонансные частоты вибрации.

Частота вибрации будет эффективна, если будет совпадать с частотой тепловых флукггуаций, либо будет ей кратна. Для отливки с приведенным размером Л=7,5 мм - 12,5 Гц и кратные ей частоты: 25; 37,5; 50... Гц.

На рисунке 10 представлены результаты исследований влияния режима вибрации на плотность и твердость отливок с приведенным размером 7,5 мм и 8,25 мм. Экспериментально установлено, что максимальная плотность достигается при частоте вибрации около 50 Гц и 37 - 39 Гц, максимальная твердость - при частоте 48 - 49 Гц и 42 - 44 Гц, для отливок с приведенным размером 7,5 мм и 8,25 мм соответственно. Полученные результаты свидетельствуют об удовлетворительном совпадении результатов расчета резонансной частоты кристаллизации с данными экспериментов.

С помощью металлографических исследований установили, что наложение вибрации с частотой 50 Гц существенно изменяет процесс формирования отливки, что выражается в измельчении зерна на 25-40%. Использование вибрации с частотой ниже 27,7 Гц для отливок с приведенной толщиной стенки 7,5 мм из алюминиевого сплава является малоэффективной.

Полученные рекомендации в части управления формированием отливок были использованы в условиях ОАО «Производственное объединение Алтайский моторный завод» при организации технологии виброобработки отливок из сплавов АК7 (ГОСТ 1583-93), изготавливаемых в песчаных формах, с учетом специфики и требований, предъявляемых к качеству металлопродукции. Образцы на механические испытания, вырезанные непосредственно из тела отливки, подверг-

Ж^-^Е^ йТ^-Ж/сл, 2аЛ г„

(17)

(18)

нутой вибрационному воздействию, показали увеличение параметров ов на 6-8%, 5 на 40 - 42 %, НВ на 6 -14 %, В условиях фирмы «Гольф» по изготовлению специального алюминиевого литья были проведены исследования влияния вибрации на процесс кристаллизации силуминов. Сравнительные испытания образцов, полученных без вибрации форм и подвергнутых вибрационной обработке, показали повышение механических свойств (ГОСТ 1583-93) по сравнению с базовым уровнем ств на 8-15%, 8 на 30 - 35 %.

твердость алюминиевого сплава (1 - отливка с приведенным размером 7,5 мм (резонансные частоты по расчету: 12,5; 25; 37,5; 50 Гц); 2 - отливка с приведенным размером Я= 8,25 мм (резонансные частоты по расчету: 10,3; 20,6; 41,2 Гц)

Исследования качества металла показали, что виброобработка на оптимальных резонансных частотах позволяет повысить плотность металла на 8-12 % и снизить процент брака по герметичности с 15 до 7 %.

В заключение работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель затвердевания, учитывающая основные теплофизичсскис параметры металла отливки и материала формы, условия теплообмена на фронте кристаллизации, на границе «отливка-форма» и на поверхности формы при наличии внешнего воздействия на расплав и без него.

2. Разработана математическая модель расчета теплоемкости и теплоты кристаллизации сплава на основе данных, полученных методами термического анализа и вычислительного эксперимента.

3. Выполнено натурное исследование возникновения тепловых флуктуаций на фронте кристаллизации. Тепловые флуктуации экспериментально зафиксированы методом термического анализа при кристаллизации прокатного валка массой 20 тонн, с диаметром бочки 1,16 м в условиях литейного цеха ОАО «КМК».

4. Экспериментально установлено, что на отливках диаметром 30 мм на доэвтек-тических алюминиевых сплавах наиболее оптимальной является резонансная частота 50 Гц.

5. Установлено, что вибрационное воздействие с оптимальными параметрами эффективно влияет на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов. Зерно измельчается на 25-40%, твердость по Бринеллю возрастает на 6-14 %, относительное удлинение возрастает на 30 - 42 %, временное сопротивление разрыву возрастает на 6 -15 %.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Влияние толщины затвердевшей корочки и прогретого слоя формы на скорость кристаллизации отливок. / И. Ф. Селянин, А. И. Куценко, О. Г. Приходько, А. В. Феоктистов, В. Б. Деев // Приложение к журналу «Литейное производство», 2002, №9, с. 2-4.

2. Определение теплоты кристаллизации и теплоемкости сплава по результатам термоанализа./ Г. А. Косников, А. И. Куценко, О. Г. Приходько, И. Ф.Селянин // Приложение к журналу «Литейное производство», 2002, №9, с. 5 - 7.

3. Влияние толщины затвердевшей корочки и прогретого слоя формы на скорость кристаллизации отливок и слитков. / А. И. Куценко, И. Ф. Селянин, О. Г. Приходько, С. В. Морин, Р. М. Хамитов // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств: Сб. науч. тр./ Под ред. д. т. н., профессора В. А. Маркова и д. т. н., профессора А. М. Гурьева - Вып. 4. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002., с. 78-81.

4. Результаты исследования механических свойств и микроструктуры валков производства ОАО «КМК». / А. И. Куценко, С, В. Морин, Р. М. Хамитов, О. Г. Приходько, С. А. Тимонин. Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения. Труды региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. / Под общей ред. Кулакова С. М. /СибШУ. - Новокузнецк, 2002, - Вып. 6. -463 с.

5. Контактное взаимодействие отливка-форма под действием вибрации. /И.Ф. Селянин, А.И. Куценко, C.B. Морин, Р.М. Хамитов, О.Г. Приходько. //Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения. Труды региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. / Под общей ред. Кулакова С. М. /СибГИУ. - Новокузнецк, 2004, - Вып. 8. - С 243.

