автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка метода расчета и исследование условий получения стальных отливок без горячих трещин

шкт-пга2?б7?гсхкй гссударк:е?ен;1 ткшесдтг икзероитзх

На празах рукописи

дрЗЗЕБСКИй Михаил Александрович

РАЗРАБОТКА ЖОДЛ РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛЛЕЗИЯ СТАЛЬНЫХ ОТЛКОЗ Б"3 ГОРЯЧИХ ТРЕЦИН '

Сяецчальяооть С3.16.ОТ - ЯпгеЛаое производство

Аз тор ё ф е р а т

диссертации ка соискание учеабп степени кандидата технических аауг.

'^.г; (гр <~ -л ^/р т1

..■работа выполнена на кафедре "Теория и технология литейных сплавов" Санкт-Петербургйкого государственного технического университета. .

Научный руководитель ': доктор технических наук, профессор

И. В. Грузных

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор

Г.П.Анастасиади . кандидат технических наук Б. И. Вол один

Ведуцее предприятие : Невский завод им.Ленина, С.-Петербург

Защита состоится ¿¿¿¿^Л 1992 г. в /С. часов на

засе-снии специализированного Совета Д.063.38.08 при Санкт-Петербургском государственном техническом'университете по адресу: 19525Т, С.-Петербург, Политехническая ул., 29, Химический корп., ауд. 51.

С диссертацией когао ознакомиться в фундаментально,! библиотеке университета.'

Автореферат разослан ЪГг г.

.Ученый секретарь специализированного Совета

Казакевич Г.С.

, ?А8?АБ0ТлА катод. улсчитл л усэ.дозэде УСЛОВИЯ

• ' ГОЛУЧйШ СШ12-1' ОШВОК БЕЗ ГСГ'ЕЯЖ ТРЕЩИН

Актуальность работа. Одним из наиболее часто встречавшихся видов le'iettTOB е стальных отливках является горячие трещины. По их вине око-[чательно бракуется скопо 5% от общего выпуска отливок, что суцествен-ю ухудшает технико-экономические показатели производства, приводит к ;го удорожание. В заводских условиях учет ¿акторов, влияющих на обра-ювание горячих тресни, при проектировании технологии производится на зеноззнии опыта разработчика и объективно не может быть достаточный. 1оэтсиу перспективным представляется направление, вклочапщее в себя 1ислевное моделирование напряженно-деформированного состояния отливки ¡ри затвердевании с цедъп прогнозирования зезмошшх деформационных дефектов и целенаправлен:!}-:) разработку мероприятий по устранении.горячих грецин.

Обширный отечествен:;!!:! я' зарубежный опыт свидетельствует, что ис- • юльзовапие в практике результатов моделирования, позволяет существен-то сократить брак отливок. Разработка метода расчета и повышение тре-ц;:ноусто;?чи£осткотливск в усяоглях производства, является вакной на-родно-хозяпственнол задачей.

Целыз работы являлось создание универсального метода расчета тре-глпоустопчизосг.; стальных отливок, исследование условий и разработка аерссрпятая неойхо.аниых для предотвращения горячих трецин.

7.ля достижения поставленной цели были .сформулированы и ресенн сле-дупцие задачи:

1. Выбрать 'реологкческус модель поведения стали при околосолидус-знх температурах, позвеляоцуо с достаточной.гочяоетьп моделировать на-1ряжеяво-де$оркиро£31шое состояние ззтвердевавцеа отливки.

2. Выявить законог'.'зряссти изменения sbt-ективкых значении реологических свойств стали в зависимости от тгкпературк.

3. Разработать расчетзо-эк^зеспмептальн^л метод определения реоло--"-■сскнх сзог.ств стгли.

-». Разработать 'гатематическуо развития деформаций в отлкв-

5. Разработать пизколеглЕСзаш1}"> сталь для тракторных отливок с no:?i:nEuaca трепете; с? огчзвостк.

6. Разработзи.' технелогичезкпз средства обеспечивавшие получение ртпиэсе без горячих rseera.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- теоретически обоснован и экспериментально подтвержден выбор ре опогической подели поведения сплава в процессе развития усадочных де формаций в отливке при околосолидусных температурах;

- выявлена и подтверждена экспериментально закономерность измене ния значений реологических свойств в зависимости от температуры;

• - теоретически обоснован и разработан расчетно-экспериментальны{ метод определения'реологических свойств;

- построена математическая модель развития усадочных деформаций отливках; • ' :

- установлено определявшее 'значение механического сопротивления усадки смесью для образования горячей трещины;

- теоретически обоснованы основные направления:выбора состава m зколегировашшх сталей с повышенной трещиноустойчивостью.

