автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка методов контроля качества жидкого чугуна и прогнозирования свойств серого чугуна в отливках на основе метода термического анализа

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДЛРСТБЕБВЫП ШНИЧЕСИИЙ УНИЕЕРСИТЗТ

р

На правах рукошся КЭДЕЕКО Андрей Иванович

РАЗРАБОТКА 1.ЕТСЯ03 КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ШКОГО ЧП7НЛ И 1РОПЮЗИРОЗЛШЯ СВОЙСТВ СЕРОГО ЧУГУНА В ОШКЕСАХ НА ОСНОНЗ; !.!ЕТЩА ТЕРМИЧЕСКОГО АНШ'ЕЗА

Спсщатыгасга C5.I6.04 - Лнтейпоо яролзгзодстзо

Аз I о' р я ф в р а !

дпосертэдпп кя соискание ученой.сташип капдгяата тохпическиз: паук

»

Санкт-Петербург, 1991

" Работа выполнена на кафедре "Теория и технология литейных спгябов"Ленинградского государственного технического универсп-тета. ' ' •

Научный руководитель : доктор технических наук, профессор

Г.А.Косников

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессо!

В.А.Грачев кандидат технических наук А.Д.Срыбник

на заседании.специализированного Совета Д.063.38.08 при Ленинградском государственном техническом университете по адресу: 19525Г, С.-Петербург, Политехническая'.ул., 2.9, Химический, корп. ауд.51 .

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета. ''.',.

Автореферат разослан иМслХ^Я 1991 г.

Ученый секретарь

специализированного Сорета .Казакевич Г.С,

Ведущее предприятие : ВНИИТмаш, С.-Петербург

Защита состоится

1991 г. в 15-00 часс

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЖВДКОГО ШУНА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СВОЙСТВ СЕРОГО ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ТЕРМИЧЕСКОГО АНАША

Актуальность работы. Проблема производства высококачественных тлиеок была и остается самой важной задавай литейного произведет-a. Пояснение в чугунолитейном производства в гослодноо время усугу— елось з связи с ухудшением качества 'используемых материалов л рса-ентов. Литейные предприятия и цеха вынуждены работать,в частности, а широком ассортименте шихтовых материалов, что отрицательно ели-ет на стабильность работы плавильных отделений и затрудняет поду-:ение металла требуемого качества, приводит к увелнчетшю брака от-ивок.

Появление в цехах вычислительной техники является качественно :овкм этапом в развитии литейного производства. Широкий спектр «Jjhk-¡ионалъных воамойкостей автоматизированных слоте:.! управления пропс- ■ юдственнш процессом и контроля определенных параметров на бапэ [ерсональн: "¡с компьютеров позволяет на более высоком техническом ■роЕне решать традициошше технологические задачи. •

Обширный зарубежный опыт свидетельствует, что применение аг^о-:атизироЕалних компьютерных систем управления технологическим процессом плавки и контроля качества адякого металла позволяет реегть шшоперечислонные проблемы и резко снизить величину típc_ca отльзок ю вине металла. Разработка подобной .отечественной спстемп лрпмелН-?ельно к производству литых' изделий из серого чугуна является iofl народнохозяйственной задачей. Так как современная коксовая ваг-занка в обозримом будущем остается основным чугуноплавплышм агрегатом, то применительно к ней репениэ этих вопросов особонко актуально.

Цельа работы являлась разработка методов контроля качества щикого чугуна и прогнозирования свойств серого чугуна в отллпках la оспове термического анализа.

Для достижения поставлен"ой цели были .сформулировала и рс£:з:ш злодшщио задачи: .

1. Усовершенствование математической модели процесса плавки чугуна в коксовой Еагравко и методов оптимизации процосса.

2. Разработка многоточечной автоматизированной информационно- о

измерительной системы «ля термического анализа и совершенствование aro методики.

3. Исследование'закономерностей процесса формирования структур! л сесйстз серого чугуна в отливках с помощью термического анализа.