6. Жидкотекучесть алюминиево-кремниевых сплавов под действием вибрации. /И.Ф. Селянин, А.И. Куценко, C.B. Морин, P.M. Хамитов,' О.Г. Приходько. //Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения. Труды региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. / Под общей ред. Кулакова С. М. /СибШУ. - Новокузнецк, 2004, - Вып. 8.-С 244.

7. Исследование влияния вибрации на теплофизические процессы кристаллизации литейных сплавов. / И.Ф. Селянин, А.И. Куценко, P.M. Хамитов, C.B. Морин, О.Г. Приходько. //Межрегиональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, СИБУП. - Красноярск, 2004 - С. 226.

8. Определение времени и коэффициента затвердевания отливок и слитков в металлической форме. /И.Ф. Селянин, А.И. Куценко, О.Г. Приходько, Р.М. Хамитов.// Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств: Сб. науч. тр,/ Под ред. д. т. н., проф. В. А. Маркова и д. т. н., проф. А. М. Гурьева - Вып. б. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004., с. 98 -100.

9. Определение частоты вибрации, эффективно действующей на процесс кристаллизации отливок. /И.Ф. Селянин, А.И. Куценко, О.Г. Приходько, C.B. Мо-рин.// Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств: Сб. науч. тр./ Под ред. д. т. н., проф. В. А. Маркова и д, т. н., проф. А. М. Гурьева - Вып. 6. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004., с. 101 -103.

Изд. лиц. № 01439 от 05.04.2000 г. Подписано в печать 21.10.2004 г. Формат бумаги 60x80 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная Усл. печ. л. 1,22 Уч. - изд. л, 1,37 Тираж 100 экз. Заказ

Сибирский государственный индустриальный университет 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42 Издательский центр СибГИУ

РНБ Русский фонд

2007-4 17889

09 НОЯ 2004 Ч

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Исследование затвердевания и кристаллизации сплавов.

1.1.1 Закон квадратного корня.

1.1.2 Решение частных задач кристаллизации и затвердевания.

1.1.3 Натурные исследования процесса кристаллизации.

1.1.4 Анализ результатов исследований процессов затвердевания отливок и слитков.

1.2 Метод термического анализа с использованием микропроцессорных устройств.

1.3 Математическое моделирование процессов затвердевания и кристаллизации.

1.4 Влияние внешних воздействий на процессы затвердевания и кристаллизации.

Глава 2. Методика исследования.

2.1 Измерительный комплекс.

2.2 Методика проведения температурных измерений на крупногабаритных чугунных валках.

2.3 Проведение плавок в лабораторных условиях.

2.4 Исследование процессов кристаллизации сплавов.

2.5 Исследование влияния вибрации на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов.

2.6 Исследование механических свойств и плотности сплавов.

2.7 Исследование микроструктуры сплавов.

2.8 Обработка экспериментальных данных.

Глава 3. Математические модели процессов затвердевания отливок и слитков

3.1 Определение времени и коэффициента затвердевания отливок и слитков.

3.1.1 Определение времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме.

3.1.2 Определение времени и коэффициента затвердевания отливок и слитков в металлической форме.

3.2 Определение теплоты кристаллизации и теплоемкости сплава по результатам термического анализа.

Глава 4. Результаты математического моделирования.

4.1 Результаты определения теплоемкости и теплоты кристаллизации металла.

4.2 Результаты определения времени и коэффициента затвердевания.

4.2.1 Результаты определения времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме.

4.2.2 Результаты определения времени и коэффициента затвердевания отливок в металлической форме.

Глава 5. Натурные исследования влияния внешнего воздействия на процесс кристаллизации сплавов.

5.1 Анализ возникновения тепловых флуктуаций при фазовых переходах первого рода.

5.2 Исследование теплового режима на фронте кристаллизации при затвердевании чугунных прокатных валков.

5.3 Определение оптимальной резонансной частоты вибрации.

5.4 Использование, опытно-производственная апробация и внедрение результатов исследований.

Проблема производства качественных отливок была и остается самой важной задачей литейного производства. Затвердевание расплава литейных сплавов в форме является одним из этапов технологии литья, при этом происходит формирование большинства важнейших свойств отливки.

На процесс формирования отливки влияют особенности теплообмена между затвердевающим расплавом и литейной формой. В частности: характер течения жидкого металла, переохлаждение кристаллизующегося расплава, выделение теплоты кристаллизации в материале отливки, особенности механизма процесса затвердевания сплавов, геометрические и физические свойства отливки и формы, изменение зазора в процессе охлаждения отливки и нагрева формы, изменение теплофизических коэффициентов материалов отливки и формы и т.д. Однако учет всех перечисленных факторов связан с большими затруднениями экспериментального и теоретического характера. Исследователи при разработке математических моделей обычно сужают круг вопросов, подвергаемых анализу, прибегают к различного рода допущениям. Все это является причиной существенных иногда расхождений расчетных и экспериментальных данных.

В настоящее время существует несколько теорий кристаллизации сплавов, каждая из которых имеет свои недостатки, достоинства и ограничения.

Математическое моделирование в настоящее время становится одним из наиболее мощных средств исследования и разработки технологических процессов в литейном производстве. Несмотря на значительные успехи в области математического моделирования литейных процессов, существуют объективные факторы, сдерживающие развитие этой области исследований. Во-первых, это возрастающая сложность разрабатываемых моделей. Затраты на их развитие и проведение численных экспериментов на ЭВМ могут превышать стоимость исследуемых промышленных установок. Во-вторых, при математическом моделировании процессов литья для получения разумных количественных результатов необходимо иметь точные данные о параметрах математических моделей - теплофизических коэффициентах. Использование при создании достаточно сложных моделей справочных данных по этим параметрам не всегда оправдано. Это связано с отличием лабораторных условий от реальных условий процесса, поэтому такие модели имеют большую погрешность. Все это является причиной существенных иногда расхождений расчетных и экспериментальных данных.

