автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса науглероживания расплава при изготовлении массивных отливок ответственного назначения из синтетического чугуна

На правах рукописи

КАЛИСТОВ СЕРГЕЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ РАСПЛАВА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МАССИВНЫХ ОТЛИВОК ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКОГО ЧУГУНА

Специальность 05.16.04 - Литейное производство Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Н.Новгород - 2008

□□3449876

003449876

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева»

Научные руководители: доктор технических наук.

профессор Тимофеев Геннадий Иванович

доктор технических наук, профессор Леушин Игорь Олегович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Колесников Михаил Семенович ГОУ ВПО «Камская государственная инженерно-экономическая академия» (г. Набережные челны)

кандидат технических наук, доцент Зиновьев Юрий Александрович ГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева» (г. Нижний Новгород)

Ведущая организация:

ОАО «ГАЗ» (г. Нижний Новгород)

Защита состоится « % » 2008г. в /3

час. на заседании

диссертационного совета Д 212.165^07 при Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603100 г. Нижний Новгород, ГСП-41, ул. Минина, д. 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан « »

2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Ульянов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Одним из путей снижения себестоимости литья является выплавка чугуна на дешевой шихте, в частности, замена дорогостоящих литейных и передельных чугунов стальным ломом. Стальные отходы - в определенном смысле значительно более качественные материалы, свободные от вредных примесей и включений, чем литейные и передельные чугуны. Однако их применение в составе шихты ведет к необходимости проведения науглероживания расплава для получения синтетического чугуна. Процесс науглероживания расплава при этом приобретает важную роль в многозвенной цепочке получения отливок, и повышение его эффективности является важной задачей. Ранее ее решением занимались такие ученые, как Вертман A.A., Владимиров Л.П., Есин O.A., Жуков A.A., Козлов Л.Я., Рист А., Самарин А.М, Чипмэн Д., Шумихин B.C., и др. Ими отмечается повышение механических и эксплуатационных свойств металла при получении отливок из синтетического чугуна, в то же время наблюдаются и отрицательные явления: повышенная усадка, пониженная жидкотекучесть, склонность к отбелу. В связи с этим требуются дополнительные исследования процесса науглероживания расплава.

В рамках данной работы проведены такие исследования и предложен технологический метод повышения эффективности науглероживания за счет применения в составе науглероживающей смеси с графитсодержащими материалами карбонатов щелочноземельных металлов.

Целью работы является повышение качества чугунных массивных отливок ответственного назначения посредством повышения эффективности процесса науглероживания расплава при получении синтетического чугуна.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

• Систематизация и критическая оценка существующих методов науглероживания;

• Исследования поведения углерода в расплаве по ходу плавки в процессе получения синтетических чугунов;

• Выявление физико-химических условий перехода углерода в расплав через газовую фазу;

• Построение кинетической схемы науглероживания расплава и разработка на ее основе математической модели процесса для двух механизмов: при механическом замешивании частиц науглероживателя в расплав с дальнейшим их растворением и с использованием карбонатов щелочноземельных металлов;

• Разработка и внедрение в действующее производство технологии процесса науглероживания синтетических чугунов с применением в качестве науглероживателя смеси углеродсодержащего материала и карбонатов щелочноземельных металлов на примере изготовления крупногабаритных коленчатых валов;

• Совершенствование методов ультразвукового контроля качества чугунных отливок, обеспечивающих выявление внутренних дефектов и позволяющих оценить степень однородности структуры материала.

Научная новизна

• Выявлены физико-химические особенности процесса науглероживания расплава через газовую фазу;

• Показано, что использование карбонатов щелочноземельных металлов в составе науглероживающей смеси способствует переходу углерода в расплав через газовую фазу, а также снижению содержания в чугуне вредных примесей серы и фосфора;

• Построена кинетическая схема науглероживания, на основании которой получена математическая модель, позволяющая прогнозировать состояние системы в любой момент времени, а также решать задачи оптимизации рассматриваемого процесса;

• Показана принципиальная возможность применения в ультразвуковой дефектоскопии чугунного литья таких диагностических параметров, как отсутствие эхо-сигнала и дисперсия коэффициента затухания.

Практическая ценность работы:

• Разработан новый состав науглероживателя для получения качественного синтетического чугуна, включающий карбонаты щелочноземельных металлов;

• Разработана и внедрена в действующее производство на ОАО «РУМО» с экономическим эффектом технология процесса науглероживания синтетических чугунов с применением нового науглероживателя на отливке «Коленчатый вал»;

• Разработаны и внедрены в производство методы ультразвукового контроля чугунного литья по новым диагностическим признакам.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на 6-й Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра» 20-22 июня г. Санкт-Петербург 2006г.; 2-м межрегиональном литейном консилиуме «Теория и практика металлургических процессов» 4-6 декабря г. Челябинск 2006г.; 8-м съезде литейщиков 23-27 апреля г. Ростов-на-Дону 2007г.; IV Международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» 22-28 октября г. Москва 2007г, научных семинарах факультета материаловедения и высокотемпературных технологий НГТУ им. Р.Е.Алексеева в течение 2004-2008 г.г., ежегодных региональных НТК по проблемам заготовительных производств машиностроения, г. Н.Новгород, 2006-2008г.г. и защищена патентом на изобретение № 2324742 РФ. Основные положения работы прошли эксплуатационную проверку и внедрение на ОАО «РУМО».

Личное участие

Личное участие в научно-исследовательских работах, на результатах которых основана диссертация, состояло: в исследовании влияния карбонатов щелочно-земельных металлов на процесс науглероживания синтетического чугуна; в проведении теоретической оценки влияния газовой фазы на процесс науглероживания (физическое и математическое моделирование, термодинамический анализ); в проведении экспериментальных и

промышленных исследованиях процесса науглероживания; исследовании ультразвуковых характеристик чугуна; исследовании дефектов массивных отливок; в реализации разработанных технологий на производстве; промышленном внедрении. Основные научные результаты, представленные в диссертации, являются итогом труда автора.

Публикации

По теме диссертации имеется 14 публикаций, в том числе 5 в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на изобретение № 2324742 РФ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 138 источников и 9 приложений.

Диссертация содержит 154 страницы машинописного текста, 39 рисунков, 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, обсуждены ее научная ценность и практическая значимость.

В первой главе на основании литературного и патентного обзора рассмотрены особенности применения углеродсодержащих материалов при науглероживании металлического расплава. Представлены различные модели и схемы, описывающие процесс науглероживания синтетических чугунов, проведен анализ факторов влияющих на изучаемый процесс. Дан обзор существующих методов дефектоскопии чугунных отливок.

В качестве науглероживателя при получении синтетического чугуна используют материалы как искусственного происхождения - нефтяной и каменноугольные коксы, древесный уголь, графитную крошку различных марок, так и природные - чешуйчатый графит, различные угли, в том числе антрацит и термоантрацит.

Современные представления о процессе науглероживания металлического расплава при получении синтетического чугуна основаны на изучении кинетики диффузионного растворения углерода в жидком чугуне.

Науглероживание через газовую фазу рассматривается в процессах химико-термической обработки - цементации.

Имеются работы, где использовали графитсодержащие материалы, активированные карбонатами. При этом их влияние связывают с микролегированием расплава щелочноземельными металлами или с перемешиванием расплава образующимися в результате диссоциации, пузырьками СОг-

Практические исследования поведения углерода в реальных расплавах методами рентгеноструктурного анализа показали, что твердый углерод не полностью растворяется. При температурах плавления и доводки промышленных чугунов углерод может находиться в расплаве, как в растворенном состоянии, так и виде микровключений. Последние образуют зародышевую фазу, на которой до затвердевания металла кристаллизуется

крупный графит, имеющий тенденцию всплывать и образовывать скопления, так называемую спель.

Диагностика дефектов такого рода представляет серьезную задачу в особенности для массивных чугунных отливок ответственного назначения. На практике разрушающие методы в этом случае часто неприемлемы. Сравнения неразрушающих методов показало, что УЗК обладает более высокой чувствительностью, оперативнее в 15-20 раз и производительнее в 2-4 раза по сравнению с традиционными методами радиографического контроля. Затраты при этом меньше в 2-6 раз и он более безопасен в работе. При этом в качестве диагностических признаков для чугуна используют относительные измерения параметров ультразвуковых характеристик. Однако надежность и достоверность получаемых результатов контроля, особенно при проведении оценки однородности структуры материала не всегда удовлетворительная. Поэтому УЗ диагностика чугунного литья не получила широкого распространения и до настоящего времени применяется небезопасный радиационный контроль.

В результате проведенного литературного обзора были сформулированы основные цели и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены физико-химические аспекты науглероживания расплава, как при традиционном растворении твердого углерода, так и при вводе в состав углеродсодержащих материалов карбонатов щелочноземельных металлов. Здесь же представлены кинетическая схема и математическая модель процесса.