4. Разработка и промыпленное опробование методик, программного обеспечения и аппаратных срадотв для'контроля процессов формирования структуры/и свойств серого чугуна.в отливках.'

• Научная новлэна работы заключается в следующем:'

- усовершенствована математическая модель плавки чусуш s коксс вой вагранке, позволяюцая-использовать'ер для управления плавкой в оптимальном режиме;

- выдвинуто и эксперстдонтально подтверждено пслоеэкио о тоь'.чтс выбранные параметры термических 1фивых охлаждения чугуна однозначнс характеризуют процесс структурообразования в чугулах и тождественность отих крт'эих предполагает идентичность структуры чугуна prie -зависимости от особенностей.процесса получения и обработки расплаве

- выявлены закономерности елияшш различных факторов на выбранные параметры термических кривых и их взаимосвязь со структурой и свойствами чугуна;

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена еоз-моелость использования для термического анализа пробников, в которь отсутствуют строгие регламентации их геометрической Формы, размере! и топлофизических свойств.

Практическая ценность работы. Результата работы использованы i разработках БИТИлитщюм при создании нормативных документов-, регла-г/гаптлрумлих контроль качества и прогнозирование свойств серого чугу па ;. -отливках станкостроения и автомобилестроения, и создании конт-' ролько-измерительного комплекса для термического анализа. Разработанное программном обеспечение используется в учебном процессе на кафедре ''Теория и технология литейных сплазов" ДГТУ при выполнешш курсового проекта по теме "Расчет ochoehhx параметров процесса поду чсния чугуна д.*я отливок". Контрольно -и si"'эр от е лыш й комплекс. и авто ; авизированное рабочее .место (АРМ), ре аяп зов annuo на базе ПЭВМ типа IBM PC/XT, внедрены на Каширском заводо "Центролит" и.Кролевецком заводе арматурных изделий с окидаемш экономическим гффектом 12,5 тис.oyó. ь год. •*

Апробация работы. Основные материалы и полоаения диссертации

юлоЕбны и обсуягозны на научных семинарах "Повышение эффективности штейне то производства в 13-й пятилетке" (Ленинград, 1968 г.); "Ав-•сшатпзацш! латвйнохю производства" (г.Кнэн, В91 г.); "Персональна ЭШ: опыт их применения в экономической и инженерной обработке :анннх" (Ленинград, 1991 г.), научно-технической конференции "Сов-юменнне литейные материалы и технология получения отливок" (Ле~ :инград, 1991), научных семинарах кафедры "Теория и технология ли-■ойных сплавов" ЛПУ. ...

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная'работа состопт [3 введения, плти глав, выводов, списка литературных источников л рилохений. Работа изложена на 106 страницах машинописного текста, одеркит 46 рисунков, 18 таблиц. Списог. литературных источников одергит 163 наименования работ советских и, зарубежных авторов.

аЖЕНАШЕ. РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной рсЗо- " н, сформулированы цель и задачи исследования, основные полоновкя, ынссимые на за си ту, научная новизна и практическая ценность "або-н, дается ее общая характеристика.

В первой главе рассмотрены возмовности применения различных етодов оценки качества металла в видком состоянии и определены ерспегтивы использования к решению задач литейного производства етода термического анализа расплава, конкретизированы задачи пс-ледований в этом направлении. Несмотря на имевшиеся работы в это!! бласти, ряд количественных и расчетных характеристик требуют уточ-ения и методичаского совершенствования. Кроме этого показано, что ля решения проблемы управления качеством сплава требуется решить омшгекс задач, связанных с контролем и управлением как продшоству-ащх (шихтовка и плавка металла), так и последующих (внепечная сб- -аботка и условия затвердевания в форма) технологических процессов, олько в этом случае мокот быть обеспечена высокая стабильность по-уччемых результатов, и достоезркостъ прогнозирования структуры и рочностных свойств сплава в твердом состоянии. Показана вогмоя-эсть использования математических моделей процесса плавки чугуна • ля оптимизации процесса, рассмотрены возможности, структура и со-эркаяие уже существующих, гыбрана базовая модель. «

... mourn, исследований

Применяли традиционные методы металлографического анализа, исследования литейных и механических свойств чугуна, а такт был раз работай и'использован ряд новых методик для исследований металлургических- процессов при плав icq чугуна':в коксовой вагранке и изучени. процессов кристаллизации сплавов с помощью метода термического ана лиза. .'.-..