Исследование процесса затвердевания литейных сплавов, изменения теплофизических характеристик материалов отливки и формы имеет важное значения для понимания механизмов и уточнения математических моделей процесса кристаллизации.

Один из способов воздействия на процесс затвердевания отливки и повышения качества отливок является внешнее воздействие на кристаллизующийся расплав. Однако механизм воздействия на расплав принудительных колебаний и перемешивания во время затвердевания изучен недостаточно. Объяснение существа происходящих явлений, а также практические данные и рекомендации часто не согласуются между собой, а иногда и противоречат друг другу, поэтому актуальным является изучение влияния внешнего воздействия на процесс затвердевания отливки.

Цель работы. Разработка методики расчета процессов кристаллизации в песчано-глинистых и металлических формах с использованием данных натурного эксперимента.

Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи:

1. Разработать математическую модель, учитывающую теплофизические параметры металла отливки и материала формы, позволяющую рассчитать коэффициент кристаллизации и время затвердевания отливок и слитков, как при наличии внешнего воздействия, так и без него.

2. Разработать математическую модель расчета теплоемкости и теплоты кристаллизации по данным термического анализа (ТА) сплавов.

3. Провести натурное исследование возникновения тепловых флуктуаций на фронте кристаллизации.

4. Произвести расчет резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации и сравнить результаты расчета с экспериментальными данными.

5. Провести натурные исследования процессов кристаллизации на базе доэв-тектических алюминиевых сплавов как с внешним воздействием в виде вибрации, так и без него.

6. Практически реализовать результаты исследований с целью улучшения качества отливок.

Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель, учитывающая основные теплофизи-ческие параметры металла отливки и материала формы, условия теплообмена на фронте кристаллизации, на границе «отливка-форма» и на поверхности формы, позволяющая рассчитать коэффициент кристаллизации и время затвердевания отливок и слитков при наличии или отсутствии внешнего воздействия на расплав.

2. Разработаны математические модели расчета процесса кристаллизации литейных сплавов с использованием экспериментальных данных, полученных методом термического анализа.

3. Экспериментально методом термического анализа зафиксированы тепловые флуктуации при кристаллизации прокатного чугунного валка массой 20 тонн в условиях литейного цеха ОАО «КМК» и проведено натурное исследование тепловых флуктуаций на фронте кристаллизации.

4. Разработана методика определения резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации, и экспериментально установлено влияние вибрации на кристаллизующийся расплав.

Практическая значимость работы заключается в разработке математических моделей, программ для ЭВМ, позволяющих определять теплоемкость, теплоту кристаллизации, время затвердевания по данным ТА. Совокупность экспериментальных и теоретических результатов, полученных при проведении исследований, позволяет определить оптимальную частоту вибрации кристаллизующегося расплава. Виброобработка расплава позволяет управлять качеством отливок за счет регулирования их механических свойств.

Достоверность результатов исследования определяется корректностью поставленных задач; применением современных экспериментальных и теоретических методов и методик исследования процессов кристаллизации, основанных на известных положениях фундаментальных наук, теоретических положениях теории литейных процессов, теории затвердевания отливок и математического моделирования; применением аппарата математической статистики для обработки результатов эксперимента; сопоставимостью экспериментальных данных и результатов расчета, полученных теоретическим путем и их сравнительным анализом с результатами исследований других авторов.

На защиту выносятся:

- математическая модель расчета времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой и металлической формах;

- математическая модель расчета теплоемкости и теплоты кристаллизации сплавов на основе экспериментальных данных, полученных методами ТА;

- результаты исследований тепловых флуктуации на фронте кристаллизации при фазовых переходах первого рода;

- результаты определения резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации;

- результаты экспериментальных исследований по влиянию вибрации на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов, механические свойства и качество получаемых отливок.

Аннотация диссертационной работы по главам. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, приложения и библиографического списка из 165 наименований. Материалы изложены на 173 страницах, содержат 18 таблиц, 74 рисунка.

Результаты работы используются в учебном процессе при проведении научных исследований, в дипломном проектировании, при изучении курса «Моделирование процессов и объектов в металлургии»; могут быть использованы при изучении курса «Теория литейных процессов».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнен анализ основных теорий процесса затвердевания, теоретических и экспериментальных методов определения параметров кристаллизации.

Получены новые научные теоретические и практические результаты. Разработаны: математические модели расчета процессов затвердевания отливок в металлической и песчаной форме, учитывающие теплофизические параметры металла отливки и материала формы, условия теплообмена на фронте кристаллизации, на границе «отливка-форма» и на поверхности формы, позволяющие определить время и коэффициент затвердевания при внешнем воздействии на затвердевающий расплав и без него; математическая модель расчета удельной теплоты и теплоемкости сплава, по данным ТА. Результаты расчета по предложенным математическим моделям анализировались и сопоставлялись с данными других исследователей.

Выполнено натурное исследование процесса затвердевания прокатного валка массой 20 т методом ТА, зафиксированы тепловые флуктуации на фронте кристаллизации при эвтектическом и эвтектоидном превращении. По данным натурного эксперимента определено, что частота вибрационного воздействия должна соответствовать частоте тепловых флуктуаций.