Практическая ценность работы заключается в реализации разработа! ного яетода расчета трещиноустойчивости стальных отливок. Результата работы использованы в сталелитейном цехе ПО "Кировский завод" с экономическим эффектом 40 тис.руб. в год, по ценам 1990 г. Разработана новая низколегированная сталь, для данного типа отливок, с трещиноу( тойчивостью около 1000 Н и удовлетворительны™ механическими свойствам. ' •

Апробация работа. Основниг. материал!: и тлокения диссертации до-лриены и обсуждены на семинарах "Пйвиаст.'.е- с£?.ективаости литейного производства" (Ленинград, 1985 г.); "Позиение эффективности литейН! го производства -в 9-й пятилетке" (Ленинград, IS89 г.); "Повышение к чества отливок" (Чебоксары, 1969 г.); "Повышение эффективности лите; пого производства" (Ленинград, 1990 г.); "Современные литейные материалы и технология получения отливок" (Ленинград, 1991 г.); "Автоматизация проектирования и управления качеством отливок" (Санкт-Петербург, 1991 г.).

Публикации.. По теме диссертации опубликовано 9, работ, получено I' авторское свидетельство и 3 положительных решения на заявки об из бретении.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит и введения, пяти глав, выводов, списка литературных ¡источников. Работ; изложена на /¿6 страницах панинописного текста, содержит 63 р№ суиков, 32 таблиц. Список литературных источников содержит !20 наименования работ советских и зарубежных авторов.

оодетанж рарот-1

Во ввеле:ши обоснована актуальность тега осеитациспноа работы, формулированы цель и задачи исследования, основные полоиечия выноси-ые на защиту, научная новизна и практическая ценность работы, дается е общая характеристика.

В обзорной части рассмотрена существующие методы определения тре-иноустойчивости отливок. В результате ачзпиза имеющихся данных выяв-ена целесообразность "деформационного" подхода в объяснении механиз-а образования этого дефекта в стальных отливках при разработке расчетного метода.. Отмечается,. что для получения достоверного моделиро-ания напрякеняо-деформпроваяного состояния - основы для расчета трг-иноустойчивости, а такг.е при исследовании поведения отливки необхо« им учет, влияния неупругкх свойств металла в околосолидусном интерва-е тешератур. Проанализирован подход к моделирование поведения спла-сз с точки зрения реологии,. рас:;атр'лзаспел материал в вид% комбина-ип простых классических тел. Ккезсиеся данные показывает, что в ка-естве модели сплава в интервале кристаллизации козао использовать еологическуо модель соответствусцуо линейно-деформированному упруго-у вязкопласткчному телу, облядаспену псевдовязкостьп и пластической язксстьо - так называемое тгло 2апирцева. Однако, применение расчета снованного на этой .модели, не напло в настоящее время распртзстране-!я, в связи с необходимостью знания абсолвтвых значения большого юла реологических свойств, что вызывает непреодолимые пока трудности.

Проанализированы имеощиеся сведения о реологических свойствах, отдается, что при температурах в интервале кристаллизации стали,- пра-гически не имеется необходимых дапных по нёупругич свойствам, а име-зиеся данные по модули упругости носят протеворечивый характер..

Тля разработки метода расчета трещиноустойчивости помимо построе-!я расчетной схем должен быть реиен ряд научно-технических задач, в >м числе, выбор упрощенной реологической ¡юдели сплазз з интервале ¡исталлнзации, создание методики определения эффективных значений . .логических сзояств.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЕРЮТНШ 'ЗАВИШНОСТЕЗ ЭЛЕКТИВНЫХ РЕОЛОГИЧЕСКИ СВСШТГ; СПЛАВА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Для достоверности результатов моделирования напрякепяо-деформиро-1ЯНОГО состояния ваибольпее значение инеет правильный выбор реологи-

' • 3

ческой модели поведения сплава. Исходя из представлений о. состоянии границ зереа, в интервале' кристаллизации сплавов, иоано говорить об нх вязком поведении. Поликристаплическое тело «окно представить в ы де двухкокпонентноя системы, состоящей из упругой Сзерно) и вязкой (граница зерна) фаз. Реологическими телами соответствущини данный фазам является абсолот.чо упругое тело Гука ( б'-Е-сГ') и тело Ньст! ¡га С 6"*- )• 3 качестве неуаругого элемента выбрано тело Ньото

характеризуемое вязкостью, так как вязкое течение возникает под дей1 вием любой силы и при этом деформация является (в отличии от пласти ческого течения, которое имеет место только при повыпении предела т кучести) необратимой. Причем, полная скорость деформации тела рагка сумме скоростей деформаций какдого элемента. Такое положение ведеа, кал спевует из ряда исследований, проведенных VI.В.Грузных, является хагоктсрнч« при формировании стальной отливки,

;'!"гс!:2пле кг и стал/т и за ции кривая деформации имеет очень веэвач* ге.и^ос отклонение от линейной Функции, то есть отпадает необходим:, уелог-пя-ц мехаиичсскуа модель дополнительными элементами помико ;;пс ¡■"го и вязкого (соответственно обратимая и необратимая части дефорг ции). В качестве реологической подели поведения сплава Еибрано тел< Максвепла ( М ). Оно представляет собой.вязкую -жидкость, обладаопуч упругостью. Реологическая формула ¡¡-тепа - последовательное соедшк ние упругого тела Гука и жидко '¡и Чь-топа; М^Н-л' и требует : ния только модуля упругости •: ■ясности.