Сбор и обработка экспериментальной информации производились с использованием персональных ЭВМ. типа "Искра J030n, "ДЕК 2М" и ГВЦ PC/AT с соответствующим коммутационным и измерительным оборуто валием, широко использовались методы шинируемого многофакторного эксперимента и статистического анализа, элементы математического программирования.

При исследовании процессов плавки чугуна в коксовой вагранка изучали изменение выходных параметров (температура чухуна на выцус ке, производительность печи, химический состав выплавленного чугун и отходящих газов, структура и прочностные свойства чугуна в литом состоянии) в зависимости от входных (расход стали, кокса и флюсов, напор воздуходувка, температура дутья, порозность шихтовых материалов, высота холостой колош). 'Исследования осуществлялись на ваграночном, комплекс б цеха И 28 ЛСПО им.Я.М.Свердлова (Лешгтград), состоящем из двух вагранок забытого типа с подогревом дутья конструкции "Гипростанок" расчетной производительностью 15-20 т/час.

ИССЛЕДОВАНИЕ Й МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ ШУНА В КОКСОВОЙ ВАГРАНКЕ

Тип плавильного агрегата и условия плавки оказывают существенное влияние на качество адцкого чугуна и соответственно на структу ру и механические свойства чугуна;в отливках. Поэтому обеспечение качества расплава, в частности, химического состава и температуры перегрева в заданных пределах, а также возможность регулирования производительности плавильного 'агрегата (для станкостроительных предприятий jто в основйом коксовые вагранки) в соответствии с пот робностьи формовочных участков в жидком металле являются важной за .na'-i'1!;, требующей решения как в теоретическом плане, так и примените.мб к условиям конкретного цеха.

Б результате исследований в производственных условиях на 20 т !агранках были определены фактические значения угара/пригара ос-, ювннх элементов, получены статистические зависимости. Установлено, pro основное. влияние на угар марганца и хрома оказывает кускова-'ость стальной части шихты. При использовании мелких фракций проис-:одит заполнение пустот в слое и уменьшается окисление кусков. 1роцесс ен со кого науглероживания гатадла связан с завышенным рас-х>Дом кокса, неправильным" воздушным режимом и большой высотой клостой колош. Использование в этом случае крупных по размерам усков стальной шихты приводит к колебаниям химического состава сугуна по углероду на выпуске из вагранки до Анализ работы ваг-1анки на разном'по 1фупности коксе, позволил сделать вывод, что [роизводительность вагранки увеличивается с уЕэллчением крупности I однородности кусков, а также повышается температура порогрога-сугуна и снижается разгар футеровки. Для практики предлагается ис~ юльзовать кокс крупностью 60-80 т. При рассмотрении елиякия ТмМ-;ературы дутья на производительность и величину перегрева чугуна, тмочается следующее: с повышением температуры дутья происходит ювыиеннз производительности Пбчи всего на 2-5%, повышается содер-:апиз СО в отходящих газах и значительно (до 100е) увеличивается емпература перегрева чугчла. На основании экспериментальных данных сказано влияние условий шгавки чугука в вагранка на структуру и войства чугуна в "отливках.

Использование ЭВМ позволяет реализовать математическую модель ■ аграночной плавки, описывающую с необход той степэныо приближения овокупностъ гидравлических процессов и физико-химических превраще-ий в условиях противотока плавящейся металличэской пшхты ~ газов, оторые выделяются при слоевом горении топлива. Алгоритм расчета еализован на основе метода последовательных приближений. Модель озволяет производить расчет выходных параметров (температура чу-уна на выпуске, производительность печи, химический состав выпиленного чухуна и отходящих газов, величины угара/пригара основ-ых химических элементов чугуна, фактический расход воздуха) в занятости от входных параметров (порсзность, средний размер, хгали-еский состав исходных шихтовых материалов, расходы icq ко а, стали, . |Люсов,.нзпор воздуходуркз, температура дутья).°

Сопоставление расчетных и скспэрикантальных данных позволило делать вывод об удовлетворительно!.! списании моделью процесса .'

