автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка технологического процесса полунепрерывного литья низколегированной латуни Л96

р^фУРАлЩкй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

- а ою «96

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ ЛАТУНИ Л96

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург. 1996

Работа выполнена на кафедре "Литейное производство" Уральского государственного технического университета - УПИ.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Мысик Р. К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Замятин В. М.;

кандидат технических наук, доцент Поль В.Б.

Ведущее предприятие: АО "Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов"

Защита состоится 7 октября 1996 года на заседании специализированного совета Д 063.14.01 Уральского государственного технического университета - УПИ по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета - УПИ.

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург. К-2, ул.Мира, 19, Уральский государственный технический университет - УПИ, ученому секретарю специализированного совета.

Автореферат разослан " 6 " 1996 года

Ученый секретарь специализированного совета, профессор, доктор технических наук

Шумаков Н.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных условиях важной является задача разработки новых и совершенствования существующих технологических процессов с целью повышения качества продукции, экономии дефицитных и дорогостоящих материалов, улучшения экономических показателей. Качество изделий, полученных обработкой давлением, в значительной степени определяется структурой и уровнем свойств литого металла, его физической и химической однородностью.

Получение качественных изделий из латуней с небольшим (до 10%) содержанием цинка (например, латуни Л96) сопряжено с трудностями, вызванными нестабильностью процесса обработки металла давлением, обусловленной различными пластическими свойствами литого металла; изменением структуры шихтовых материалов; возросшими требованиями по экологичности технологического процесса.

Диссертационная работа посвящена разработке технологического процесса полунепрерывного литья низколегированной латуни Л96, обеспечивающего высокое качество слитков и снижение температурно-силовых параметров пластической обработки. Работа выполнялась с использованием углубленных методов исследования структуры и свойств, с проведением экспериментов в лабораторных и промышленных условиях.

Цель работы. Комплексное исследование особенностей формирования структуры и свойств слитков латуни Л96 в условиях полунепрерывного литья и использования полученных данных для совершенствования существующих технологических процессов.

Основное внимание было уделено решению следующих задач: - изучению влияния примесей и инокулируювдх добавок на структуру и свойства слитков при использовании в структуре шихтовых материалов ломов;

- исследованию возможности использования жидких шлаков в качестве покрова в кристаллизаторе при полунепрерывном литье с целью совершенствования технологии разливки латуни Л96;

- выявлению особенностей теплофизических условий в формировании кристаллической структуры в сплаве при полунепрерывной разливке с целью управления процессом формирования структуры и свойств;

- изучению структурно-чувствительных характеристик сплава и взаимосвязи свойств металла в жидком и твердом состоянии с целью разработки научно обоснованных режимов плавки и разливки;

- исследованию механических свойств сплава при высоких температурах.

Научная новизна. Установлены особенности кристаллизации низколегированной латуни Л96 в условиях интенсивного внешнего охлаждения. Уточнены допустимые пределы примесей (Fe,S) в латуни Л96, позволяющие расширить композицию металлошихты для получения качественных слитков из этого сплава. Обоснована реальная возможность компенсации влияния примесей легирующими компонентами при использовании в шихте высокосортных ломов и отходов собственного производства.

Изучены структурно-чувствительные характеристики латуни Л96, установлена взаимосвязь жидкого и твердого состояний сплава и на ее основе назначен научно обоснованный регламент плавки и разливки.

Впервые исследованы механические свойства латуни Л96 при температурах 850...890 °С, в результате чего выданы рекомендации по изменению технологического процесса литья и обработки.

Практическая ценность работы. Предложены и внедрены составы шлакообразующих смесей, позволяющие надежно защитить расплав в кристаллизаторе от окисления, получить литую структуру, предпочтительную для пластической обработки, снизить температурно-силовые параметры прессования, повысить стойкость прессового инструмента, увеличить

4

долю ломов в структуре шихтовых материалов, улучшить экологическую обстановку в литейном цехе.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: "Проблемы разливки и кристаллизации стали и сплавов" (Киев, 1994 г.); "Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения в машиностроительной и металлургической промышленностях" (Комсомольск-на-Амуре, 1994г.); "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (Магнитогорск, 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов по работе, заключения и приложений, содержит 178 страниц машинописного текста, 43 рисунка, 16 таблиц и список использованных источников из 118 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ВОПРОСУ АНОМАЛЬНОГО СНИЖЕНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ МЕДИ И МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Для всех без исключения латуней в интервале температур 200 -700°С наблюдается резкое снижение пластичности. Наличие зоны хрупкости делает невозможным проведение горячей обработки латуней -при температуре ниже 700°С.

Существует ряд гипотез, объясняющих причину снижения пластичности меди в определенном температурном интервале,- которые можно условно разделить на две группы:

1. Гипотезы, связывающие аномальное снижение пластичности с взаимодействием меди с селеном, теллуром, висмутом, свинцом, серой, кислородом и водородом.