/ля проверки адеклэтност;. 'гг '.цгчг.-* .'"./дели, проведен расчет эксперимент по изучение позед«. •■•¡■^ч-т^'иуэщзгося тела с извест ми реологическими характеристикам,; при определенных условиях. Так, ло проанализировано поведение прямоугольного в сечении образца из ва J¿.tOrвS'SL , ппецадьп сечения Р-0.09 нг 1 при термоста ровзлии при Г= 9/$"К и постоянной нагрузки Р-О./МН, Дашше по р логическим свойствам для- отого сплава эзятн из работы Г.Э.Баландин В результате расчета получена количественная адекватность харе тгга зависимости деформации от времени в сравнении с приведенными тон же работе, экспериментальными данными.

Повеление данного тела описывается феноменологическим уравнене г-'.'-акепкии, и;:ек;им слеаупииЯ -вид:

С ПСАЧ " "75" (

гг,г ¿-ым- очпрост, изменения полной деформации, б" - скогостъ ,;зкеисн«я напряжения, "Ли/с; б" - 1{!нпт.1гпке, '-'Па;

Е - модуль упругости, КПа;

2 - коэффициент вязкое"!, МЯа с.

В результате преобразований уравнений получены основные расчетные Формулы на основании которых можно производить расчеты по определение [араиетров напряженно-деформированного состояния отливки, используя :ело Максвелла в качестве реологической модели поведения сплава.

Для построения методики определения реологических свойств металла, [редварительно необходимо определить функциональную зависимость рео-югических свойств от температуры; На основании изучения имеющихся в штературе данных при ренении этод проблемы, целесообразно отталки-¡аться от экспериментальных зависимостей полученных для алюминиевых ;плавов, так как для сталей достаточной информации нет. С целью при-5едеяия данных по реологическим зависимостям от температуры различных шюминиевых сплавов к одинаково;": •зеличине интервала, произведена за-«ена абсолютных значений температур на относительные:

д = (тл-т)/(тл -К) с г)

1ри этом интервал кристаллизации любого сплава размещается между знаниями относительной температуры О и I. При сопоставлении полученных таким образом графиков выявлено, что реологические параметры имеют степенной вид функциональной зависимости от относительной температуры,

£ - су • в Со . С4)

Статистический анализ опытных данных показал, 'что имеет место удовлетворительная корреляция- между уравнением прямой и функциями оп~ :еделяюцими графики реологических значений построенных в линеаризиру-зщих координатах £/г.&-, что доказывает правиль-

ность выбора степенных зависимостей.

Необходимо было выявить наиболее приемлемые условия эксперимента, 1ри которых определялись бы необходимые и достаточные параметры на-1рякенно-деформироЕанпого состояния отливки-образца, с целью их пос.е-¿.•очей обработки для определения коэффициентов в функциональных урав-зериях реологических характеристик.

Разработана математическая модель поведения образца, состоящего , ,13 двух разнотолщинных частей, соединенных друг с другом торцами из гплава, поведение которого отвечает уравнениям тела Максвелла, испытывающего ъатрудненнуи) усадку при известных зависимостях реологических свойств. Причем, реологически? свойства: отнесены ко всец части образ-да, без учета, ее неодяородноет'г1, т е. речь идет об эффективных значе-

5

ниях, а не абсолотных. Алгоритм'основан на дискретизации процесса в времени. Путем итераций осуществляется подбор усилий в какдый момен времени, при котором реализованные усадки участков равны по величин и обратны по знаку £р< - - .

На основании данной модели, разработана расчетно-эксперименталь ная методика определения модуля упругости и коэффициента вязкости сплава при околосолицуснах температурах. Существо методики состоит в экспериментальном определении параметров напря«енно~деформироваи го состояния отливки-образца при соответствующих условиях формирования, итерационного подбора коэффициентов в степенных уравнениях реологических свойств при известной деформационно-силовой картине, то есть реиается обратная задача для выаеприведенноя модели.