ваграночной плавки. Для прогнозирования производитель но сти.иссле; ванных вагранок и температуры' здцкого чугуна при различных расход Koicca и воздуха на основании серии расчетов построена номограмма, позьоляющая осуществлять оптимизацию параметров плавки, определяв мых потребностью в жидком металле', заданной температурой заливки необходимой экономичностью процесса. Рассчитанные с помощью модеи величины угара/пригара основных элементов для конкретного вариант плавки использовались для расчета оптимального состава шихты мете дом линейного программирования. Данный комплекс мероприятий поззе лил снизить себестоимость. I т гадкого" чугуна, уменьшить колебанш по химическому составу выплавленных-чугунов.

Для адаптации разработанной модели к конкретней производстве! ным условиям разработаны специальная методика,.алгоритм и nporpai мное обеспечение.

' ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И КОНСТРУКЦИИ ПРОБНИКОВ

• Проведено сравнительное исследование ряда систем термическогс анализа как отечественного (КПИ, БПТилитпром) ,так и зарубежного (Польша, Болгария) производства. Приводятся результаты поэталногс анализа сравниваемых систем: алгоритм обработки термической кривс используемые- критерии оценки качества сплавов и их универсальное!! способ представления полученной информации для пользователя .необходимое время для проведения одного анализа, минимальное количеса во экспериментов.для настройки системы.на конкретные-производств« и«о условия." При исследовании различных конструкций пробников прс ди.:ся предварительный расчет инерционности термоприешика по выше приведенной методике, определялись- среднее время охлаждения nopty расплава в пробнике в интервале температур 1400-900°с, количестве ручхшх операций, необходимых для проведения анализа, величина пе-регрэва чугуна над точкой ликввдуса для еэ надежной фиксации при. снятии термогпаш охлаждения, сравнивались технологичность изготовления и стоимость пробников.

На основании проведенных исследований были сделаны выводы о < щостьснных методических недостатках рассматриваемых систем. Так, поручаемая и результате проведенного термического анализа малой пэрцип расплата информация сложна для быстрого анализа я принята прлвглнол и оптимального решения,включает л себя большое число

С)

[взависшых переменных и требует определенных навыков. Шогие фобнша не обеспечивает стабильные'условия охлаждения пробы распета, требу-от значительного- времени на проведение одного анализа, ■ехнологичзски сложны в изготовлении и вследствие этого дорого сто-[т, их термоприемники обладают высокой -инерционностью. Использова-:ие статистических зависимостей для связи формальных признаков тэр-шческих кривых (температурные точки и остановки, углы'наклона,отельные участки кривой и т.д.) с•характеристиками литого металла на скрывает истинных причин наблюдаемых явлений. Это ограничивает нигерсальность получаемых критериев и приводит к увеличению объема кспериментальпых исследований при'изменении состава пли уолоеий олучения используемых сплавов.

Скорость охлаждения, ' зависящая от конструкции и толщины стенок тливок, материала и температуры формы, температуры заливкч п дру- ■ их факторов, интенсивно влияет на структуру чугуна и его механп-еские свойства. В исследованных системах термического анализа чу-уна скорость охлаждения отливки в форме учитывается косвенно (чо-ез приведонную толщину отливки),vro снижает достоверность прогноза войств металла в реальной отливке. Показана необходимость приводе-!Ш исследований на многоточечной'системе тзрмического анализа.

В результате проведенных исследований были сформулирована тре-эвания к автоматизированной многоточечной система термического яализа расплава, а также разработана конструкция керамического робника с оптимальными параметра!® для исследований процессор металлизации и струнтуросбразования й чугуне.