Процесс науглероживания расплава без или с участием карбонатов щелочноземельных металлов (например, Са или Ва) выглядит следующим образом. После ввода науглероживателя на зеркало металла образуется слой, в котором условно можно выделить пять зон (рис. 1).

В зоне 1 (область низких температур) на поверхности науглероживателя, контактирующего с атмосферой, где температура составляет менее 400°С, равновесный состав газа СО-СОг содержит почти 100% СОг.

Зона 2 (область умеренных температур) — в слое науглероживателя. Температура находится в пределах 400°С<1<1000°С. В равновесном газе содержатся в соизмеримых концентрациях оба окисла (СО и СОг).

В зоне 3 (область высоких температур), непосредственно прилегающей к поверхности жидкого металла, температура 1>\000°С. Равновесный газ содержит около 100% СО и возможно протекание реакций только с образованием монооксида углерода.

В зоне 4 на границе металл - науглероживатель происходит насыщение расплава углеродом по двум механизмам: в атомарном виде через газовую фазу и при механическом замешивании частиц науглероживателя в расплав с дальнейшим их растворением.

В зоне 5 происходит диффузионное растворение частиц графита увлеченных в объем ванны потоками металла.

1пов,°С

Науглероживатель

Карбонат кальция

). ЗОНА 1

1=400'С

V ЗОНА2

1=1000'С ЗОНАЗ ЗОНА 4

ЗОНА 5

Рис. 1. Теоретическая физико-химическая модель процесса науглероживания:

^ов - температура на поверхности науглероживатель - атмосфера; *расп ~ температура на поверхности науглероживатель - расплав.

Важную роль в процессе науглероживания играет реакция газификации углерода, которая может протекать в двух направлениях: с образованием оксида углерода в области высоких температур, а на поверхности расплава с образованием диоксида углерода и атомарного углерода.

Процесс образования СО на гранулах науглероживателя описывается реакцией:

Ств+СОг = 2СО (1)

= 172130 -177,46 -Т (2)

Константа равновесия реакции (1) определяется выражением:

Рг — со

<>сРсо,

О)

где ас-активность углерода,

рсс>1 - парциальное давление СОг, Рсо- парциальное давление СО.

На поверхности металлического расплава выделившийся СО реагирует с жидким чугуном по реакции:

2С0=[С]Ре+С02 (4)

Дб,0 =-149521 + 130,16-Г (5)

где [С]Ре - углерод, растворенный в чугуне.

В реальном процессе реакции (1) и (4) протекают в одном и том же месте одновременно. Поэтому при анализе процесса они должны суммироваться: Ств=[С]Рс (6)

ДС5°= 22609 - 42,37- (7)

Полученное итоговое выражение (7) характерно как для прямого растворения графита в металле, так и для перехода углерода в металл через газовую фазу. При температурах, характерных для науглероживания (Т=1623-И 723К) ДС5° <0, что соответствует представленной выше модели.

Выразим уравнение константы равновесия для реакции (4) через [%с]:

[%С]=^ (8)

1с*со,

где [%с] - концентрация углерода в расплаве,

/с - коэффициент активности углерода в расплаве.

Отсюда следует, что для перехода углерода из газовой фазы в расплав железа необходимо поддержание высокой концентрации СО в газовой фазе, а для того, чтобы реакция (1) протекала в направлении образования монооксида углерода необходимо иметь постоянный источник кислорода, например в виде диоксида углерода. Таковым источником может служить карбонат кальция СаСОз диссоциирующий при температуре выше 910°С на СаО и С02.

Образовавшийся диоксид углерода вступает в реакцию (1), при этом парциальное давление СО увеличивается, что в соответствии с формулой (8) приводит к повышению равновесной концентрации углерода в расплаве железа.

Образовавшийся оксид кальция может вступать на поверхности ванны с серой и фосфором по известным реакциям. При этом происходит очистка чугуна от примесей, что оказывает благоприятное действие на процесс науглероживания.

При взаимодействии углерода с окисидами железа на поверхности расплава возможно их восстановление по реакции:

(РеО)+[С]=[Ре]+СО (9)

ДО° = -98839,8 - 90,87 • Т (10)

Реакции с выделением диоксида и оксида углерода способствуют увеличению парциального давления СО и, тем самым, науглероживанию расплава через газовую фазу.

Таким образом, ввод карбонатов щелочноземельных металлов в состав углеродсодержащего материала оказывает положительное комплексное воздействие на процесс науглероживания расплава.

Кинетический механизм науглероживания через газовую фазу включает этапы:

1. Адсорбция молекул СО на поверхности железа СО(г)+Ре(ж)-Ре.СО(шс) (11)

2. Образование активного, легкорастворимого сажистого углерода и СОг за счет столкновения молекул СО с сильно деформированными молекулами в адсорбционном слое

Ре. С0(адс)+ СО,г)->Ре . С(алс)+С02(,, (12)

Разрозненные атомы углерода, возникшие в адсорбционном слое, непрерывно перемещаются на поверхности и переходят в расплав.

Образовавшийся диоксид углерода снова вступает в реакцию с науглероживателем с образованием монооксида углерода.

Параллельно происходит растворение частиц науглероживателя. Стадиями, лимитирующими процесс растворения, могут быть разрушение кристаллической решетки графита, а также диффузионный пограничный слой, который представляет собой сопротивление массопереносу углерода от частицы науглероживателя в расплав. При переходе углерода в расплав по газовому механизму диффузионного пограничного слоя нет, что может интенсифицировать процесс науглероживания.

С целью экспериментальной проверки теоретических выводов проведена серия опытов по науглероживанию расплава в печи ИСТ-0,16. В качестве шихты применяли стальной лом марки ст. 40. Температура расплава колебалась в пределах 1500-1550°С.

На рисунке 2 приведены зависимости изменения содержания углерода в образцах от времени и вида науглероживателя. Сравнительный химический анализ показал, что ввод карбонатов в составе шихты стабилизирует количество связанного графита. Поведение Ссв„, при применении только угольной стружки, имеет сложную концентрационную зависимость, вероятно связанную с изменением ближнего порядка в расплаве.

Металлографический анализ подтвердил, что при применении только угольной стружки, в структуре образцов присутствуют недорастворившиеся частицы графита, а с вводом СаС03 недорастворившегося графита в поле шлифа очень мало. Включения графита становятся более мелкими. При применении науглероживателя в виде древесного угля с ВаСОз в поле шлифа графит полностью отсутствует и наблюдается структура - цементит.

Кроме того, измерения содержания газов в зоне реакции газоанализатором показали, что ввод карбонатов увеличивает количество СО.

На основании проведенных экспериментов была составлена следующая кинетическая схема процесса (рис. 3):

Рис. 3. Кинетическая схема процесса науглероживания. СА, Св, Сс, С<1 - концентрация по массе соответственно науглероживателя на поверхности расплава, газовой фазы СО в атмосфере печи, растворенного графита в расплаве Ссв„, недорастворившегося графита в расплаве Ссвоб; к/, к2, к},к4 - константы скоростей реакций.

Рис. 2. График изменения содержания углерода в зависимости от времени и вида науглероживателя, построенный по экспериментальным данным

1 - С0б",~~ общее содержание углерода в образцах (♦);

2 ССВоб - содержание свободного углерода в образцах (•*■);

3 - Ссвяз - содержание связанного углерода (РезС) в образцах (■).

а - при применении в качестве науглероживателя угольной крошки

б - при применении в качестве науглероживателя смеси угольной крошки и карбоната кальция

Используя закон сохранения масс, с учетом того, что скорости элементарных реакций будут: У, = к1СА, У2 = к2С„, У} = к3СА, У4 - ; где У/, У2. Уз, У4 - скорости изменения концентрации соответственно веществ Сд, Св, Сс, Са; запишем систему дифференциальных уравнений, которые в общем виде связывают временное изменение концентраций компонентов реакции СА и Сс при участии промежуточных продуктов Св и С<) со скоростями элементарных реакций V/, У2, У3, У4:

л ¿с, л асг

Решение системы (12), с учетом начальных условий следующей математической модели процесса науглероживания:

(13)

приводит к

с, (/)

САо-Г )(е-"-,

Сс( I) = Ск +С„(| -е-")+См(1 -«-")+

(14)

-(]_к£ал Л _ е-«4>)_ _ V \ Г Срл("¡"г + К1К< ~ ) [

Полученная модель использовалась в работе для решения некоторых прикладных задач. В частности, было определено время, при котором количество СО над зеркалом металла достигает максимума, изучено поведение функций, составляющих систему уравнений (14) на больших временных интервалах (I -> ад), вариант перехода углерода только по одному из рассмотренных механизмов, а также некоторые частные случаи (например, равенства скоростей науглероживания по обоим механизмам и установившегося процесса).

Полученные результаты решения задач в дальнейшем использовались при разработке промышленной технологии выплавки синтетического чугуна для отливок ответственного назначения.