В качестве .отливки-образца принят двухплечеэои брусок, площади сечений обоих частей которого одинаковые, а приведенные толщины ра: Разработана и создана установка и Измерительная схема, позволь окач производить при снятии температурных кривых в центрах участко: ( 7>, 71 ), запись перемещения центров двухплечевого образца (реал зованнвя усадка толстой части ), величину растякения пружины

создагдай усилие (сила Р и линейная величина растяжения пружина, Реализованная .усадка тонкой части ёрг. получается, как разность перемещения центра образца и растяжения пружины. Одновременно ведется запись свободных усадок ( £и'/,6а'г~) аналогичного об зца запиваемого через одну л^киковую систему. Снятие показаний ли неяных перемещений производится с яохегг* индукционных датчиков не рехеаспия и преобразователя, ««¿»¿невке температуры фиксируется вол йрак-рениевыми термопарами. Полученные сигналы передзатся через мн гоканальный коммутатор Т2Н/2 и измерительный прибор 1РИ6$/А в паи на ПЭВМ "Искра" и на магнитный носитель, где формируется файл с пс ченными данными.

Для определения зависимостей модуля упругости и коэффициента вя кости стали от температуры при экспериментально определенных напря йспио-дефссмзционных параметрах , был разработан алгоритм (блок-сх ма рис. 1' ). Его сущность состоит в подборе таких зависимостей рас четных отношений деформаций и усилий от времени, которые бы соотве стпосали экспериментальны:.! цашшм, то есть суммарная разность меж; -¿кспеспгентальпчми и расчетчики кривыми била бы меньше заданной ж чин'! погроочост». Зашша алгоритм реализован для Кс»Ц типа I ЗМ Р( иг язкке нрогрзмиирор.иния РА$СА1* .

б

сщр>

к -I =

гг = Тзкс а, г,) Т 01 =(ТЛ-ЩГЛ'ТС)[

р = р + р (к) .

О * 0*0 (к) 0}*0з*0з(к)-

нет

^Сда V нет

Ор'СвИг Т-0

[да

С М«// )

Г £ ¿'сЗ зк:пррип:.чгпль-ных за&исыъстеа темпе -1ра тур,усилия, отношения I ¿{рормаций от времени и \пер1сныаяьны1ко)о-7а§ те петых уравнений

ЪксРз,0),Ь1,е,,$о, Со спре!?мниг относительной тешриуры

' определение реологических

' ¡лак опве/шния упруиии ёшкой сосга§ляк1Щих Неформаций и реалии-(анных уШох

определение раемтнне етншения ¡смрпаций

¡лак накопления значений ошшенай дерорнаций и усилия , ¡лярасчета и зкепе-ранета .

сравнение тлеримен-тальных и расчетных ¿начений

изменение козфрица-ентоб степенных уравнений

Рис, I. Алгоритм определения коэффициентов в степенных' уравнениях реологических свойств.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА УСАДОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В ОТЛИВКЕ

Реологические характеристики зависят от температуры. Поэтому пр расчете трещиноустойчивости реальной отливки очень важно обеспечить достаточную точность определения температуры в расчетной точке обьс При этом домна быть соблсдёна идентичность условий во время экспер мента по определение реологических свойств, в какдом элементе, коте будут зависеть от температуры, определенной в одной точке элемента. С этоя цепью исяпльзовзна программа для численного моделирования n¡ цесса затвердевания в расчетном сечении, основанного на решении ди' фегинпиального усавненип Зурье методом конечных .разностей. При это кспг.льзуегся экономная цпкальноодномерная разностная схема. Для уд ста"' подготовки геометрической информации о сечении отливки принят »•oswiatfe чзейрэжение символами в прямоугольном поле точек (узя Ссгачизовзн вывод и запись в Асйп, который будет исходным для осно ной гргтеакяы (деформационного расчета), значений температур имени в тех точках, по которым определягтея величива реологических сбойс элемента отливки.

Яги разработке алгоритма определения трещиноустойчивости отли! на базе анализа образования горячих трещин в отливке колесного тиг "Чаша" рассматривается характерные силовые схемы, отражавшие форм! рушееся силовое попе. Отпивиа представляет собой два связанных р( рами разнотслщинных ободз.

Первая силовая схека -обумг-гдтез вог-шаиовениеи термических ei .. жеиий при разновременной усадке о:5о;-,сь -.тмвки. С точки зрения ре гическоя модели схема представляет собой два параллельно соединен тела Максвелла.

Зторая сиаовая схема обусловлена возникновением механических пряиений в результате сопротивления и неравномерностью рвепределе деформации в связи с наличием в ободе различных концентратов дефо цил (прибыли). Реологическая модель соответствует последовательно соединенным тепам Максвелла.

Созданы математические модели определения дефориационно-сило! параметров дня описания обеих силовых схем.