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ .ШтШЮШО-ИЗГ^ИЖЬШ СИСТЕМЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Исследования возможности применения одноточечных снстсм тернп-эсксго анализа для прогнозирования структуры и свойств чугуна е зловиях теплоотвода, отличных от условий в пробнике,.было рсаллзо-iHo при использовании системы ГКРИСТА)ЩИГРАФП. Одновременно золи-мись стандартный пробник и образцы диаметром 30, 60 и 80 ш.Про-¡денные эксперименты показали, что чем большо условия теплоотвода пробнике отличаются от условий теплоотвода в образцах, тем менее ютоверным становится прогноз. Tait при переходе от пробника к со-1зцам диаметром, соответственно, 30, 60 и 90 мм, разброс данных

увеличивается (коэффициенты корреляции становятся, соответственно, 0,98; 0,56; 0,34; 0,22).

■ Таким образом, можно'утверждать, -что только многоточечная система термического анализа, позволяющая снимать термические кривые ' при заливке расплава в образцы с различными условиями теплоотвода или в разных местах, заливаемой фасонной отливки, может позволить получить достоверную информацию о процессах структурообразования при различных условиях охлаждения металла.

Ка основании проведешщх исследований били сформулированы требования к многоточечной системе термического • анализа расплава и создан комплект приборов, включающий в себя персональный компьютер типа IBM PG в качестве основного элемента системыцифровой программируемый измеритель ф 263 и коммутатор Ф 2III/I. Данный комплекс приборов позволяет производить измерение температуры по нескольким каналам (до 100) с псмоцью термопар практически всех типов, автоматически производить оцифровку измеренных'сигналов и передачу .-но ко.\ мутационным каналам в память ПЭВМ непосредственно в градусах, длительность измерений определяется емкостью магнитного накопителя н i среднем составляет .3 часа, частота опроса канала составляет 0,15 канал/с, погрешность измерения температуры зависит от типа терло пары и в среднем не превышает 2í.

Так как используемые в - ранее разработанных одноточечных системах термического анализа алгоритмы фильтрации, сглаккваншз и численного дифференцирования термической кривой работают только в конкретных условиях (условия охлаждения в конкретном пробнике) -и их невозможно напрямую использовать в разрабатываемой системе, где oti условия меняются в очень широких цределах, то потребовалось разработать универсальный алгоритм,-позволяющий производить вышеперечисленные операции при снятии термограш в любых условиях охлаждения сплавов. ' •• . •

Основными критериями при разработке алгоритма являлось получение минимальной дисперсии рассогласования прй небольших затратах процессорного времени на вычисления, (до 200 о). ■ ' .

Прэдловек алгоритм фильтрации, сглакивания а численного диф-фйренцироЕания термической кривой, в основе которого лаквт использование кусочво-экспоненциальпой аппроксимации. Данный алгоритм использовался при обработке всех экспериментально подученных термических кривых. Он позволил качественно сглаживать измеренные значе-8 ■ ■ ;

няя без изменения фор:.ц термических кривых охлаждения на участках быстрого изменения температуры, а также устранить помеху типа "ступенька", связанную с погрешностью аналого-цифрового.преобразователя и появляющуюся на участках, где температура изменяется медленно.

При совершенствовании методики термического анализа решались две задачи: разработка методики проведения термического анализа на образцах и в отливках с различными условиями теплоотвсда и 20звонкость получения статистических данных о происходящих процессах; разработка методики более детальной расшифровки термических 1фивых и возможность определения на базэ термического анализа теплофизи-ческиХ констант исследуемых сплавов.

Решенле noproS задачи связано с необходимостью нормирования полученных экспериментальных данных, что требует выбора нормировочного параметра. Использование в качестве такого параметра приведенной тали$пш или модуля образца является неэффективным, так как при их постоянной величаю изменение влажности формы, ее плотности и прочих факторов существенно сказываются на условия теплоотвсда и но контролируются вышеперечисленными параметрами.

Исходя из того, что интенсивность охлаждения образца в итого влияет на общее время затвердевания и охлаждения в ферме, был произведен корреляционный анализ меяду характерными точками производной температуры во вромени а общим временем охлаждения образца.По-лученные результаты свидетельствуют о том, что 'максимальной теснотой -связи обладайт скорость охлаждения образца при 900°С (V 9С0). На основании статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение для расчета времени оглавления в интервале температур ликвидус - 600°с (рис.1): .