В третьей главе приведены результаты исследования качества отливок ответственного назначения «Коленчатый вал» из чугуна марки ВЧ 50, массой 4,5 тонны получаемых в условиях ОАО «РУМО» (г. Н.Новгород) до внедрения новых технических решений. Проведен анализ дефектов. Металлографическими, акустическими и химическими исследованиями показана неизбежность неоднородности материала отливки, обусловленная отрицательными эффектами науглероживания расплава при выплавке синтетического чугуна.

Для исследования выбирали отливку и разрушали ее в местах, где УЗК показал наличие несплошностей. Исследования коленчатых валов выявили, что наряду с дефектами газоусадочного характера в изломе наблюдаются макродефекты, связанные с неоднородностью материала отливки.

Для исследования структурной неоднородности из шейки коленвала изготавливали макрошлиф и делали серный отпечаток. На отпечатке четко

Дополнительно проводился химический анализ и измерения акустических свойств каждой зоны (таблица 1).

Таблица 1

Химический анализ и акустические свойства различных зон по сечению

отливки

Зона скорость звука м/сек Массовая доля элементов, %

С Р Сг Мп Мй Ъ

1 Сигнал отсутствует 4,21 0,035 0,05 0,16 2,69 0,50 0,09 0,03

2 5100 4,49 0,009 0,06 0,15 2,79 0,48 0,07 0,03

3 5420 3,39 0,007 0,06 0,13 2,81 0,43 0,04 0,03

Зона 1 отличается более высоким содержанием серы в 4-5 раз не только по сравнению с зонами 2 и 3, но и относительно допустимого верхнего предела по требованиям, предъявляемым к коленчатым валам, которая составляет 8<0,025. Это свидетельствует о всплывании сульфидов магния по сечению отливки.

Исследования образцов, отобранных по ходу промышленных плавок на печах ИЧТ-10М2 при получении коленчатых валов, включающие в себя отбор металла в пробы и вырезку образцов, после загрузки и проплавления каждого компонента шихты, определения количества связанного, свободного и общего содержания графита и исследования микроструктур полученных образцов показали, что наряду с отдельными мелкими включениями во всех образцах, отобранных по ходу плавки, сохраняются крупные недорастворившиеся включения графита, с размерами 90-180 мкм, а в пробе от «болота» - до ЗбОмкм, которые способствуют образованию спели.

Анализ микроструктур, показывает, что графитовые включения в исследуемых образцах, имеют форму неправильных многогранников с острыми углами, что характерно для недорастворившегося графита. Так как скорость затвердевания массивных узлов невысокая, графит успевает всплыть верхнюю часть сечения отливки и образовать колонии, которые не пропускают УЗ волны. В итоге при УЗ контроле дефект классифицируется как усадочная раковина.

Проведенные исследования показали, что дефектами крупногабаритных отливок, выявляемыми методами УЗК, являются макронесплошности в толстостенных сечениях, вызванные не только газоусадочными, но и ликвационными явлениями. Графитовая спель в теле отливки образуется в результате выделения графита при затвердевании из расплава, либо в результате неполного растворения частиц науглероживателя.

Подобные дефекты относятся к неустранимым, и для их профилактики необходимо снижать содержание серы в расплаве и повышать степень однородности чугуна путем устранения крупных недорастворившиеся включений графита и увеличения количества центров графитизации.

В четвертой главе приведены результаты сравнительных исследований структуры материала коленчатого вала неразрушающими методами: у-графированием и ультразвуковым воздействием. Показано, что предпочтительной является ультразвуковая зеркально-теневая методика.

Ввиду большого разнообразия марок и, соответственно, различия по характеру и количеству структурных составляющих матрицы чугунов скорость звука и его затухание колеблются в очень широких пределах. Волна рассеивается на структурных фрагментах материала (зернах, графитовых включениях), появляется «структурный шум», препятствующий широкому применению УЗ контроля по стандартизованным методикам. Считается, что из-за своей структурной неоднородности чугун неконтролепригоден для классической УЗ дефектоскопии.

Дефекты литья имеют объемный характер, в связи с чем, применение стандартной эхо-импульсной УЗ-методики не эффективно, так как амплитуда ультразвуковых эхо-импульсов от таких дефектов практически не зависит от направления прозвучивания, от места ввода колебаний, от типа волны, используемой частоты и имеет малое превышение над уровнем фона. Это связано с тем, что поверхность раковин отливок получается шероховатой, неправильной, а сама раковина окружена, как правило, большим числом

мелких пор. Поэтому ультразвуковая волна не отражается от такого дефекта, а рассеивается во всех направлениях. Амплитуда эхоимпульса становится ниже предельной чувствительности дефектоскопа и не идентифицируется на экране, либо значение амплитуды так незначительно превышает уровень фиксации, что ее нельзя использовать как критерий размеров дефекта.

В этой ситуации, когда дефекты имеют плохие отражательные свойства, в работе предлагается использовать затеняющее воздействие дефектных мест на амплитуду прошедшего импульса. С учетом конструктивных особенностей коленчатого вала это затеняющее действие несплошностей чугуна на эхоимпульс от задней стенки объекта («зеркально-теневая» УЗ-методика).

С целью определения практической возможности применения такой методики для контроля качества массивных чугунных коленчатых валов:

• отбирали коленвапы для диагностики;

• проводили контроль методом у-графирования с целью определения дефектных мест и их размеров;

• проводили дубль контроль этих же коленвалов по зеркально-теневой УЗ-методике;

• в местах обнаружения дефектов производили излом и осуществляли визуальный контроль.

В ходе этих работ использовали следующие диагностические признаки эхо-сигналов:

1 - на экране дефектоскопа не наблюдаются эхо-сигналы (затеняющее действие несплошностей чугуна на эхо-импульс от задней стенки объекта);

2 - на экране дефектоскопа наблюдается только первый отраженный от донной поверхности импульс (уровень отраженного донного сигнала);

3 - на экране дефектоскопа наблюдается отраженный импульс от дефектов (уровень отраженного сигнала от дефекта).

На основании исследований проводили математическую обработку результатов. Значение коэффициента корреляции, полученное при использовании в качестве диагностического признака - отсутствие эхо-сигнала, с данными у-графирования составило 0,85. Результаты исследований по предлагаемому принципу совпали также с результатами визуального контроля, проведенного после разрушения отливок по месту расположения дефектов. При этом рыхлоты в чугуне, заполненные неметаллическими включениями, плохо выявлялись радиационным контролем и уверенно определялись по зеркально-теневой УЗ-методике.

На основе проведенных исследований была разработана и внедрена методика проведения ультразвукового контроля коленчатых валов из высокопрочного чугуна, реализованная на ОАО «РУМО».

Пятая глава посвящена разработке и внедрению в производство новых технических решений, основанных на результатах исследований в предшествующих главах работы.

Здесь же дана информация о необходимых организационно-технических мероприятиях по освоению новой технологии и результаты исследований контрольных отливок, а также приведена экономическая оценка.

Для снижения количества неметаллических включений и, в частности, сульфидов, были внедрены следующие мероприятия: использование шихтовых материалов с низким содержанием серы, в частности, лома из высокопрочного чугуна; введение дополнительной операции - десульфурации магнийсодержащими материалами. Дополнительно для удаления неметаллических включений зеркало металла обрабатывали флюсом.

Для снижения спели, вызванной недорастворившимися включениями графита, применили карбонат кальция в виде мраморной крошки. Карбонат кальция вводился путем механического перемешивания с углеродсодержащими материалами в отношении 90% - науглероживатель, 10% - мраморная крошка. Порядок загрузки компонентов оставался неизменным, как в базовой технологии (табл. №2).

Анализ результатов плавок с применением карбонатов в составе шихтовых материалов с серийными плавками показал повышение перлитной составляющей в матрице чугуна с П70 до П85 (ГОСТ 3443-87) и, как следствие, увеличение предела прочности на 3%. Наиболее чувствительной к включениям углерода механической характеристикой оказалось относительное удлинение, которое увеличилось на 51% при общем снижении твердости на 17%.

Увеличение относительного удлинения связано с тем, что в структуре чугуна, обработанного карбонатами, меньше грубых включений графита. Снижение твердости обеспечивает возможность последующей механической обработки.

В процессе плавки отбирали образцы на химический анализ (табл. 2).

Таблица 2

Химический анализ проб, отобранных на различных стадиях плавки

№ п/п Стадии плавки в период отбора проб Науглероживатель

с карбонатом кальция без карбоната

Собщ г ^связ % Ссвяз ОТ Собщ С0бщ Ссвяз % Ссвяз ОТ Собщ

1 «Болото» 3,30 1,04 31,52 3,39 0,62 18,29

2 Сталь + науглероживатель 3,06 1,78 58,17 3,88 0,92 23,71

3 Передельный чугун 3,54 0,86 24,29 3,53 0,82 23,23

4 Чугунный лом 3,39 1,19 35,1 3,43 0,85 24,78

5 Доводка 3,41 1,53 44,87 3,3 1,70 51,52

6 Термовременная обработка 3,53 1,07 30,31 3,24 1,49 45,99

7 Модифицирование 3,29 2,83 86,02 3,1 1.13 36,45

Из таблицы видно, что ввод карбонатов резко увеличил количество связанного графита, особенно хорошо это видно после операции загрузки и проплавлении стальной составляющей с науглероживателем. Дальнейшее снижение растворимости углерода можно объяснить понижением температуры в тигле печи в связи с загрузкой передельных чугунов и возврата, а также вводом углерода в свободном состоянии с этими шихтовыми материалами.