"релпокена расчетная с^ема~численного моделирования фориировг яг£оскзций в атяивке-(блок-схема рис. 2. ) на основе последоватсл! анализа геологических моделей, соответствующих сиповым схемам, с том .ix взаимного влияния.

l¡('C,-t:"-TC fC2tn?fW£iсие построено на дискретизации процесса ¡

t'Xt'A Т

1м о за и чнсгагриеункгг те&юг.ишуегхих. ¡¡личин.

епыегттттерагурном nQAftïOttpçùe/ttHut. HiH v еь-и и темп ip а тур g кяз/cSom злементг злргИалгние реалогичеехих -характеристик и

сеадотай упадки для êces элементов

поЗёор усилия Р S системе

проверка у ела Su я

|--J неразрывности

уточнение -реализо£ан. ной уааЗхи 6 верхнем ———{roioie с учетам локализации деформаций

и ^

( проёерка иглаёия. неразрывности

Г лроёерка уелаСшг -J одразаёанил ^ трещины.

//у/ /трщииа /

конец. )

Рис. 2 Блок схема расчета трециноустоачивости отливок колесного типа.

времени 'л балансе усит.-.й. По известным значениям реологических и физических характеристик, c-j условиям первой силовой схемы итерационным гутем подбирается величина усилия, при котором реализованная усадка никнего обода равна аналогичной верхнего. Оба обода рассматривания, как равномерно деформированные. Полученные значения усилия, используется в блоке характеризующем вторую силовую схему, для расчета, реализованной усадш глемептоа обода с учетом локализации деформации.

Суммарная по всему осоду реализованная усадка сравнивается с реализованной усадкой другого обода. В случае их несовпадения, усилие вновь путам итераций корректируется в первом блоке. После итого по втрой схеме определяйся значения напряженно-деформационных характеристик с уточненным усилием и-суммарные реализованные усадки ободов сравниваются друг с другом. Такой процесс итераций повторяется заданное число раз.

В результате для данного момента формируется массивы для каждого элемента отливки: величин упругой и вязкой составляющих деформации, усилия, реализованной усадки.

В итоге величины деформаций сравнивается и критической для данной температуры и делается вывод об опасности возникновения трецины на данном втапе. В случае превышения критической, расчет повторяется для следующего иомента времени. Необходимые значения критических величин деформации получены из известной ее зависимости от силовой характеристики трещинсустоачивости стали.

Вышеприведенный алгоритм реализован для. ПЭВМ типа I ВМ PC на языке программирования PASCAL . : ■ •

1Ш1ЕДОВАНИЕ НАПРШШО-даЗРМИРОВАННОГО ООСТОЯКИЯ ОТЛИВКИ.

Рсгработавный метод опробован применительно, к тракторной отливке

из стали 2СКПЩ "Чаша*, изготовляемой на ПО "Кировский завод". Предварительно, былк получены эффективные значения реологических свойств с гели 2СКПШ. Их определение проводилось в лабораторных условиях по разработанной методике.

В результате проведенного эксперимента получены кривые охлаждения.

Ъ и Тг к функции развития свободной усадки £ci » перемещения, середины образца, а такие усилия Р. , гериозящего усадку, от времени. На основе этих данных были совместно построены кривые изменения свободной усадки толстой £(3i и тонкой £е4г частей образца, э такие

реализованной усадки соответственно толстой и юккой частей. Деформация кандой части образца ¿"V и <Гг определяется как разность свободной и реализованной усадок. Значение д представляет собой линейное перемещение захвата за счет деформации пру«ины динамометра.

Полученные данные были обработаны с помощью созданной программы основанной на предложенном выпе соответствующем алгоритме. В результате получились следующие зависимости модуля упругости и коэффициента вязкости от относительной температуры:

£ ^ 3■/О"■ (5)

1 -- о ге)

Для моделирования напряженно-деформированного состояния отливки "Чраз" на основании анализа собранной информации о процессе ее формирования произведена условная ее разбивка на 3 элемента. Исходя из этого возникает необходимость определения температуры а центре каждого объема, для чего произведено моделирование затвердевания двух сечений, проходящих по центрам элементов. Определение необходимых значений теплофизических свойств стали производилось по стандартным методикам. В результате получены температурные кривые охлаждения в требуемых точках.

С целью выявления относительной роли механического и термического торможения усадки было произведено моделирование напряженно-деформированного состояния отливки "Чаиа" без учета влияния сопротивления , стерянем. Результаты моаяо интерпретировать следующим образом: в критическом интервале температур образования горячих трещин соотношение в значениях реологических свойств стали в тонких и толстых стенках такое, что не происходит термического торможения линейной усадки быстро охлаждающихся стенок отливки медленно охлаждающимися стенками. При этом, следовательно, з них не развиваются растягивающие усадочные деформации. Толстые стенки под действием усадки тонких испытывают пластическое сяатие, метапл в них как бы течет.