Г*[5.33 -9,56'Мюо +5?1-V4,-I.09^(X3] l03,c . (1).

Данный параметр является более универсальным, чем ранее предложенные (приведенная толщина,'радиус, модуль и др.) в связи с тем, что он более точно учитывает условия охлагдеппя отливки в форме независимо от материала, иэ которого она изготовлена, а" также учитывает взаимное влияние различных частей отливки в форме на итоговую тепловую картину, что также является важным как. с исследовательской точки зрения, так я с практической.

Для определения тепловых условий формирования структурных составляющих сплава вводится в рассмотрение функция, фактически харак-

dLT(r) cLTq(t) _ ett cet ~

теризующая падение температуры во времени без учета эффектов,связанных с выделением теплоты кристаллизации (рис.2):

где А - коэффициент преобразования подобием;

T(V,),T(Vt) - значения температур в моменты времени Z, и Тг на участках термической кривой без фазовых превращений;

Ъ{Т) - вводимая функция. В этом случае ,

Го,при T<tH,Z>t:K\ ■ (з)

171e rn(t) - относительное количество твердой фазы;

tH,£K - моменты времени начала и конца фазового превращения; Р - средние значения удельной теплоемкости и теплоты ' кристаллизации сплава.

Для количественной оценки интенсивности тепловыделения в преде ссе формирования фаз в различные моменты времени предложена оценочная фикция: £

'Qf =—J<__<4>

.См

хде к коэффициент калибровки на чистых металлах.

Эта функция позволяет сопоставлять различные по характеру термограммы и достаточно полно отражает специфичность тепло-физических процессов, характерных для формирования структуры в яугунах различного типа..

Сравнительные исследоьлия идентичных по кинетическим параметрам (значения % ). термограмм позволили установить идентичность структуры чугуна на.шлифах, вырезанных из соответствующих образцов. Это свидетельствует о том, что термический .анализ позволяет прогнозировать структуру и прочностные свойства серого чугуна.независимо от методов его плавке;, обработки в жидком состояния и условий затвердевания.

ИССВДШАНИЕ ПРОЦЕССОВ СТШТУРООБРАЗОВАНИЯ В СЕРОМ ЧУГУНЕ С ПЛАСТИНЧАТЫМ ГРАФИТОМ'С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

. С использованием разработанной многоточечной автоматизированной системы и усовершенствованной методики дифференциального термического анализа были исслодованы процессы кристаллизации первичного (доэвтектического) аустенита, эвтектического и эвткетоидного превращений в сером чугуне с учетом графитизиругацего модифицирования, легирования и скорости охлагдения образцов в форме.

Роль переохлаядения в процессах кристаллизации сплавов чрезвычайно важна, одйако до сих пор нет единообразия в подходе к определению базовой равновесной температуры, от которой необходимо отсчитывать величину переохлакдепия. В данной работе расчет равновесной температуры производился на основании результатов термического анализа образцов, охлажденных с различной интенсивностью. Определив в каждом случае температуру-ликввдуса Т^ и скорость Удоо » производили экстраполяцию на условия бесконечно медленного охлаждения и получали значение равновесной температуры. На основании предложенной мотодики а результатов проведенных экспериментов было получено регрессионное уравнение, свяаывавдее- величину пере охлаждения чугуна относительно температуры ликввдуса с углеродным экви- . валантоы и скоростью охлаждения:

.дТ>6,5~1,5-ХСЕ+М-Уэоо • (5)

Б процессе работы были получены выражения для определения значений температур 1фястал*иэации го стабильной и матастабильной схемам для эвтектического и эвтектоидНого превращений, величины рекалесценции в вависимости. от скорости охлаждения и химического состава чугуна. В частности: •'

7/ - 159к,9-т,5-*С-22,5-%Ь1 +7,5-ЛР-Д6Л&» , (6)

Тс = -дк,2-'/.Р -16,2Уаоо , (?)