2. Гипотезы, объясняющие падение пластичности в определенных температурных интервалах структурными изменениями меди.

Гипотезы первой группы основаны на термодинамических расчетах. По другой группе гипотез причиной уменьшения пластичности являются структурные изменения, связанные с изменением характера разрушения, которое становится межзеренным.

Существует мнение, что примеси более влияют на свойства сплава, чем чистого металла, что проявляется при меньших концентрациях примесей, так как их растворимость в сплаве, как правило, меньше, чем в металле. Аномалии пластичности у сплавов наблюдаются чаще, поскольку причин для их появления больше, чем у металлов. У сплавов закономерности усложнены дополнительным влиянием легирования, приводящего к искажению кристаллической решетки. Очевидно, механизм снижения пластичности - многогранное явление, которое является функцией как влияния примесей, так и структурных изменений.

Вопрос аномалии пластичности у латуней занимает исследователей давно. В работах Губкина С.И., Преснякова А.А., Дуйсемалиева У.К., Мальцева М.В. и др. рассмотрены вопросы повышения пластичности латуней Л90, Л80, Л68, Л62, ЛС59-1. Показано, что развитие провала пластичности у этих сплавов прямо связано с изменением их легированнос-ти: чем она выше, тем показатели пластичности при прочих равных условиях в области провала ниже и температурный интервал провала шире. Также возникновение провалов пластичности связывается с развитием диффузионных процессов, обусловленных протеканием фазовых превращений, прежде всего, упорядочения.

В литературе практически отсутствуют подобные исследования для латуни Л96, но они представляют определенный интерес для выяснения причин аномалии пластичности.

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНОКУЛИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВА Л96

В связи с тем, что латуни используются главным образом как деформируемые сплавы, большое значение имеет физическая и химическая однородность, равноосность кристаллической структуры, высокий уровень механических свойств слитков.

До настоящего времени латунь Л96 получали при использовании чистых шихтовых материалов и допускалось по СТП 08-14-103-91 использование только 5% собственных отходов.

В современных условиях ввиду высокой стоимости и дефицитности сырьевых материалов актуальным является вопрос использования лома различной сортности в объеме шихты при выплавке сплавов. В связи с тем, что лома содержат различное количество примесей, возникла необходимость дополнительного изучения влияния примесей на структуру и свойства сплавов. С этой целью и для уточнения допустимого содержания примесей в сплаве Л96 в расплав дополнительно введены сера, фосфор, железо, сурьма и висмут в различных соотношениях. Сера, висмут и сурьма, являясь поверхностно-активными веществами, оказывают существенное влияние на формирование структуры. Действие поверхностно-активных примесей приводит к расширению зоны равноосных кристаллов и соответственно сужению зоны столбчатых кристаллов. Примером является влияние серы. Наблюдается существенное измельчение структуры, заметный эффект получен в результате введения серы в количестве О,009%. При недостаточном количестве поверхностно-активных примесей зона столбчатых кристаллов практически может достигать центра слитка. Такой случай наблюдается при введении висмута и сурьмы в количестве 0, 001%.

При введении железа в расплав в количестве от 0,12 до О,5% наблюдается заметное измельчение зерна (О,5...1,0 мм). Полученная структура с мелким зерном подтверждает данные о том, что железо измельчает зерно, в связи с чем значительно повышаются механические и технологические свойства сплавов.

Введение фосфора не оказало заметного влияния на структуру. Она аналогична структуре металла без дополнительного введения примесей.

Вводимые примеси оказывают влияние и на механические свойства, в частности, на твердость. В связи с тем, что на некоторые размеры труб, изготавливаемых из латуни Л96, ГОСТ 617-90 не регламентирует механические испытания на временное сопротивление разрушению и относительное удлинение, а сдаточной характеристикой является твердость по Виккерсу НУ, определена твердость образцов с дополнительным введением примесей. С увеличением количества вводимых серы, железа, сурьмы и висмута наблюдается повышение твердости металла. При введении фосфора, напротив, отмечено ее снижение. Некоторое увеличение содержания серы и железа в латуни Л96 приводит к получению структуры, благоприятной для пластической обработки, при этом твердость остается на достаточно высоком уровне (НУ =87,4 кг/мм2).

Слитки латуни Л96, как правило, имеют крупнозернистое строение, что порождает неравномерность свойств по сечению литых заготовок, создает определенные трудности при последующей обработке слитков и способствует снижению механических и технологических свойств сплава. Изменение структуры сплава можно достичь введением в расплав тугоплавких частиц или поверхностно-активных веществ (ПАВ).