Сравнения микроструктур образцов, отобранных по ходу базовых плавок, с образцами, отобранными от плавок по новой технологии (рис. 5), показали, что применение карбонатов в смеси с науглероживателем привело к резкому сокращению количества крупных недорастворившихся включений графита. В структурах образцов после обработки науглероживателем с СаС03, присутствуют поля междендритного графита ГТГр 9 до 60%, размеры графитовых включений ПГд 25-45-90. В то же время в структурах образцов промышленных плавок по базовой технологии размеры графитовых включений достигают ПГд 180-360.

Рис. 5. Микроструктура нетравленых образцов промышленных плавок перед модифицированием (х350) а - базовая технология;

б - новая технология с применением смеси науглероживателя с СаС03.

Оценка однородности структуры чугуна проводилась путем измерения коэффициента затухания УЗ-колебаний на образцах, отобранных от промышленных плавок, в пяти различных точках и оценивали математическое ожидание и дисперсию коэффициента затухания каждого образца. Проверялась гипотеза о равенстве двух дисперсий по Б - критерию (распределение Фишера). Данные выборки не противоречат гипотезе при уровне значимости q=l%.

Полученные данные о Кзах ультразвуковой волны на образцах с различной структурной неоднородностью удовлетворительно согласуются с результатами металлографических и химических исследований.

Разработанная технология легко вписывается в действующий на предприятии технологический процесс плавки чугуна в индукционных печах, не требует капиталовложений и серьезных организационных мероприятий. Экономический эффект от внедрения технологии составил 2232896,22 рублей в

год при среднегодовой потребности в коленчатых валах 15 штук в год, что

подтверждается актом внедрения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Рассмотрены существующие методы науглероживания, влияние технологических параметров на скорость растворения углеродсодержащего материала, а так же поведение углерода в расплаве железа. Отмечено, что в работах по исследованию науглероживания синтетических чугунов, переход углерода в атомарном состоянии через газовую фазу не учитывался.

2. Выявлены физико-химические условия процесса науглероживания через газовую фазу. Показано, что на границе науглероживатель - металл переход углерода в металлическую ванну протекает одновременно по двум параллельным механизмам: путем диффузионного растворения частиц углеродсодержащего материала и через газовую фазу.

3. Проведен термодинамический анализ процесса науглероживания. Показана ведущая роль концентрации СО в зоне реакции на переход углерода в расплав через газовую фазу. Предложен практический способ активизации перехода углерода в расплав через газовую фазу, основанный на вводе в состав науглероживателя карбонатов щелочноземельных металлов.

4. Экспериментально показано, что ввод карбонатов щелочноземельных металлов в составе науглероживателя увеличивает количество растворенного графита в расплаве и способствует кристаллизации чугуна по метастабильной диаграмме.

5. Предложена кинетическая схема процесса науглероживания, учитывающая переход углерода одновременно по двум механизмам: механическом замешивании частиц науглероживателя в расплав с дальнейшим их растворением и в атомарном виде через газовую фазу.

6. На основании кинетической схемы процесса науглероживания получена математическая модель, описывающая временной закон изменения содержания углерода на поверхности ванны, в газовой фазе в виде СО, связанного и свободного углерода в расплаве. На модели решен ряд прикладных задач: определено время, при котором количество СО над зеркалом металла достигает максимума, изучено поведение функций на бесконечности, вариант перехода углерода только по одному из рассмотренных механизмов, а также некоторые частные случаи равенства скоростей науглероживания по обеим механизмам и установившегося процесса.

7. Показана эффективность ультразвукового метода контроля структуры чугуна. Разработана зеркально-теневая УЗ-методика проведения неразрушающего контроля чугунных коленчатых валов с учетом их конструктивных особенностей и технологии контроля. В качестве критерия оценки однородности структуры чугуна предложен новый диагностический параметр - дисперсия коэффициента затухания ультразвуковой волны.

8. Разработана технология получения коленчатых валов массой 4,5 тонны с применением в качестве науглероживателя смеси углеродсодержащего

материала и карбоната кальция (10% по массе), которая позволила стабилизировать получение качественных отливок по макро- и микроструктуре и механическим свойствам. Экономическая эффективность от внедренной технологии составила 2232896,22 рублей в год при среднегодовой потребности в коленчатых валах 15 штук в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Тимофеев, Г. И. Об изготовлении крупногабаритных отливок из высокопрочного чугуну / Г.И. Тимофеев, Н.Ю. Голубев, C.B. Калистов, И.А. Андреев //Литейное производство. - 2007. - №4. - С. 2-4.

2. Леушин, И.О. Влияние газовой фазы на процесс науглероживания / И.О. Леушин, Н.Ю. Голубев, C.B. Калистов, Г.И. Тимофеев // Литейщик России. -

2007.-№7.-С. 23-26Л

3. Леушин, И.О. Оценка однородности структуры чугуна методом акустического зондирования / И.О. Леушин, В.М. Родюшкин, C.B. Калистов. // Заготовительные производства в машиностроении. - 2007. - №7 - С. 37-39.

4. Калистов, C.B. Математическая модель процесса науглероживания металлического расплава при получении синтетического чугуна / Калистов C.B., Леушин И.О., Федотов В.П. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -

2008.-№1,-С. 23-26.

5. Леушин, И.О. Ультразвуковой метод диагностики чугунных коленчатых валов / И.О. Леушин, В.М. Родюшкин, C.B. Калистов, Е.И. Шапкин. // Технология металлов. - 2008. - №9. - С. 35-38.

Научные статьи, çпубликованные в российских и региональных периодических изданиях и вузовских сборниках:

6. Тимофеев, Г.И. Дефекты структуры крупных коленчатых валов из высокопрочного чугуна / Г.И. Тимофеев, В.М. Родюшкин, C.B. Калистов // Вестник АлтГТУ. - Барнаул - 2005. - № 3-4. - С. 134-135.

7. Тимофеев, Г.И. Влияние карбонатов в составе шихтовых материалов на процесс науглероживания синтетического чугуна / Г.И. Тимофеев, Н.Ю. Голубев, C.B. Калистов // Теория и практика металлургических процессов. Литейный консилиум №2: сб. науч. тр. - Челябинск - 2006. - С. 61-66.

8. Тимофеев, Г. И. Физико-химическая модель растворения углерода в расплаве / Г.И. Тимофеев, И.А. Андреев, C.B. Калистов // Материаловедение и металлургия том №61. - Н. Новгород. - 2007. - С. 5-7.

9. Калистов C.B. Технологические особенности получения крупных коленчатых валов из высокопрочного чугуна на ОАО «РУМО» / C.B. Калистов. // Бюллетень ИТЦМ «Металлурге. - 2007. - №6 (171). - С. 8-9.

Ю.Калистов, C.B. Термодинамический анализ процесса науглероживания стального расплава при получении синтетического чугуна / C.B. Калистов, И.О. Леушин, В.А. Героцкий // Социально-экономические и технические

системы: электронное периодическое издание. - Камская гос. инженерно-экономическая академия, -http 7/www, k a m pi. ru/sets - 2007. - №9(43). - 6c.

Тезисы докладов и выступлений:

П.Тимофеев, Г.И. Интенсификация процесса растворения углерода • при выплавке синтетического чугуна / Г.И. Тимофеев, C.B. Калистов. II Литейное производство сегодня и завтра: 6-я Всероссийская научно-практическая конференция. - С.-Пб. - 2006. - С. 142-144.

12.Тимофеев, Г.И. К вопросу об управлении процессом науглероживания, при выплавке синтетических чугунов / Г.И. Тимофеев, Н.Ю. Голубев, C.B. Калистов // VIII Съезд литейщиков. - Ростов-на-Дону. - 2007. - С. 29-32.

13.Калистов, C.B. Особенности процесса науглероживания в присутствии карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов / C.B. Калистов, И.О. Леушин, Н.Ю. Голубев II Прогрессивные литейные технологии: Труды конференции. Под. ред. В.Д. Белова. - М. МИСИС. - 2007. - С. 77-81.

Патенты па изобретения:

14. Патент на изобретение № 2324742 «Способ производства синтетического чугуна» (В.А Егоров, Н. Ю. Голубев, C.B. Калистов, Г.И. Тимофеев, И.А. Андреев). Опубликовано: 20.05.2008. Бюл. № 14.

Подписано в печать 24.09.08. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 581.