Полученные в результате численного исследования дачные дают основания сделать вывод о том, что термическое взаимодействие тонких и толстых частей отпивкн колесного типа не вносит существенного зклэда в деформационный процесс возникновения горячих трещин. Ответственным за их образование явпяется механическое торможение усадки отливки центровым стерянем. Отсюда вытекает определяющая роль для возникновения горячих трещин прочностных свойств стеркнезст! смеси з период затвердевания металла. В наибольшей степени эти свойства отражает податливость скеси, которая определяется параметром хзрактеснзуясим

сжатие скьои под дейсв'иеу усЕкиваже^ся отливки.

расчет трепкисустомйьостя отливки "Чаша", проведенный с учетом влияния оспротивлевия стерккя показал, что в интервале околосолидус-ных температур в осдпркйыкьвоа зоне, где локализуется деформация верхнего. ойог.2 ее величина превышает критическую деформацию данной стали, равную 0,3%. Это говорит о ток, что при данных условиях заливки отливки "Чапт" буду? возникать горячие трещины. Полученный результат находится в соответствии с фактический полояением в цехе. Следовательно, разработанная кетодикч расчета трещиноустойчивости адекватно отражает условия формирования роагьноа отливки колесного типа. Необходимо отметить, что при соответствующая переработке алгоритма с точки зрения последовательности рассмотрения силовых схем данная методика .мокет быть распространена и на другие типы отливок.

Лия изучения возмокных причин приводящих к возникновению горячих трещин б отливке "Чаша" было проведено специальное исследование.

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕВДН В ОТЛИВКЕ.

' Предварительно были собраны основные данные характеризующие технологически» процесс плавки стали 2СКПШ1 в цехе ДОКЗ... Проведенный анализ наблюдений в течении 2-х месячного периода за колебаниями химического состава показал что:

■ - содерканке никеля,-как правило, близко к нижнему предельно-допустимому значению;

• - содержание хрома колеблется в довольно широких пределах;

- содер?!ан»;е марганш: находится уникней границы;

- по сере и фосфару отклонений от заданного предела выявлено не было, однако, их содяриание находится постоянно у верхнего предела.

Для выявления причин низкой трещиноустолчивости, был проведен ком плеко исследований. Изучено состояние границ зерен и распределение примесей в темплетах, вырезанных из зов пораженных горячими трещинами

В местах истоков трещины было определено распределение примесей с почодью кикроакализатора "Камебакс-Кикро". Для сравнения аналогичные определения были проведены на участках без трещин.

Результаты наблюдений представлены в виде спнмков, в ренине обрат но-рассеяных или поглаженных электронов, участков шлифа образца, а также в виде скавограии концентрационных кривых аналитических линий 12 .:'•''-■

задаглых элгкезтов. а икенно СоЛГа, Ж&*.,

Миксорентгеноспектральный анализ показал обогащение границ зерен; и приграничных зон, (по сравнению с внутренним объемом зерна), такими элементами как медь (в 1,2-1,4 раза), елтотзий (з 1,^-1,6 раза), хром (в 1,1 раз), марганец (в 1,4-1,6 раза), свинец (в 1,2-1,4 раза).

Сделано предположение об образовании па поверхности отливки (где происходит усиленное окисление со сторона смеси) легкоплавкой фазы вида тЖгСъ'ЛгеО. Наличие этой фазы на поверхности формирующейся отливки, по-видимому, вызывает развитие эффекта Рсбиндера (понижение прочности под действием смачивающей яидкости).

Проведено изучение методом послойного энализа распределения серы по сечению верхнего обода отливки "Чапа". Отмечено повышенное содержание серы на поверхности отливки, что обусловлено, скорее всего, химическим взаимодействием с формовочным материалом.

лсследовэн втогичиыя. алюминий, применяема в качестве раскислятеля. Сдержапие в нем элементов образующих легкоплзвкуо составляюцую (цинк, опово, свинец) значительно выяе, чем в первичном. Очевидно, внпавзие по ггэниивм коллоидно-дисперстпые фазы делзют меязеренную связь настолько незначительной, что достаточно небольших деформации, вызванных усгдкой металла, чтооы образовалась тргаина по этим прослойками

Сделан вывод, что с точки зрения химического состава, данная сталь нуждается в доработке с целью устранения факторов, уменьшающих величину критической деформации, то есть трещиноустойчивость.

Б связи с установленном существенным влиянием сопротивлению усадки в отпизкзх данного типа сосстороны материала стержневой или формовочной смеси, в работе было уделено внимание изучении свойств смесей применяемых при изготовлении отливки "Чаша".

Наблюдениями в цехе зыязлено, что технологический процесс приготовления смесей на является стабильным.