1. Гуляев Б. Б. Исследование влияния состава сплава на кинетику затвердевания отливок / Гуляев Б. Б., Магницкий О. Н. // Затвердевание металлов: Сб. научн. тр. -М.: Машгиз, 1958. -332 с.

2. Гиршович Н.Г. О взаимосвязи между процессами затвердевания и кристаллизации. / Н. Г. Гиршович //Литейное производство. № 7 - 1959. С. 31-34.

3. Вейник А. И. Теория затвердевания отливки / Вейник А. И. М.: Машгиз, 1960. - 436 с.

4. С.М. Adams, Jr. and H.F. Taylor. Flow of Heat From Sand Castings by Conduction, Radiation and Convection. Transaction, American Foundry men's Society, 1957. -340 c.

5. Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. Ч. 1. Тепловые основы теории литья. Затвердевание и охлаждение отливки: Учеб. пособие / Г. Ф. Баландин М.: Машиностроение, 1976 г. - 328 с.

6. Хворинов Н. Затвердевание отливок: Пер. с нем. и чешек. / Хворинов Н. — М.: Изд. иностр. лит, 1955. -323 с.

7. Saito Т. Source of поп metallic Inclusions in Steel Ingot, International conference on Radio - Isotopes in Scientific Research. Paris, 1957. -410 c.

8. Пржибыл Й. Затвердевание и питание отливок. Пер. с чешек. / Й. Пржибыл. М.: Машгиз, 1957. - 230 с.

9. Горшков А. А., Поверхностное легирование стальных отливок. / А. А. Горшков, Е. И. Рабинович Москва - Свердловск: Машгиз, 1950. - 227 с.

10. Ю.Гуляев Б.Б. Затвердевание и неоднородность стали. / Б. Б. Гуляев — Ленинград Москва: Металлургиздат, 1950. - 228 с.

11. И.Иванцов Г. П. Исследование теплообмена слитка и изложницы. / Г. П. Иванцов К. И. Афанасьева, Г. С. Селькин // Теплотехника слитка и печей: Труды ЦНИИЧМ. М.: Металлургиздат, 1953. - 260 с.

12. Рыжиков А. А. Теоретические основы литейного производства. / А. А. Рыжиков. Москва-Свердловск.: Машгиз, 1961. -448 с.

13. Сакаян Т. Н. Нестационарная теплопроводность при изменении агрегатного состояния в интервале температур. Сборник работ кафедры физики МТИПП «Тепло- и массообмен в капиллярно-пористых телах», вып. 8. Москва - Ленинград.: Горсэнергоиздат. 1957. - 278 с.

14. Вейник А. И. Тепловые основы теории литья. / А. И. Вейник — М.: Машгиз, 1953.-384 с.

15. Jura S. Oceny procesu kristalizach па podstawie analisy krzywych krzephiecia (metoda ADT)//Krzepniecie metali i stopow. Gliwice, - 1988. - S. 157 — 168.

16. Вейник А. И. Теплообмен между слитком и изложницей. / А. И. Вейник -М.: Металлургиздат, 1959. 357 с.

17. Гиршович Н.Г. Аналитическое решение простейших задач о затвердевании отливок разной конфигурации / Н. Г. Гиршович, Ю. А. Нехендзи //Литейное производство. 1956. - № 3, 4, 6, 12.

18. М. Флеминге. Процессы затвердевания: Пер. с англ. / Флеминге М. М.: Мир, 1977, 425 с.

19. Комаров О.С. Формирование структуры чугунных отливок. / О. С. Комаров. Минск: Наука и техника, 1977. - 224 с.

20. Нехендзи Ю.А. Получение здоровых термических узлов стальных отливках / Ю.А. Нехендзи, Ф.Д. Оболенцев //Литейное производство. -№7-1951. С. 27-31.

21. Цибрик А.Н. Теплоизоляционные материалы для облицовки форм и прибылей отливок и слитков / А.Н. Цибрик. М.: Машгиз. - 1962. — 256 с.

22. Сосненко М.Н. Графитовые литейные формы / М. Н. Сосненко. М.: Машгиз. - 1963 .-312с.

23. Горшков И. Е. Литье слитков цветных металлов и сплавов. М.: Металлургиздат. - 1952. - 357 с.

24. Мариенбах JI.M. Оценка качества чугуна по углеродному эквиваленту / Л.М. Мариенбах, В.В. Кандалин // Литейное производство 1965. - № 2. - С. 40-42.

25. Гиршович Н.Г. Чугунное литье / Г. Н. Гиршович М.: Металлургиздат, 1949.-238 с.

26. Нехендзи Ю. А. Стальное литье / Ю.А. Нехендзи М.: Металлургиздат, 1948.-766 с.

27. Гаген-Торн В. О. Кристаллизация и строение слитка / В. О. Гаген-Торн // Металлург 1937. - № 2, № 11.

28. Кристаллизация металлов: Труды четвертого совещания по теории литейных процессов / Под ред. Б.Б. Гуляева. М.: Академия наук СССР. -1960.-236 с.

29. Жидкие металлы и их затвердевание: Сборник статей / Под ред. Б.Я. Любова. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. — 1962. - 436 с.

30. Термодинамика, физическая кинетика структурообразования и свойства чугуна и стали / Под ред. М.А. Криштала. М.: Металлургия. - 1971. -470 с.

31. Чернов Д. К. и наука о металлах; Сб. трудов Д. К. Чернова / Под ред. Н. Т. Гудцова. М.: Металлургиздат. - 1950. - 563 с.

32. Бялик О.М. Вопросы динамической теории затвердевания металлических отливок / О.М. Бялик, Ю.Л. Ментковский Киев: Вища школа. - 1983. -111с.