% = +ОА-2С+6.0+6,91'9.1 Узоо • (8)

, м^а основании разработанной методики в ряде случаев рассчитывалась теплота кристаллизации чугуна в 'зависимости от его химического состава и скорости охлавдения в форме. . Расчеты показали,- что теплоты -кристаллизации по метастабильной

схеме на 40-60 кДя/кг ниже, чем при 'стабильном затвердевании.С увеличением скорости охлаждения теплота кристаллизации чугуна снижается (рис.3), аналогичное действие оказывает перегрев.расплава. Сопос-таглепие подученных значений с данными других авторов говорит о хорошем совпадении результатов и возможности использования разработанной методики для технической калориметрия чугуна.

Для осуществления прогноза формирующейся структуры чугуна на основе данных термического анализа необходимо установление количественной взаимосвязи мезду параметрами кристаллизации и структурой сплава в твердом состоянии. На кривой охлавдения и во тарной производной било выбрано 34 точки, теснота которых с количествэнными параметрами сформировавшейся структуры определялась на основании анализа коэффициентов корреляции. В процесса исследований и обработки результатов зкспер.агентов были выявлены точки, обладающие наибольшей теснотой связи с характеристиками структуры (рис.4-5) получены соответствующие уравнения.

Корреляционный анализ результатов экспериментов позволил определить тесноту сеязи меяду. параметрами первичной кристаллизации и эвтектоидного превращения, отраженными на .термограммах.Установлено, что условия первичной кристаллизации предопределяют вторичные структурные превращения в случае, если не происходило искусственного изменения условий тешюотвода в отливка (отливки не обдуЕались воздухом пооле эатЕердоЕания, не вынималась из форма и т.д.). Таким образом, при проведении термического анализа чугуна и прогнозирования его структуры и свойств при установлвгамся режиме теплоотвода' достаточно ограничиваться записью термогракм до температуры около 060°С, что значительно сокращает время анализа. .

Получены экспериментальные..данные,' связывающие параметры термического анализа с величинами' лредусадочного рассиропил и линейной усадкоП чугуна, которые могут- бить использованы для экспресс-контроля эффекта модифицирования и степени самоподпитнваомостп отливки.

В результате проведенных исследований были получены необходимые' данные для построения обобщенной комплексной номограммы для расчета структуры и прочностных свойств серого чугуна. Она построена в ко-.ординатах "скорость охлаздония-углеродный эквивалент". Использование последнего параметра позволяет придать номограмме значительную универсальность в сравнении с ранее построенными другими исследователями. Комплексная номограмма принципиально состоит из двух частей:

L ,кДж/кг

тале для определения структуры матрица и типа графита и двух.квадрантов для определения прочностных свойств серого чугуна - твердости по Бринелю и предела прочности на разрыв. Расчет .по номограмме лояет производиться в двух направлениях: на основании химического состава и скорости охлаждения в форта можно вычислить структуру и прочностные сьойства чугуна, а также обратный ход, исходя первона-зально из прочностных свойств и структуры можно рассчитать химический состав и скорость охлаждения, обеспечивающие требуемые свойства.

На основании выполненной работы для автоматизации расчета тех-юлогпческих параметров получения чугуна с пластинчатым графитом и сонтроля его качества в процессе плавки на база персональных компьютеров типа IBM PC разработано и программно реализовано азтоматизи-эоваяное рабочее место технолога-литейщика по плавке. Программное >бесьзчение позволяет реализовать комплекс расчетов для определения штлмальннх параметров технологических процессов, контроля и прог-юзироЕания качества чугуна в реальной отливке и представлено в виде 'советчика".