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Применение углеродосодержащих материалов в практике металлургического производства.

1.2. Теоретические методы описания процесса науглероживания.

1.2.1. Термодинамический метод.

1.2.2. Диффузионный метод.

1.3. Поведение углерода в расплаве железа.

1.4. Влияние технологических параметров на процесс науглероживания.

1.5. Ультразвуковой контроль структуры и свойств чугуна.

Цели и задачи исследования.

Глава 2 Физико-химические и кинетические особенности процесса науглероживания синтетических чугунов.

2.1. Физико-химические процессы науглероживания синтетического чугуна через газовую фазу.

2.1.1. Физико-химическая модель науглероживания расплава через газовую фазу.

2.1.2. Влияние термодинамических параметров на процесс перехода углерода в газовой фазе.

2.1.3. Определение равновесного состава газовой фазы в атмосфере печи.

2.2. Кинетика процесса науглероживания.

2.2.1. Экспериментальные исследования процесса науглероживания.

2.2.2. Вывод и анализ основного кинетического уравнения процесса науглероживания.

2.2.2.1 .Кинетическая модель и вывод временного закона процесса науглероживания с учетом влияния газовой фазы.

2.2.2.2.Анализ математической модели процесса науглероживания.

Выводы по главе 2.

Глава 3 Дефекты крупногабаритных коленчатых валов: происхождение и идентификация.

3.1. Технические требования, предъявляемые к чугунным коленчатым валам из высокопрочного чугуна и анализ промышленных плавок.

3.2. Идентификация и исследование причин дефектов.

3.3. Особенности получения синтетического чугуна для коленчатых валов и исследование поведения графита в процессе плавки.

3.3.1 Технология получения крупногабаритных коленчатых валов.

3.3.2. Исследование поведения графита в процессе плавки синтетического чугуна.

Выводы по главе 3.

Глава 4 Разработка и внедрение ультразвукового метода диагностики коленчатых валов.

4.1. Особенности проведения ультразвукового контроля качества чугунных отливок.

4.2. Ультразвуковой эхо-импульсный метод диагностики.

4.3. Обоснование возможности применения УЗ диагностики коленчатых валов из высокопрочного чугуна.

4.4. Методика проведения УЗК модифицированным зеркально-теневым методом макроструктуры коленчатых валов с учетом их конструктивных особенностей.

Выводы по главе 4.

Глава 5 Разработка и внедрение в производство новой технологии изготовления коленчатых валов.

Технико-экономическая оценка результатов.

5.1. Разработка технологии плавки чугуна для получения крупных коленчатых валов.

5.2. Оценка однородности структуры чугуна методом акустического зондирования.

5.3. Расчет технико-экономической эффективности внедренной технологии.

5.3.1. Расчет отчетной калькуляции по чугунному литью для условий действующего производства.

5.3.2. Определение стоимости механообрабатывающих операций до проведения УЗК.

5.3.3. Расчет экономической эффективности применения карбонатов при выплавке синтетического чугуна.

Выводы по главе 5.

Чугун широко используется в промышленности в качестве конструкционного материала. Подавляющая часть отливок (около 70%) производится в машиностроении, где используются ценные эксплуатационные свойства чугуна: низкая чувствительность к надрезам, хорошая циклическая вязкость, высокая износостойкость. Прочность чугунов высококачественных марок, сопоставимая с прочностью сталей, и хорошая обрабатываемость сделали его в ряде случаев незаменимым при изготовлении большого числа различных деталей.

В условиях современной экономики, для повышения конкурентоспособности готовых изделий требуется получать одновременно недорогие и качественные заготовки, при низком уровне брака.

Проблемы повышения качества, экономичности, интенсификации производства отливок связаны с приготовлением жидкого металла. Качество металла литых изделий однозначно определяется его структурой. В свою очередь формирование структуры чугуна зависит от свойств жидкого металла и условий кристаллизации. Свойства жидкого металла зависят от свойств шихты, условий плавки и комплекса внепечных обработок.

Одним из путей снижения себестоимости литья является выплавка чугуна на дешевой шихте, то есть замена дорогостоящих литейных и передельных чугунов стальным ломом с дальнейшим его науглероживанием. Стальные отходы в своей основе значительно более качественные материалы, свободные от вредных примесей и включений, чем литейные и передельные чугуны. Отсутствие свободного углерода в металлической шихте позволяет получать любое его содержание в синтетическом чугуне, влияя тем самым на структуру и свойства выплавляемого чугуна. Процесс науглероживания металла — наиболее значимый этап производства синтетического чугуна, который во многом определяет структуру и качество отливок. Поэтому весьма важно изучение закономерностей растворения углерода в расплаве железа.

При получении отливок из синтетического чугуна, отмечается повышение механических и эксплуатационных свойств, на что, несомненно, оказывает влияние стальная составляющая шихты, в то же время приходится бороться с отрицательными явлениями: повышенной усадкой, пониженной жидкотекучестью, склонностью к отбелу, - которые связаны с плохим усвоением графита.

Практически все ведущие российские и зарубежные ученые, занимавшиеся исследованиями процесса плавки и изучением влияния различных элементов на структуру и свойства чугунного литья, рассматривали процесс науглероживания. Среди них стоит отметить Вертмана А.А., Владимирова Л.П., Есина О.А., Жукова А.А., Козлова Л.Я., Риста А., Самарина А.М, Чипмэна Д., Шумихина B.C. и др.

Другой важной проблемой является контроль качества чугунных отливок. Наиболее перспективным в этой области является использование ультразвуковых методов диагностики состояния изделий.

Объем применения УЗ контроля во многих отраслях промышленности, как нашей страны, так и за рубежом, за последние годы достиг 70-80% по отношению к другим методам неразрушающего контроля, что объясняется рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами радиографического контроля.

Настоящая работа посвящена изучению закономерностей растворения графита и разработке методов управления процессом науглероживания синтетического чугуна. Наряду с этим в работе затрагиваются вопросы, диагностики состояния чугуна методами неразрушающего УЗ контроля.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Рассмотрены существующие методы науглероживания, влияние технологических параметров на скорость растворения углеродсодержащего материала, а так же поведение углерода в расплаве железа. Отмечено, что в работах по исследованию науглероживания синтетических чугунов, переход углерода в атомарном состоянии через газовую фазу не учитывался.

2. Выявлены физико-химические условия процесса науглероживания через газовую фазу. Показано, что на границе науглероживатель — металл переход углерода в металлическую ванну протекает одновременно по двум параллельным механизмам: путем диффузионного растворения частиц углеродсодержащего материала и через газовую фазу.

3. Проведен термодинамический анализ процесса науглероживания. Показана ведущая роль концентрации СО в зоне реакции на переход углерода в расплав через газовую фазу. Предложен практический способ активизации перехода углерода в расплав через газовую фазу, основанный на вводе в состав науглероживателя карбонатов щелочноземельных металлов.

4. Экспериментально показано, что ввод карбонатов щелочноземельных металлов в составе науглероживателя увеличивает количество растворенного графита в расплаве и способствует кристаллизации чугуна по метастабильной диаграмме.

5. Предложена кинетическая схема процесса науглероживания, учитывающая переход углерода одновременно по двум механизмам: механическом замешивании частиц науглероживателя в расплав с дальнейшим их растворением и в атомарном виде через газовую фазу.

6. На основании кинетической схемы процесса науглероживания получена математическая модель, описывающая временной закон изменения содержания углерода на поверхности ванны, в газовой фазе в виде СО, связанного и свободного углерода в расплаве. На модели решен ряд прикладных задач: определено время, при котором количество СО над зеркалом металла достигает максимума, изучено поведение функций на бесконечности, вариант перехода углерода только по одному из рассмотренных механизмов, а также некоторые частные случаи равенства скоростей науглероживания по обеим механизмам и установившегося процесса.

7. Показана эффективность ультразвукового метода контроля структуры чугуна. Разработана зеркально-теневая УЗ-методика проведения неразрушающего контроля чугунных коленчатых валов с учетом их конструктивных особенностей и технологии контроля. В качестве критерия оценки однородности структуры чугуна предложен новый диагностический параметр -дисперсия коэффициента затухания ультразвуковой волны.

8. Разработана технология получения коленчатых валов массой 4,5 тонны с применением в качестве науглероживателя смеси углеродсодержащего материала и карбоната кальция (10% по массе), которая позволила стабилизировать получение качественных отливок по макро- и микроструктуре и механическим свойствам. Экономическая эффективность от внедренной технологии составила 2232896,22 рублей в год при среднегодовой потребности в коленчатых валах 15 штук в год.

1. Явойекий, В.И. Теория процессов производства стали. / В.И. Явойский. -2-е изд. - М.: Металлургия, 1967. - 792 с.

2. Бигеев, A.M. Расчеты мартеновских плавок (Технологическая часть) / A.M. Бигеев. М.: Металлургия, 1966. - 388 с.