33. Каверин С.Г. и др.//Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1980. - № 1. - С. 66 -69.

34. Соболев В.В., Федченко А.И., Трефилов П.М. // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1980. №3. - С. 106 - 109.

35. Фодор, Варга К. Применение радиоактивных изотопов для производства контроля непрерывной отливки. Доклад на 2-ой Международнойконференции ООН по применению атомной энергии в мирных целях № 2240 /Женева. 1958. - 340 с.

36. Короткое К. П. и др. Промышленное применение непрерывной разливки стали / К. П. Короткое. Л.: Судпромгиз, 1958. - 345 с.

37. Скребцов A.M. Конвекция и кристаллизация металлического расплава в слитках и отливках /A.M. Скребцов. М.: Металлургия. - 1993. - 144 с.

38. Затвердевание алюминиевых сплавов под давлением / К. А. Батышев, А. И. Батышев, А.С, Любавин, Т. Я. Шрамко // Литейное производство № 10.- 1993.-с. 26-27.

39. Вейник А.И. Расчет отливки / А.И. Вейник М.: Машиностроение. -1964.-402 с.

40. Гельфер Я. М. Исследование температурных полей в слитке и изложнице с помощью гидравлического интегратора / Я. М. Гельфер, Г. П. Иванцов // Теплотехника слитка и печей: Труды ЦНИИЧМ, вып. 2(5). М.: Металлургиздат, 1953. С. 45.

41. Скворцов А. А. К решению задачи о затвердевании металлов в интервале температур, МВО / Научные доклады высшей школы // Металлургия, 1985. -№2.

42. Yang Y., Louvo A., Rantala T. The effects of alloying and cooling rate on the microstructure and mechanical properties of low alloy gray iron // 57-th International Foundray Congress. Osaka. - 1990. - CIATF - 21 p.

43. Куценко А.И. Совершенствование методики дифференциального термоанализа структурообразования в чугуне / А.И. Куценко, Г.А. Косников, Э.Н. Корниенко // Литейное производство. 1992. - № 6. - С. 29-31.

44. Голод В. М. Теория литейных процессов: Уч. пособие / В. М. Голод. Л.: ЛПИ.- 1983.-88 с.

45. Тагеев В.М. Затвердевание стального слитка / В. М. Тагеев, Б. Б. Гуляев //Металлург. 1938. - №8, - С. 14-17.

46. Хворинов Н.И. Кристаллизация и неоднородность стали / Н.И. Хворинов -М.: Металлургия, 1958. 140 с.

47. Челмерс Б. Теория затвердевания /Б. Челмерс. М.: Металлургия. - 1968. - 242 с.

48. Раддл Р.У. Затвердевание отливок / Р. У. Радлл. М.: Машгиз.- 1958. -392 с.

49. Затвердевание металлов. // Труды второго совещания по теории литейных процессов. М.: Машгиз, 1958. - 534 с.

50. Кристаллизация металлов. Труды второго совещания по теории литейных процессов. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 326 с.

51. Литейные свойства металлов и сплавов //Труды XI совещания по теории литейных процессов. М.: Наука, 1967. - 168 с.

52. Рыжиков А.А. Технологические основы литейного производства. М.: Металлургиздат, 1950. - с. 318.

53. Затвердевание металлов // Труды второго совещания по теории литейных процессов. М.: Машгиз, 1958. - 534 с.

54. Кристаллизация металлов. Труды четвертого совещания по теории литейных процессов. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 326 с.

55. Литейные свойства металлов и сплавов // Труды XI совещания по теории литейных процессов. М.: Наука, 1967. - 268 с.

56. Рыжиков А.А. Теоретические основы литейного производства. — М.: Металлургиздат, 1961. 448 с.

57. Анисович Г.А. Затвердевание отливок. М.: Наука и техника, 1979. - 232 с.

58. Анисович Г.А. Влияние различных факторов на процесс затвердевания отливок // Сб. «Проблемы теплообмена при литье». Мн.: БПИ, 1960. -128 с.

59. Дубровский A.M. Затвердевание металлов. М.: Машгиз, 1958. - 548 с.

60. Ruddle R.W. The Solidification of Castings. Inst, of Metals, Lnd., 1957.

61. Сборник: Жидкие металлы и их затвердевание. // Под ред. Темкина Д.Е., -М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1962. 436 с.

62. Любов Б.Я. Расчет скорости кристаллизации металла в больших объемах // Сб. «Рост кристаллов», т.Ш. М.: Изд. АН СССР, 1961. - с.68.

63. Дубинин Н.П. Исследование процессов литья чугуна в постоянные металлические формы. М.-Л.: Машгиз, 1940. - 232 с.

64. Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. М.: Машиностроение, 1976. - 216 с.

65. Скворцов А.А., Акименко А.Д., Ульянов В.А. Влияние внешних воздействий на процесс формирования слитков и заготовок. М.: Металлургия, 1991.-216с.

66. Блантер М.Е. Методика исследования металлов и обработка опытных данных / М.Е. Блантер. М.: Металлургия. - 1952. - 444 с.

67. Зельдович Я. Б. Элементы прикладной математики / Я. Б. Зельдович, А. Д. Мышкис М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука». 1972. - 592 с.

68. Математические модели затвердевания пробы расплава / О.М. Бялик, А.Н. Доний, Л.Б. Голыб и др. // Литейное производство. — 1989. № 10. - С. 12 - 13.