В результате анализа изучения физико-механических свойств смесей, приготовленных в цехе за период в 4 месяца, выявлено, что влааность и прочностные характеристики часто выходят за предельно допустимые значения, как в сторону уменьшения так и увеличения. Ото оказывает влияние на стабильность получения бездефектных отливок.

1ля выяснения характера поведения смесей во время образования го-гячиг треаин быпо проведено изучение прочностных сзойств при сазличчнх темпееэтурах. Лоштанке -скесея производилось на высокотемпературном испытательном приборе РНТ. Прибор подключался к лннамометсу типа РгА. Пси г'нг'лнре зависимостей ппг.чцост" в период эероятного обсазо?-'<чия

горячих т^ещип в о»,"Ч^а4*, когда "еяовпая масса стеркнегоз смеси прогрета до температуры '10С>700Г'0, сдоя смеси будет иметь наибольшую проччост-1, г. елядозагс-кькэ оказывать большое влияние на сопротивление усадке.. Понтон- возникает необходимость замены данной стержневой смесй ва другув. Еричел, выбор необходимо производить используя характеристику смеси, которая определяет ее поведение в температурном интервале образования горячих трепин. 3 качестве такой характеристики предпонено использовать податливость, определенную по соответствующей методике.

РАЕРАЕОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОКРАЩЕННО ГОРЯЧИХ .ТРЕЩИН В ОТПКЗКЕ "ЧАША".

По результатам расчета Беличин усадочной деформации и анализа тех, ислоппеского процесса видво, что в температурном интервале образования горячих трещин, в подприбыльной зоне величина деформаций превыыа-ег критическую. На этом основании можно сделать вывод о том, что для устранения горячих трещин можно пойти двумя путями. ПерЕый: поднять величину критической деформации стали, при неизменной технологии. Были проведены работы по разработке стали с повышенной всл'П'.шоз ■ критической деформации.

. Выбор легирующего комплекса и модифицирующих добавок производился с учетом электронного строения атомов элементов. На основании этого метода выявлен дисбаланс в сторону акцепторных свойств. Для обеспечения высоких значений трещиноустоячивости рекомендовано производить модифицирование стали иттрием и кальцием в определенном соотношении с серой и уменьшения введения алюминия на раскисление. Определение необходимого содержания иттрия произведено на основании данных о его влиянии на '¿рейи^устсйчивость. Оптимальное содервание. кальция для связывания неметаллических включений и прежде всего серы определялось по стехиокетркчс-зко^у расчету. Т^реаиноустойчивость, механические и лить.;ПиО свойства стали кспытывались по традиционным методика!... Определена эффективные значения модуля упругости и коэффициента вязкости разработанной стали по новой методике. Получено положительное решение БЯПГ.ПГЭ на заявку о г.-ризнакии стали изобретением.

Второй путь: в повышении трещиноустойчивости отливки "Чаша", это изменение технологии изготовления отливки таким образом, чтобы деформации ь зоне их локализации не превышали критическую величину.

2ля этой цели были использованы ряд стеркневых смесей с целью оцен

ки их податливости. Изучение производилось по методике, в которой по-' датливость определяется как величина обратная скорости распространения фронта сжатия смеси, от сжимающей ее под действием усадки, стенки отливки. В результате изучения податливости ряда смесея рекомендовано для центрового стержня отливки "Чаша" использовать смесь с добавками древесной муки или опилок, то есть повысить податливость с 0,2 сек/мм до 2,5 сек/мм.

Как показывает ¿расчет, по определенному в работе методу, внедрение вышеприведенных рекомендаций даже в отдельности друг от друга обеспечивают необходимое повышение критической величины деформации до безопасных значений, либо снижение возникающих деформаций ниже критических.

■В'ЛОда И ОСНОВНЫЕ РЕЗОТЬТАМ РАБОТЫ.

1. Выбрана теоретически обоснованная реологическая модель поведения стали'в температурном интервале горячих трещин,.которая адекватно отражает деформационные процессы в отливке в этот период.

2. Предложен расчетно-экспериментальннй метод определения зависимостей эффективных величин модуля нормальной упругости и коэффициента вязкости от температуры.

3. разработан метод расчета трещиноустойчивости стальных отливок, с учетом развития как упругой, так и неуаругоа составляющей деформации в околосолидусном интервале температур.

На основе использования разработанного метода расчета трещиноустойчивости, установлено, что в местах образования горячих трещин усадочные деформации в критическом интервале температур превывают'допустимую величину.

5. Установлена определяющая роль механического торможения усадки отливок в создании деформационных условия, вызывающих образование горячей трещины.

6. Установлено, что низкая трещиноустоичивость стали 2СХГНТЯ, используемой, в частности для изготовления отливки "Чапа", обусловлена в значительной мере, обогащением границ зерен легкоплавкими составляющими в процессе охлаждения отливок, а также недостаточным содержа- " иием марганца.