3. Бигеев, A.M. Металлургия стали: учеб. для вузов / A.M. Бигеев. 2-е изд., прераб. и испр. - М.: Металлургия, 1988. - 480с.

4. Борнацкий, И.И. Современный кислородно-конвертерный процесс / И.И. Борнацкий, В.И. Баптизманский, Е.И. Исаев и др. Киев.: Техника, 1974. -264с.

5. Борнацкий, И.И. Физико-химические основы сталеплавильных процессов / И.И. Борнацкий. -М.: Металлургия, 1974. 320с.

6. Воскобойников, В.Г. Общая металлургия / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, A.M. Якушев. 3-е изд., перераб. и дополн. — М.: Металлургия, 1979.-488с.

7. Баптизманский, В.И. Теория кислородно-конвертерного процесса / В.И. Баптизманский. -М. Металлургия, 1975. 376с.

8. Линчевский, Б.В. Теория металлургических процессов: учеб. для вузов / Б.В. Линчевский. — М.: Металлургия, 1995. 346с.

9. Челищев, Е.В. Металлургия черных и цветных металлов: учеб. для вузов / Е.В. Челищев, П.П. Арсентьев, В.В. Яковлев и др. М.: Метллургия, 1993. -447с.

10. Ю.Григорян, В.А. Теоретические основы электросталеплавильных процессов / В.А. Григорян, Л.Н. Белянчиков, А.Я. Стомахин. — М.: Металлургия, 1987. — 272с.

11. Лахтин, Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов: учеб. для вузов / Ю.М. Лахтин. 4-е изд., перераб. и дополн. - М.: Металлургия, 1993. -- 448 с.

12. Н.Гуляев, А.П. Металловедение: учеб. для вузов / А.П. Гуляев. 5-е изд., перераб. М.: Металлургия, 1977. - 648 с.

13. Сухарчук, Ю.С. Плавка чугуна в вагранках: учеб. пособие / Ю.С. Сухарчук, А.К. Юдкин. 2-е изд., перераб. и дополн. - М.: Машиностроение, 1989. -176с.

14. Chipman J. «Met. Trans.», 1972,v. 3, N 1. P. 55.

15. Rist A, Chipman J. The Physical Chem. of Iron and Steelmaking. Massachusets a. London, 1956, p. 3-12.

16. Вертман, А.А. Свойства расплавов железа / А.А. Вертман, A.M. Самарин. -M.: Наука, 1969.-328 с.

17. Matoba S., Banya S. «Technol. Rep. Tohoku Univ.», 1955, v. 20, p. 131.

18. Суровой, Ю.Н. Растворимость углерода в расплавах железа и никеля с хромом / Ю.Н. Суровой, Н.Я. Шумский // Физико-химические основы металлургических процессов: межотр. сб. науч. тр. Москва, 1982. - С 6875.

19. Телицын, И.И. Растворимость щелочноземельных элементов в железоуглеродистых расплавов / И.И. Телицын // Физико-химические свойства металлургических расплавов и кинетика обменных взаимодействий: сб. науч. тр. Свердловск, 1987. - С 57-62.

20. Shenck Н., Fronberg M.G., Steimetz Е. «Archiv Eisen-huttenw.», 1963, Bd. N 34, S.-37.

21. Шюрман, Э. Влияние температуры и легирующих элементов на растворимость углерода в насыщенных многокомпонентных сплавах на основе железа / Э. Шюрман, Д. Кремер // 35-й Международный конгресс литейщиков. Киото 1968 г. М.: Машиностроение, 1972. — С. 5

22. Шварцман, Л.А. Некоторые вопросы термодинамики железоуглеродистыхрасплавов / Л.А. Шварцман, И.А. Томилин // Физико-химические основы134металлургических процессов: сб. науч. тр. советско-японского симпозиума -Москва, 1967.-С 192-201.

23. Темкин М.И., Л.А. Шварцман. ЖВХ, 1949, 23, № 6-7, 55.

24. Shenk Н, Keiser Н. Arch EisenhUtt., 1960, В 31, N4, 227.

25. Рист А., Чипман Д. В сб. «Физическая химия сталеварения», Перев. С англ. Изд-во «Металлургиздат», 1961.

26. Владимиров, Л.П. Быстрые методы приближенного и точного расчета равновесия / Л.П. Владимиров // ЖФХ, т.ХХХ, вып. 6. 1956. С 1396-1400.

27. Владимиров, Л.П. Термодинамические расчеты равновесия металлургических реакций / Л.П. Владимиров. М.: Металлургия, 1970. -528 с.

28. Казачков, Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов: учеб. пособие для вузов / Е.А. Казачков. М.: Металлургия, 1987. - 288 с.

29. Попель, С.И. Теория металлургических процессов: учеб. пособие / С.И. Попель, А.И. Сотников, В.Н. Бороненков. М.: Металлургия, 1986. - 463 с.

30. Морачевский, А.Г. Термодинамические расчеты в металлургии /А.Г. Морачевский, И.Б. Сладков. М.: Металлургия, 1993. - 304 с.

31. КоЫег F. Monatsh. Chemei., 1960, Bd. 91, №4, S 738-740

32. Kohler F., Findeneegg G.H. Monatsh. Chemei., 1965, Bd. 96, №4, S 12281251.

33. Шашков, В.Б. Предотвращение выделения спели в отливках изложниц из чугуна первой плавки / В.Б. Шашков, В.Н. Киселев, А.Г. Непомнящий // Литейное производство — 1976. №5. - С 29-30.

34. Туркин, С.А. Влияние термовременной обработки расплава чугуна и типов шихтовых материалов на свойства отливок / С. А. Туркин, И.К. Кульбовский. // Литейщик России, 2005. - №2. — С. 7-10.

35. Лепинских, Б.М. Диффузия элементов в жидких металлах группы железа / Б.М. Лепинских, А.В. Кайбичев, Ю.А. Савельев. М.: Наука, 1974. - 190 с.

36. Yook С. Diffusion of iron contained in low carbon steel in molton aluminium.// Radioisotopes. 1967. - 16, N 8. - P. 363 - 370.39.3айт, В. Диффузия в металлах / В.Зайт. М.: Иностранная литература, 1958. -382 с.

37. Вертман, А.А. О кинетике растворения углерода в жидком железе /А.А. Вертман, A.M. Самарин. // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1965. - №1. - С. 46-49.

38. Ершов, Г.С. Строение и свойства жидких и твердых металлов / Г.С. Ершов, В.А. Черняков. М.: Металлургия, 1978. - 247 с.

39. Савельев, Ю.А. Влияние кремния и марганца на диффузию углерода в жидком железе / Ю.А. Савельев, Б.М. Лепинских, А.В. Кайбичев // Труды института металлургии УНЦ АН СССР. 1972. №27. - С. 200-208.

40. Савельев, Ю.А. О диффузии углерода в железоуглеродистом расплаве / Ю.А. Савельев, Б.М. Лепинских, А.В. Кайбичев // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1972.- №4. - С. 97 - 101.

41. Шурыгин, П.М. О кинетике растворения углерода в расплавах на основе железа / П.М. Шурыгин, В.И. Крюк // Изв. вузов. Сер. Черная металлургия. -1963.-№12.-С. 14-20.

42. Плышевский, А.А. Кинетика растворения углерода в расплавах Fe-C-Si /

43. A.А. Плышевский, В.Н. Михалец, М.М. Шакиров, B.C. Кудрявцев // Пр-во ферросплавов. 1975. - № 1. - С. 3 - 9.

44. Ершов, Г.С. Диффузия в металлургических расплавах / Г.С. Ершов, В.П. Майборода. Киев.: Наукова Думка, 1990г. - 224 с.

45. Shigeno Yoshito, Tokuda Masanori, Ohtani Masayasu. Influence of sulfur and phoshorus on the dissolution rate of graphite into Fe-C alloy//Trans. Iron and Steel Inst. Jap. 1980. - 20, N 11. - P. 490 - 492.

46. Григорян, В.А. Кинетика растворения графита в железоуглеродистом расплаве в присутствии поверхностно-активных веществ / В.А. Григорян,

47. B.П. Каршин // Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел: сб. науч. тр. Киев, 1972. - С. 941-945.

48. Goldbery D., Belton G. Diffusion of carbon in liquid iron.// Met. Trans. 1974. -5., N7.-P. 1643- 1648.

49. Френкель, Я.И. Кинетическая теория жидкостей / Я.И. Френкель. Л.: Наука, 1975.-592 с.

50. Билецкий, А.К. Расчет параметров растворения твердых добавок / А.К. Билецкий, B.C. Шумихин, В.К. Безуглый // Изв. Вузов. Сер. Чер. Металлургия. 1978. - №11. - С. 5-8.

51. Билецкий, А.К. Растворение твердых сферических частиц в жидкости / А.К. Билецкий, B.C. Шумихин // Процессы плавки литейных сплавов: сб. науч. тр.-Киев, 1979.-С. 65-69.