69. Шумихин B.C. Комплексный контроль качества чугуна методом термического анализа / B.C. Шумихин, В.Т. Витусевич, Г.Л. Корниенко // Литейное производство. 1984. -№2.-С.З-5.

70. Витусевич В. Т. Использование термического анализа для контроля качества чугуна / В.Т. Витусевич, Г.Л. Корниенко, B.C. Шумихин // Современные методы и приборы для определения качества параметров чугуна во время плавки. Волгоград. - 1985. - С. 38 - 39.

71. Снигирь А.Н. Автоматизированная система контроля качества высокопрочного чугуна / А.Н. Снигирь, Г.Б. Петров, А.Ю. Кононов, П.В. Матвеев // Литейное производство. 1986. - № 3. - С. 29 — 31.

72. Снигирь А.Н. Использование данных термического анализа для прогнозирования первичной структуры чугуна с помощью ЭВМ / А. Н. Снигирь // Литейное производство. 1987. - № 10. — С. 3 — 4.

73. Jura S., et al/ Differential analysis of the process cast iron solidification// 46-th International Foundry Congress. Madrid. - 1979. - CIATF. - 12 p.

74. Jura S., Sakwa J. Andwendung der derivative Differential-Termoanalyse zur Bewertung der mechanischen Eigenschaften von Gusseisen mit Lammellengraphit// Gissereiforschung. 1983. - № 35. - S. 376 - 383.

75. Jura S., Szelkowy E. A., Maslennikow S. N. Jak uzyskac wyzsza precyzie oceny zowartosci Pierwiastkow w zeliwie przy pomocy metody ATD//Krzepniecie metali i stopow. Gliwice, - 1988. - S. 37 - 43.

76. Jura S., Jura J., Jura Z. Zastowanie metody ATD i obsluga programu ATD V3 do oceny jakosci zeliwa// Krzepniecie metali i stopow. Gliwice, - 1988. - S. 262-293.

77. Овчинников В. В. Разработка компьютерной системы термического анализа качества чугуна / В. В. Овчинников, Ю. В. Куприянов, Э. А.

78. Шелковый // Современные литейные материалы и технология получения отливок. Л.: ЛДНТП, 1991. - С. 14 - 16.

79. Клецкин Г.И. Термографическое определение содержания углерода в чугуне / Г.И. Клецкин, Я.А. Китаев, Э.Н. Корниенко // Литейное производство. 1977. - № 6, - С. 35 - 36.

80. Fuller А.С. Nondestructive Assessment of the Properties of Ductile Iron Castings //Trans. Amer. Foundrymens Soc. Proc. 1980. V. 88. P. 751-768.

81. Бялик O.M. Определение качества металла термическим анализом / О.М. Бялик, А.А. Смульский, Д.Ф. Иванчук // Литейное производство. 1981. -№5.-С. 2-3.

82. Косников Г.А, Куприянов Ю.В., Куценко А.И., Королев А.В. Автоматизация расчета технологических параметров процесса плавки чугуна и управления его качеством // Литейное производство. — № 10 — 1991. С. 30.

83. Леках С.Н., Киселев С.В., Храмченко И.А. Компьютерная система «Термозонд» анализа затвердевания отливок // Литейное производство. -№ 7- 1992. С. 29-30.

84. Куценко А.И. Разработка методов контроля качества жидкого чугуна и прогнозирования свойств серого чугуна в отливках на основе метода термического анализа: Диссертация . канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 1991. - 145 с.

85. Корножицкий В.Н. Контактный теплообмен в процессах литья / В.Н. Корножицкий Киев, 1978. - 259 с.

86. Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков / Л. Шмрга -М.: Металлургия, 1985. 248 с.

87. Тавадзе Ф.Н. Основные направления развития процесса непрерывного литья / Ф.Н. Тавадзе, М.Я. Бровман, Ш.Д. Рамишвили, В.Х. Римен М.: Металлургия, 1982. - 276 с.

88. Ливанов В.А. Непрерывное литье алюминиевых сплавов / В.А. Ливанов, P.M. Габидулин, B.C. Шипилов М.: Металлургия, 1977. -168 с.

89. Барановский Э.Ф. Идентификация теплообмена при литье металлов и сплавов / Э.Ф. Барановский, П.З. Севастьянов. Минск: Наука и техника, 1989.- 189 с.

90. Самойлвич Ю.А. и др. // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1974. - № 3. - С. 124- 130.

91. Борисов В.И. и др. // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1974 - №1. - С. 75 -77.

92. Голод В.М. Применение ЭВМ для разработки литейной технологии /

93. B.М. Голод, А.Д. Никифоров, А.Т. Ошурков. Л. - 1983. - 48 с.

94. Самойлович Ю.А. Формирование слитка / Ю.А. Самойлович М.: Металлургия. - 1977. - 160 с.

95. Беленький А. А. Математическое моделирование и оптимизация процессов литья и прокатки цветных металлов / А.А. Беленький — М.: Металлургия. 1983. - 160 с.

96. Кац A.M. Теплофизические основы непрерывного литья цветных металлов и сплавов / A.M. Кац, Е.Г. Шадек. М.: Металлургия. - 1983. -208 с.

97. Налимов В.В. Логические основания планирования эксперимента / В.В. Налимов, Т.И. Голикова. М.: Наука. - 1981. - 300 с.

98. Пасконов В.М. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена / В.М. Пасконов, В.И. Полежаев, Л.Н. Чудов М. - 1984. -320 с.

99. Жак Е.М. Определение неизвестных факторов численных моделей литейных процессов / Е.М. Жак //Литейное производство. 1981. - № 1.1. C. 28-31.