•7. Разработана низкоуглеродистая сталь для тракторных отливок, обеспечивающая гтовыщенную до 950 к' трещиноустойчизость^

С. npt;,-:t«SHHa<i г.н со,.,о«с яосяег>'^0Г.ая к расчета технологические и иетапьуц^чгсккп р-.а-ввагг-;«?., гт^чтедыш сократила öja« ошибок •"Чаша* к* гсркчя:; ?;:.-\;:нзм. Эхг-чскический аффект от внедрения в производстве pesjabiävcr. превзденяих исследований составил 40 тыс.руб. в год-(в ¡у.еаах I9PI ".).

Оеьпгное содергавке диссертации излояено в. следующих работах:

1. Дгукезский К. А., Десну,ц^ий В.Б., Грузных И.В., Крейкеркан Г. К. Оглавление фасовкой ¿¡лигки в песчаной форке.- Повышение эффективности ли7ег:;;ого ;;pi -.-.т.зодстг^ в свете программ "Интенсификация-90".-

Л: ЛЗИЯ, ISC3, U.5Ü-53.

2. Дсснкцкий З.В.,.булевский М.А., Репина Т.П. Прибыль для крупногабаритных отливок. A.C. 1496905 СССР КИИ В 22 с 9/С8. Открытия.-Изобретения.- 19Б9, t". ' '

3- Решение ВНШГПЭ о выдаче A.C. нз заявку S4756660 МХИ 601 £3/1 £ от 26.06.89.- Способ определения податливости стеркневой и формовочных смесей.- Грузных И.В., Друкевсккй М.А.

Грузных К.В., Друкевский H.A., Еочкаревэ Г.Я. Оценка трсц-лко-устойчивости литепных сталей, сб. Кегреспубяиканскоз научно-практической конференции. Чебоксары, 1989, С.47-49.

• 5. ДрукезскиЕ H.A., Грузных И.В., Десанцкко В.В. Определение вяз-коупругих свойств стали в период затвердевания отливки.- Литейное производства, 1991, £5, С. 7-8.

• б. Реаекие ЬЯИГЛЗ'о выдаче A.C. ей заявку £4792329 НКИ В 22 'С 9/00 от сЗЛЙ.С5. Гнгепная форма. ДрукевскиЗ К. А., Грузных И.В., Ккргынсэ , '¡слам-кв A.A.,' Соболев A.B.

7. i'pysiiüx v,l В,, ."".ру^евский М.А. Гриценко А.К. Пути понижения ячейках ¡¡аггряьг.и/я сгальшх отливках.- Повышение эффективности ли те:;:!2:-о производства в 13-я пятилетке.- Л.ЛДНТП, 1969, С.23-25. "

в. Кзучспиз к рсзрабска мероприятий по предотвращении горячих в сгаяышх отливках. Отчет о научно-исследовательской работе г. о ?;/д » 605902, отгвзтстзенныЕ исполнитель К.А. Другхгсккй, Д. ,ПГИ., лЗЗО, IC/c.

3. Решение ЕПИГПЭ о задаче A.C. н^. заявку М843957 !JKH С22 CZi/ЧС о: 06.04.90. Литейная сталь. Друксвскяй К. Л., ГрузЕк: л. П., Казаке-.' A.A. ¡; др.

10. Грузных й.В., Дру^евскяй'H.A., Соболев A.D., Мартинов D.E.

Причины образования горячих трещш ца трс-кт:уяи;: отливках и *ути их

t

устранения.- Повыпенне эффективности литейного производства.- Л., Л1НТП, IS90, С. 34-35.

11. Грузных И.В., Друаевский H.A., Соболев A.D., Толпегин A.A. Сталь с псзыпенной трещиноустоячизостыа для тракторных отливок,-Современные литейные материалы и технология получения отливок.-Л., ЛДНТП, 1991, С.ЗЗ-тЗб.

12. Еуценко А.И., ^руневский М.А. Автоматизированная измерительно-регистрирующая система для исследований процессов литья.- Термоэлектрические и другие физические методы исследований и контроля состава и качества металлопродукции: Тез. докл. 7 Всесоюзной конф. Магнитогорск, 1391, С.47-49.

13. Друпезский М.А.,' Грузных И.В., Лесницкий В.В. Численное моделирование иапрякенно-деформирозанного состояния в процессе затвердевания стлизки колесного типа.- Автоматизация проектирования и управления качество:.! отливок., С.По*. , ЛДНТ, 1991, С. 60-65.

Подписано к печати u'l.íiy Тираа 100

Заказ ¿víi Бесплатно

Отпечатано на ротапринте Санкт-Петербургского государственного технического университета, 195251, Санкт-Петербург

Политехническая ул., 29.