52. Богачев, И.Н. Металлография чугуна / И.Н. Богачев. ГНТИ. - Свердловск, 1962.-377с.

53. Бунин, К.П. Строение чугуна / К.П. Бунин, Ю.Н. Таран. М.: Металлургия, 1972.-224с.

54. Самарин, A.M. О свойствах жидкой стали /A.M. Самарин // Литейные свойства сплавов.Ч.1. Киев: ИПЛ АН УССР, 1968. - С. 27-34.

55. Иванов, Д.П. О природе пластинчатого графита в чугуне / Д.П. Иванов // Литейное производство. 1958. - №3. - С. 14-15.

56. Попель, С.И. Теория металлургических процессов / С.И. Попель, А.И. Сотников, В.Н. Бороненков. М.: Металлургия, 1986. - с.463.

57. Жуков, А.А. Некоторые вопросы термодинамики спиноидального распада в твердых растворах / А.А. Жуков // ФММ. 1970. - №6 (том 30). - С.124-126.

58. Жуков, А.А. Теоретические основы графитизации чугуна и формирования структуры отливок. Механические свойства чугуна / А.А. Жуков. М. Машиностроение, 1978. - 175 с.

59. Самарин, A.M. Свойства и структура металлических расплавов / A.M. Самарин // Физико-химические основы металлургических процессов: сб. науч. тр. советско-японского симпозиума Москва, 1967. - С 128-145.

60. Волощенко, В.М. О состоянии углерода в жидком чугуне / В.М. Волощенко, А.С. Лашко, О.И. Слуховицкий, В.Д. Краля// Литейное производство. -1976. №2.-С. 5-7.

61. Жуков, А.А. О малой скорости массопереиоса и структурных изменений в жидком модифицированном чугуне / А.А. Жуков, P.JI. Снежной // Литейное производство 1976. - № 11.-С. 4-5.

62. Коган, Л.Б. Исследование процесса графитообразования в синтетическом чугуне / Л.Б. Коган, И.С. Ивахненко // Литейное производство 1976. - №3. -С 5-6.

63. Шумихин, B.C. Высококачественные чугуны для отливок / B.C. Шумихин, В.П. Кутузов, А.И. Храмченков и др; Под ред. Н.Н. Александрова. М.: Машиностроение, 1982. - 222с.

64. Кульбовский, И.К. Связь структуры отливок со строением расплава чугуна / И.К. Кульбовский // Литейное производство. 1986. - №10. - С.4-7.

65. Колесников, М.С. Разработка высокопрочных чугунов с повышенными специальными свойствами / М.С. Колесников, Э.Н. Корниенко. Наб. Челны: изд-во Камского политехнического института, 1999. - 169с.

66. Платонов, Б.П. Особенности зональной ликвации серого чугуна в тонкостенных отливках / Б.П. Платонов, Ю.А. Зиновьев, А.Б. Елькин и др. // Управление строением отливок и слитков: сб. науч. тр. Н.Новгород: Нижег. гос. тех. ун-т, 1997. - С. 40-43.

67. Гаврилин, И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов / И.В. Гаврилин. Владимир: Владим. гос. ун-т, 2000. - 260с.

68. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах / В.И. Никитин. Самара: Самар. гос. ун-т, 1995. - 248с.

69. Шумихин, B.C. Синтетический чугун / B.C. Шумихин, П.П. Лузан, М.В. Жельнис. Киев.: Наукова думка, 1971. - 158 с.

70. Панов, А.Г. К вопросу о выборе науглероживателя при производстве синтетических чугунов / А.Г. Панов, Т.В. Рогожина // Теория и практика металлургических процессов. Литейный консилиум №2: сб. науч. тр. -Челябинск, 2007. С. 56-61.

71. Кульбовский И.К., Богданов Р.А. Роль микропримесей в формировании структуры графита в чугуне / И.К. Кульбовский, Р.А. Богданов // Литейщик России. 2006. - №12. - С. 31-34.

72. Кантеник, С.К. Влияние карбюризатора на качество комплексно-легированного синтетического чугуна / С.К. Кантеник, М.М. Рахматулов, А.Н. Мочалов, Р.Н. Гимаев // Литейное производство. 1976. - №9. - С. 1415.

73. А.с. 1678846 СССР, МКИ С 21 С 1/08. Способ получения чугуна в дуговых электрических печах / Н.И. Кобелев, А.В. Козлов, Н.И. Кобылкин и др.-№4773736/02; заявл. 26.12.89; опубл. 23.09.91, бюл. №35.- 2с.

74. Соломко, В.П. Влияние типа науглероживателя на свойства железоуглеродистых расплавов / В.П. Соломко, Г.А. Дорофеев, А.А. Рыжиков // VIII конференция по физико-химическим основам производства стали. Тез. док. часть 1. Москва, 1977. - С. 12-13.

75. Spengler A.F. Alloys and additives//Cast. Met. Inst. 2nd Elec. Ironmelt. Conf., Atlanta, Ga, 1974. Des Plaines. - 1975. - P. 29-38.

76. Granular silicon carbide gives 90% carbon recovery // Foundry Manag. And Technol. 1980. 108, № 9. - P. 78.

77. Гасик, М.И. Прогрессивные технологии выплавки электростали с заменой чугуна CSiC-брикетами / М.И. Гасик, А.Н. Овчарук, И.А. Семенов, И.В. Деревянко // Сталь. 2002. - №5. - С. 31-36.

78. Гасик, М.И. Выплавка стали в дуговых печах машиностроительного комплекса с заменой чугуна углеродкарбидкремниевыми брикетами / М.И. Гасик, А.Н. Овчарук, И.В. Деревянко, и др. // Электрометаллургия. 2006. -№9.-С. 2-13.

79. Виноградов, Ю.Г. Карбюризатор для синтетического чугуна / Ю.Г. Виноградов, Д.П. Иванов, Л.Б. Коган, Г.Ф. Горбульский // Литейное производство. 1968. - №7. - С. 27-28.о

80. Коган, JI.Б. Поведение отдельных элементов при плавке синтетического чугуна / Л.Б. Коган, А.А. Гайдуков // Литейное производство. 1968. - №9 -С. 4-5.

81. Кушнир, Я.П. Выплавка высокоуглеродистого чугуна с использованием стального лома в шихте / Я.П. Кушнир, В.А. Курганов, В.В. Лесовой и др. // Литейное производство. 1990. - №3. - С. 9-10.

82. Справочнок по чугунному литью / Под. ред. Н.Г. Гиршовича. Изд. 3-е перераб. и дополн. — Ленинград.: Машиностроение, 1978. 758с.

83. Дибров, И.А. Кинетика изменения графитовых включений в процессе плавки чугуна в индукционных печах / И.А. Дибров // Улучшение качества чугунного литья. Изд. Саратовского ун-та, 1978. - С. 24-29.

84. Измайлов, В.А. О микронеоднородном строении жидкого чугуна / В.А. Измайлов, А.А. Вертман, А.Н. Самарин // Литейное производство. 1971. -№1. - С. 30-31.

85. Фишер, В.Б. Разработка и исследование технологических процессов получения перлитного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом: Дисс. канд. техн. наук: 05.16.04 /ГПИ. Горький, 1979. -140с.

86. Лузан, П.П. Перспективы производства отливок из синтетического чугуна / П.П. Лузан // Литейное производство. 1973. - №4 - С. 11-12.

87. Ватолин, Н.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов / Н.А. Ватолин, Э.А. Пастухов. М.: Наука, 1980.-189с.

88. Мариенбах, JI.M. Обработка чугуна экзотермическими смесями /Л.М. Мариенбах, В.А. Грачев, А.А. Черный, В.А. Кузьмин // Литейное производство. 1973. - №3 - С. 41-42.

89. Бурылев, Б.П. Влияние добавляемых элементов на растворимость углерода в жидком железе / Б.П. Бурылев // Изв. вузов. Сер. Черная металлургия. -1964. №6.-С. 7-12.

90. Бурылев, Б.П. Растворимость углерода в расплавленных металлах четвертого периода / Б.П. Бурылев //Изв. вузов. Сер. Черная металлургия. -1961.-№6.-С. 20-24.

91. Бурылев, Б.П. Растворимость углерода в металлах и сплавах / Б.П. Бурылев // Физ. Химия. 1960. - 63, №6. - С. 1365-1397.

92. Чугун. Справочник / Под ред. А.Д. Шермана, А.А. Жукова. М.: Металлургия, 1991.-576с.

93. Колокольцев, В.М. Повышение свойств жароизносостойкого чугуна рафинированием и модифицированием / В.М. Колокольцев, О.А. Миронов, Е.В. Петриченко и др. // Литейное производство. №3. - 2007. - С. 2-5.

94. Леушин, И.О. Влияние газовой фазы на процесс науглероживания / И.О. Леушин, Н.Ю. Голубев, С.В. Калистов, Г.И. Тимофеев // Литейщик России. 2007. №7- С. 23-26.