100. Гусин С.Ю. Минимизация в инженерных расчетах / С. Ю. Гусин, Г. А. Омельянов, Г. В. Резников, Сироткин. М.: Машиностроение, 1981. - С. 11-12.

101. Голод В.М. Применение ЭВМ для разработки литейной технологии / В.М. Голод, А.Д. Никифоров, А.Т. Ошурков. Д.: ЛДНТП, 1985.

102. Лапшин А.В. Особенности кристаллизации в зоне контакта расплав -форма / А.В. Лапшин // Интенсификация и совершенствование технологических процессов в литейном производстве: Научн. тр. / ЯПИ — Ярославль. 1987. - С. 96 - 99.

103. Лапшин А.В. Определение значений параметров неравновесных моделей затвердевания / А.В. Лапшин // Литейное производство. 1994. -№9.-С. 25-27.

104. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. Ч. 2. Формирование макроскопического строения отливки: Учеб. пособие / Г.Ф. Баландин М.: Машиностроение, 1979. - 335 с.

105. Чуркин Б.С. Решение задачи затвердевания поверхностных слоев отливки прокатного валка методом конечных разностей / Б.С. Чуркин, В.В. Ушенин, Р.И. Силин // Литейное производство. 1994. - № 1. - С. 25 -27.

106. Чуркин Б.С. Оптимизация тепловых условий формирования отливок в металлических формах / Б.С. Чуркин, А.Б. Чуркин // Литейное производство. 1994. - № 2. - С. 30 - 31.

107. Есьман Р.И. Гидродинамические и тепловые процессы при формировании отливок / Р. И. Есьман, В. А. Бахмат, Л. И. Шуб //Литейное производство. 1998. - № 5. - С. 30.

108. Дымова Л.Г. Моделирование тепловых процессов на основе численных методов / Л.Г. Дымова, П.В. Севастьянов, С.В. Галагаев, В.А. Пумпур // Литейное производство. 1990. - № 10. - С. 18 - 19.

109. Рафальский И.В. Компьютерное моделирование процесса затвердевания отливки в форме / И.В. Рафальский И. В., А.Д. Кривицкий, А.А. Клышко // Литейное производство. 1999. - № 8. - С. 33.

110. Ваничев А.П. Приближенный метод решения задач теплопроводности при переменных константах / А.П. Ваничев //Известия АН СССР. ОТН. 1946.-№ 12.-С. 1767.

111. Юшков П.П. Приближенное решение задач нестационарной теплопроводности методом конечных разностей / П.П. Юшков //АН БССР: Труды Института энергетики. М. - 1958. — вып. 6.

112. Дубинин Н.П. Исследование процессов литья чугуна в постоянные металлические формы / Н.П. Дубинин Москва - Ленинград: Машгиз, 1940.-232 с.

113. Рубцов Н.Н. Влияние толщины стенки изложницы на затвердевание слитка / Н.Н. Рубцов, Г.Ф. Баландин //Литейное производство. 1952. -№4. С. 23.

114. Тихонов А.Н. К теории непрерывного слитка / А.Н. Тихонов, Е.Г. Швидковский //ЖТФ. 1947. - т. 17. - № 2. С. 98.

115. Новиков П.Г. Температурное поле плоской стенки при изменении агрегатного состояния / П.Г. Новиков // Сборник работ кафедры физики МТИПП «Тепло- и массообмен в капиллярно-пористых телах». Вып. 8. - Москва - Ленинград.: Госэнергоиздат, 1957. - С. 65.

116. Берг П.П. Основы построения технологических формул для оценки тепловых процессов в литейной форме / П.П. Берг //Затвердевание металлов М.: Машгиз, 1959. С. 43.

117. Лебедев А.А. Влияние некоторых технологических факторов на время затвердевания отливки / А.А. Лебедев, Л.И. Сокольская //Литейное производство. 1952. - № 12. - С. 31.

118. Семкин И.Д. Динамика затвердевания отливок / И.Д. Семкин, Э.М. Гольдфарб //Литейное производство. 1956. - № 2. - С. 41.

119. Колесников А.Г. К изменению математической формулировки задачи о промерзании грунта / А.Г. Колесников // ДАН СССР. 1952. - Т. 72 - № 6.-С. 67.

120. Тыжнов В.И. Кремневосстановительный мартеновский процесс / В.И. Тыжнов. ОНТИ. - 1936. - 348 с.

121. Розенфельд С.Е. О методах динамического воздействия на кристаллизацию отливок / С.Е. Розенфельд, С.Б. Юдин, М.М. Левин // Литейное производство. 1957. - № 11. - С. 27 - 28.

122. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок. Чистые металлы и однофазные сплавы / Г.Ф. Баландин. — М.: Машиностроение. 1965. - 256 с.

123. Тен Э. Б. Газоинжекторная обработка чугуна. / Э. Б. Тен. // Литейное производство 1998. - № 6. - С. 12 - 14.

124. Цуркин В.Н. Оценка эффективности внешнего физического воздействия при внепечной обработке расплава / В.Н. Цуркин, В.М. Грабовый //Литейное производство 2003. - № 10. - С. 29 - 31.

125. Борисов В.Г. Управление структурой и свойствами алюминиевых сплавов в условиях специальных способов литья / В.Г. Борисов //Литейное производство. № 7. - 2000. - С. 39 - 42.

126. Рыбкин В.А. Кристаллизация алюминиевых сплавов под действием электрического тока / В.А. Рыбкин, С.Л. Тимченко //Литейное производство. 2003. № 10. - С. 17 - 19.