выводы и основные результаты работы

I. Усовершенствована математическая модель процесса.плавки чу-'уна в коксоес') вагранке, которая позволяет, в комплексе с методи-оптимизации состава шихты и экспресс-контролем качества распла-ia, управлять процессом получения чугуна с заданными свойствами в тливках. '

2. Исследованы современные система термического анализа,выяз-[ены их недостатки, с учетом сфор?лулиров^яных требова^й разработа-:а автоматизированная многоточечная система для 'термического анали-а, позволяющая учитывать влияние условий охлаждения на процессы, армирования структуры и свойств чугуна в отливках. Выбрана соот-зтствующио аппаратные средства и разработано программное сбеспе-онпе. • ,

3. Усовершенствована методика термичзского анализа. Доказано, то скорость охлаждения при S00°C (Vgoo) определяет общее врем хлакдепх'я чугуна в образце или отливке и может быть испольяоеэно ля нормирования значений cLT/cLt в образцах с различными усло-иями охлаждения. Для анализа тепловых условий.формирования струк-уры чугуна предложена фгтнкция Т0 {V) и оценочная функция • %.,яс-

пользование которых позволяет идентифицировать термограымы,снятые в различных условиях охлаждения, я осуществлять техническую калориметрию чугуна. Получены данные о влиянии скорости охлаждения на теплофизичаские свойства чугуна.

4. Установлено, что идентичность термограым по предложенным параметрам предопределяет идентичность структуры чугунов .независим от методов воздействия на расплав и условий охлаждения отливки в форме',

5. Выявлены парадатры гермограмм, наиболее тесно коррелирующие с первичной структурой и матрицей чугуна, получены количественные зависимости в виде комплекса регрессионных уравнений. Разработана методика построения и предложена номограмма "состав-скорость ох-

лавдения-структура-маханические свойства" для налегировэнного серого чугуна.

6. Подтверждена принципиальная возможность использования тер. мического анализа для прогноаирования усадочных процессов в чугуне,

7. Предложена методика расчета и конфетные выражения для определения равновесных температур, а также переохлаждения,тегшерату]

,. Т?, Т5 с учетом химического состава и скорости охлаждения чугуна.

8. Разработан и програшно реализован алгоритм расчета основных параметров технологического, процесса получения серого чугуна с планируемым комплексом свойств в отливке, который внедрен в производство и используется в учебном процессе.'

Основное содержание диссертации изложено в следупцих работах:

1. Куценко А.И. Математическая модель ваграночной плавки .-Повышение эффективности литейного производства в 13-й пятилетке:

Тезлокл.научного семинара,-Ленинград, 10®, С.40-43.

2. Голод В.М., фукс.А.И., Ко'сников Г.А., Куценко А.И. Автоматизированное проектирование технологии изготовления чугуншх отливок в станкостроении.-Л: ЛДНТП, 1990, 24.е., ил.

3. Коснйков Г.А., Куценко А.Й., Аруса Р. Термический анализ процессов струнтурообразования в чугуне.- Современные литейнао материала г технология получения отливок: Тез .докл. научно-технической конф.- Ленинград, 1991, С. 16-17. •

4. Косников Г.А., Куценко А.И. Алгоритм обработки термических криЕых,— Термоэлектрические и другие физические методы исследо вания и контроля состава и качества металлопродукции: Тез лота.

•У Всесоюзной конф. - Магнитогорск, 1991, С.23»45.

5. Куценко А.И., Друкавский М.А. Автоматическая измерительно-

регистрируется система для исследований пропессов литья.- Термоэлектрические я другие физические метода исследования и контроля состава и качества металлопродукции: Тоз^дскл. У Всесоюзная конф. Магнитогорск, 1991, C.47—Î3,

6. Куценко А.И. АРМ технолога-литеЗсика по плавке чугуна— В сб.: Персональные ЭВМ: опыт их поиыенения в аконовдгеесгоЯ и инз'з-нерноЗ обработке данных, Л.: ДЦНТП, 1Э91, С.56-57.

7. Косников Г.А., Куценко А.И., Куприянов D.B., Королев A.B. Автоматизации расчета технологических параметров процесса плавки чугуна и управления его качеством.- Литейной производство.ТЭ91,

S 10, С.5.

Под пас ало к печати /А . Тираж 100

Заказал. Бесплатно

Отпечатано на ротапринте Ленинградского государственного технического университета,13525J, Санкт-Петербург,

Политехническая ул.,29.