95. Тимофеев, Г.И. Интенсификация процесса растворения углерода при выплавке синтетического чугуна / Г.И. Тимофеев, С.В. Калистов. // Литейное производство сегодня и завтра: 6-я Всероссийская научно-практическая конференция. С.-Пб., 2006. - С. 142-144.

96. Леушин, И.О., Грачев А.Н., Орлова Л.А. Неразрушающие методы контроля качества отливок: учеб. пособие /И.О. Леушин, А.Н. Грачев, Л.А. Орлова; НГТУ Нижний Новгород, 2006. - 241 с.

97. Кретов, Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении / Е.Ф. Кретов. СПб.: Радиоавионика, 1995. - С 336.

98. Крауткремер, Й. Ультразвуковой контроль материалов: справ, изд. / Й Крауткремер, Г. Крауткремер. -М.: Металлургия, 1991. 752с.

99. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В.В. Клюев и др.; под ред. В.В. Клюева. 3-е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 2005.-656с.

100. Родюшкин, В.М. Об акустическом методе неразрушающего контроля твердых сред с микроструктурой / В.М. Родюшкин // Ультразвук и термодинамические свойства вещества: сб. науч. тр. Курск КГУ. 2003. - С. 35-38.

101. Родюшкин, В.М. Неразрушающий контроль напряжений в крупногабаритных заготовках / В.М.Родюшкин // Испытания материалов и конструкций: сб. науч. трудов. Нижний Новгород, 2000. - С.43-46.

102. Родюшкин, В.М. Ультразвуковой контроль состояния материала / В.М. Родюшкин // Физические основы в машиноведении: сб. науч. трудов. — Нижний Новгород. 2000. С. 29-34.

103. Березин, Е.К. Методы ультразвукового контроля качества материалов со сложной структурой /Е.К. Березин, В.М. Родюшкин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006 - №5 (17). - С. 32-39.

104. Воронкова, JI.B. Ультразвуковой контроль чугунных отливок / JT.B. Воронкова. -М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998. С 40.

105. Иванушкин, Е.С. Оценка механических свойств высокопрочного чугуна в отливках ультразвуковым методом / Е.С. Иванушкин // Литейное производство. 1988 - №8. - С. 11-12.

106. Попов, М.А. Ультразвуковой контроль механических свойств высокопрочного и серого чугунов / М.А. Попов, О.В. Чигогидзе // Литейное производство. 1977. - №2. - С. 30-31.

107. Неразрушающий контроль: справочник в 8т. / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге, под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 3. Ультразвуковой контроль. М.: Машиностроение, 2006. - 864 с.

108. Буденков, Г.А. Ультразвуковой метод контроля поверхности изделий из чугуна /Г.А. Буденков, В.А. Новожилов, В.Г. Шабардин // Дефектоскопия. 1992. - №8. - С. 18-23.

109. Коваленко, А.В. Контроль твердости чугуна акустическим методом / А.В. Коваленко, А.А. Лебедев // Дефектоскопия. 1992. - №12. - С. 31-33.

110. Буденков, Г.А. Установка для контроля качества изделий из высокопрочного чугуна электромагнитно-аккустическим методом / Г.А. Буденков //Дефектоскопия. 1985. - №1. - С. 69-73.

111. Гольдштейн, Н.Л. Краткий курс теории металлургических процессов / Н.Л. Гольдштейн Свердловск: Металлургиздат, 1961. - 336 с.

112. Аксельруд, А.Г. Растворение твердых веществ / Г.А. Аксельруд, А.Д. Молчанов. М.: Химия, 1977. - 268с.

113. Тимофеев, Г. И. Физико-химическая модель растворения углерода в расплаве / Г.И. Тимофеев, И.А. Андреев, С.В. Калистов // Материаловедение и металлургия том №61. Н. Новгород. - 2007. - С. 5-7.

114. Тимофеев, Г.И. К вопросу об управлении процессом науглероживания, при выплавке синтетических чугунов / Г.И. Тимофеев, Н.Ю. Голубев, С.В. Калистов // VIII Съезд литейщиков. Ростов-на-Дону. -2007. С. 29-32.

115. Фромм, Е. Газы и углерод в металлах / Е. Фромм, Е. Гебхард; под ред. Б.В. Линчевского. М.: Металлургия, 1980. - 712с.

116. Тимофеев, Г.И. Дефекты структуры крупных коленчатых валов из высокопрочного чугуна / Г.И. Тимофеев, В.М. Родюшкин, С.В. Калистов // Вестник АлтГТУ. 2005. - № 3-4. - С. 134-135.

117. Тимофеев, Г. И. Об изготовлении крупногабаритных отливок из высокопрочного чугуна / Г.И. Тимофеев, Н.Ю. Голубев, С.В. Калистов, И.А. Андреев //Литейное производство. 2007. - №4. - с. 2-4.

118. Калистов, В.К. Оптимизация процессов литья: Учеб. пособие/ В.К. Калистов. ГПИ им. Жданова, 1983. - 76с.

119. Калистов С.В. Технологические особенности получения крупных коленчатых валов из высокопрочного чугуна на ОАО «РУМО» / С.В. Калистов // Бюллетень ИТЦМ «Металлург». 2007. - №6 (171). — С. 8-9.

120. Леушин, И.О. Оценка однородности структуры чугуна методом акустического зондирования / И.О. Леушин, В.М. Родюшкин, С.В. Калистов. // Заготовительные производства в машиностроении. 2007. -№7.-С. 37-39.

121. Леушин, И.О. Математические модели и методы в литейном производстве: Учеб. пособие / И.О. Леушин. Нижегород. гос. ун-т, Н.Новгород, 1995. - 149с.

122. Майданчик, Б.И. Основы экономики и организации литейного производства / Б.И. Майданчик и др. М.: Машиностроение, 1972. - 268с.

123. ГОСТ 2407-83 Карбюризатор древесноугольный. Технические условия. — Введ. 01.01.85. -М.: Изд-во стандартов. 12 с.

124. ГОСТ 12503-75 Сталь. Методы ультразвукового контроля. Общие требования. Введ. 01.01.78. - М.: Изд-во стандартов. — 4 с.

125. ГОСТ 21120-75 Прутки и заготовки круглого и прямоугольного сечения. Методы ультразвуковой дефектоскопии. Введ. 01.01.77. - М.: Изд-во стандартов. - 6 с.

126. ГОСТ 24507-80 Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии. Введ. 01.01.82. -М.: Изд-во стандартов. - 12с.

127. ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение. Введ. 01.01.86. -М.: Изд-во стандартов. - 37 с.

128. ГОСТ 3443-87 Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры. Введ. 01.07.88. — М.: Изд-во стандартов. -12 с.

129. ГОСТ 23829-85 Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения. Введ. 01.01.87. - М.: Изд-во стандартов. - 15 с.Гул. Адм. Нахимова, д 13

130. Теп: (8312) 56-21-05 — приемная8312) 58-24-68 — служба реализации Факс (6315) 53-86-68 — круглосуточно Теп; (8312)58-91-94 rumcxgjaaridy ru www.ruroe.nmjv.ru№ /6-4///гна № 01

131. Утверждаю рр по технологической то вкр^п ро из 1 ю дет ва М.С. Смирнов 200Г

132. Акт внедрения карбоната кальция в составе науглероживателя при изготовлении коленчатых валовjn*т-Ч

133. В результате проведенных работ установлено, что применение карбонатов кальция в смеси с боем электродов и качестве науглероживателя позволяет исключить появление спели, вызванной недорастворившимся графитом и снизить уровень несоответствующей продукции.

134. Рекомендовано для внедрения на другие отливки ответственного назначения.1. Главный металлург

135. Начальник чугунолитейного цеха № 12

136. ИНН $2&80000М/КПП S2S8G1001,

137. ОКОС-16, ОКОПФ-17; ОКЛО-С5744е56. ОКОНХ-14120.14166: Р/с 40702810900000003009 п ОАО ГБ «Нижний Новгород*; К/с 30101810000000000755: 6ИК 042202755Y1. Н.Ю. I олубев1. М.Ю. МуреевftTHcr* 'J- .v" \\1. Р/--J 11 Vс> щШ и

138. Россия, 603061 г НИЖНИЙ Новгородул. Адм. Нахимова, д. 13

139. Тел (6312) 66-21 -05 -приемная8312) 58-24-08 —отдел сбыта Фане (8312) 53-86-68 «ругпосуточно Тел: (3312) 58-91 -34 rurno@sandy ru www rumo.nnov ru0Z.&Y. №/£-4/f$на N»от •Г

140. Утверждаю ,^рсктор-|щ технологической ■ Y-'Упап гптпйй* .У>п(,)Ш ВОДСТВа .С. Смирнов 2007г.г1. RUMO1. А*ГГ внедрен кмметодов акустического зондирования при контроле коленчатых валов кз высокопрочногочугуна