127. Калюкин Ю.Н. Моделирование направленного затвердевания отливки из жаропрочного сплава под действием электрического тока / Ю.Н. Калюкин // Известия ВУЗов. Черная металлургия. № 11.- 2002. - С. 7- 8.

128. Миненко Г. Н. Обработка электротоком модифицированного серого чугуна. / Г. Н. Миненко. //Литейное производство 2001. - № 2. - С. 23.

129. Миненко Г. Н. Влияние электротока на качество поверхности отливок. / Г. Н. Миненко. //Литейное производство 2002. - № 7. - С. 17.

130. Килин А. В. Влияние электротока на дегазацию и модифицирование алюминиевых сплавов. / А. В. Килин. // Литейное производство 2002. -№8.-С. 21 -22.

131. Оно А. Затвердевание металлов / А. Оно. Токио, 1976: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1980. - 152 с.

132. Иванцов А.А. О механизме влияния упругих колебаний на алюминиево-кремниевые сплавы / А.А. Иванцов, Г.Г. Крушенко //Литейное производство. 2003. - № 2. - С. 2 - 4.

133. Чебышев В. А. Станок объемной вибрации / В.А. Чебышев //Литейное производство. 2003. - № 7. - С. 21 - 22.

134. Тэн Э. Б. Низкочастотная виброобработка жидкого чугуна /Э. Б. Тэн, В. И. Воронцов, Го Вы-Минь //Литейное производство. № 9. - 2000. - С. 18.

135. Королев В. Ю. Влияние виброобработки расплава на структуру чугуна. /В. Ю. Королев, А. Ф. Вишкарев, В. И. Воронцов. // Известия ВУЗов. Черная металлургия 1991. - № 1. - С. 24 - 26.

136. Кисин В. И. Ультразвуковая обработка алюминиевого сплава с никилем и кремнием. / В. И. Кисин, И. В. Приставко //Литейное производство -1981.-№11.-С. 8.

137. Переборщиков С. И. Влияние внешних воздействий на структуру стали. / С. И. Переборщиков, А. Н. Хабаров, О. В. Мартынов. //Литейное производство. 1998. - № 1. - С. 23 - 24.

138. Переборщиков С. И. Влияние модификатора на структурную наследственность стали. / С. И. Переборщиков, А. Н. Хабаров, О. В. Мартынов. //Литейное производство. 1997. - № 11. - С. 23 - 24.

139. НО.Найдек В.Л. О механизме воздействия вибрации на кристаллизацию и структурообразование сплавов / В.Л. Найдек, А.С. Эльдарханов, А.С. Нурадинов, Е.Д. Таранов //Литейное производство 2003. - № 9. - С. 13 -15.

140. Гладков М. И. Виброобработка жидкого металла. / М. И. Гладков, Ю. А. Балакин. // Литейное производство 2000. - № 12. - С. 7 - 8.

141. Белай Г.Е. Организация металлургического эксперимента. Учеб. пособие для вузов. / Г.Е. Белай, В.В. Дембовский, О.В. Соценко. / Под ред. В.В. Дембовского. М.: Металлургия, 1993. - 256 с.

142. Тюрин Ю.Н. Анализ данных на компьютере. / Ю.Н. Тюрин, А.А. Макаров. Под ред. В.Э. Фигурнова. М.:ИНФРА-М, Финансы и статистика, 1995. - 384 с.

143. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб пособие для вузов / В. Е. Гмурман. М.: Высшая школа, 1998. - 479 с.

144. Справочник по прикладной статистике: В 2 т. / Под ред. Э. Ллойда.- М.: Финансы и статистика, Т. 1 1989. - 510 е., Т. 2 - 1990. - 516 с.

145. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. / Е.С. Вентцель, Л.А. Очаров. М.: Высшая школа, 2000. - 300 с.

146. Волков Е.А. Численные методы / Е.А. Волков. М.: Наука, 1987. - 248 с.

147. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости / С. Патанкар. М.: 120 с.

148. Дульнев Г. Н. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена: Учеб. Пособие для теплофизических и теплоэнергетических специальностей ВУЗов / Г. Н. Дульнев, В. Г. Парфенов, А. В. Сигалов. М.:Высшая школа, 1990.-207 с.

149. Епанешников А. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. / А. Епанешников, В. Епанешников. -М.: «Диалог-МИФИ», 1999. 367 с.

150. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя / В.Э. Фигурнов. М.: Финансы и статистика, 2000. - 240 с.

151. Влияние толщины затвердевшей корочки и прогретого слоя формы на скорость кристаллизации отливок./ И. Ф. Селянин, А. И. Куценко, О. Г. Приходько и др. // Приложение к журналу «Литейное производство», 2002. №9, с. 2 - 4.

152. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. / Новосибирск: Наука. Сибирское отделение. 1970. - 660 с.

153. Определение теплоты кристаллизации и теплоемкости сплава по результатам термоанализа./ Г. А. Косников, А. И. Куценко, О. Г.

154. Приходько, И. Ф. Селянин // Приложение к журналу «Литейное производство», 2002. № 9, с. 5 - 7.

155. Тимофеев Г.И. Механика сплавов при кристаллизации слитков и отливок / Г. И. Тимофеев. М.: Металлургия, 1977, 160 с.

156. Cole G.S., Winegard W.C. J.Institute of metals, 1965, №1, p.29-40

157. Кристаллизация из расплавов // под ред. К. Хайна. М.: Металлургия. -1987.-320 с.

158. Байков В. С. О периодичности кристаллизации. / В. С. Байков, Д. А. Дюдкин, Н. В. Никитский. // Сб. «Непрерывное литье стали». М.: Металлургия, 1981, № 7. - С. 32 - 39.