В зависимости от природы вводимых добавок и характера их взаимодействия с основными компонентами сплава и примесями возможна та или иная схема процесса модифицирования. Известно, что наиболее эффективно влияние добавок проявляется на стандартных сплавах, содер-

8

жащих основной легирующий компонент на нижнем пределе.

Исследовано влияние малых добавок лития, иттрия, кальция, кремния, лигатуры (Мп - Сг), титана, магния, церия, циркония, бора, миш-металла на структуру и свойства опытных образцов латуни Л96 в количестве от 0,02% до 0,1%. Кремний, магний, церий, цирконий, бор и особенно миш-металл заметно повышают твердость сплава. Наибольшее влияние на измельчение зерна оказал кремний в количестве 0,03%. На промышленной установке полунепрерывного литья проведены плавки с введением в расплав кремния и кальция. Наилучшие результаты получены при введении 0, 03% кальция. В макроструктуре преобладает равноосное зерно, при пластической обработке отмечено снижение усилия прессования на 6%.

Малые добавки кальция и кремния не только оказывают модифицирующее действие, но и легируют расплав. Образуя с примесями тугоплавкие соединения, они компенсируют их вредное влияние. В результате достигается улучшение механических свойств и расширяются возможности использования большего процента ломов в структуре шихтовых материалов.

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЛАВА Л96

Выполненные ранее экспериментальные исследования физических свойств и строения жидких сплавов свидетельствуют о том, что в большинстве случаев металл вблизи температуры кристаллизации находится в неравновесном состоянии. Причем в зависимости от выбора шихтовых материалов, условий нагрева, времени выдержки сплава в жидком состоянии степень его отклонения от равновесия может быть различной. Это в конечном счете приводит к нестабильности структуры и свойств твердых сплавов. Напротив, структура твердых сплавов, полученных при крис-

9

таллизации равновесного расплава, отличается высокой степенью физической и химической однородности, что обеспечивает стабильность свойств сплавов.

Наиболее доступным и достаточно эффективным методом формирования равновесной структуры расплава является термовременная обработка (ТВО). Процесс перехода системы в состояние равновесия происходит лишь при достижении определенных температур, называемых критическими.

Изучение вопросов взаимосвязи свойств металла в жидком и твердом состояниях представляет большой интерес. Выполненные ранее исследования свойств стали и сплавов показали, что металл, обладающий в жидком состоянии наибольшей величиной кинематической вязкости, плотности, поверхностного натяжения и электросопротивления, в твердом состоянии характеризуется лучшей пластичностью при неизменных, как правило, показателях прочности.

С целью выявления подобной взаимосвязи свойств цветных металлов изучались кинематическая вязкость и плотность сплава Л96. Для изучения зависимости кинематической вязкости от температуры отбирались образцы из трех зон поперечного сечения слитка (край, 1/2 радиуса, центр) с повышенными пластическими свойствами (ППС) и отлитого по действующей технологии. Характер полученных кривых различен. Политермы, построенные для металла с ППС (край слитка), плавные, без перегибов, характеризуются гистерезисом обратного типа. Политерма вязкости, построенная для металла, отлитого по действующей технологии (край слитка), характеризуется перегибами кривых, обусловленными немонотонными изменениями прочности связей атомов при нагреве. Имеет место гистерезис обратного типа.

Следует отметить, что для металла, отлитого по действующей технологии. значения кинематической вязкости ниже, чем для металла с

10

ППС. При пластической обработке этот металл характеризуется более низкими пластическими свойствами, чем металл с ППС.

Для зоны 1/2 радиуса слитка для того и другого металла характерно наличие политермы с аномалией.

Для центральной зоны слитка наблюдается отличие. Для металла с ППС политермы плавные, без перегибов, наблюдается гистерезис обратного типа. Для металла, отлитого по действующей технологии, политермы имеют неярко выраженную аномалию. Определены температуры гистерезиса и аномалии, которые можно назвать критическими.

С учетом определенных критических температур изучена плотность металла, отлитого по действующей технологии при различных режимах термовременной обработки. Первый режим предусматривал нагрев до температуры 1180°С (технологическая температура разливки металла), выдержку в течение 5 минут и охлаждение. По второму режиму нагрев осуществлялся до температуры 1250°С, выдержка 5 минут, понижение температуры до 1180°С, выдержка 5 минут и далее охлаждение. После проведенной по второму режиму TB0 сужается интервал кристаллизации, что способствует развитию последовательной кристаллизации.

На промышленной установке проведена опытная плавка с термовременной обработкой расплава. Температура расплава в миксере доводилась до 1240°С, производилась выдержка в течение 5 минут, затем температура расплава снижалась до температуры заливки 1180°С, производилась еще одна пятиминутная выдержка и осуществлялась разливка. Для сравнения проводились две плавки по серийной технологии: металл в миксере нагревался до температуры 1180°С, выдерживался в течение 5 минут, после чего отливался слиток.

С целью выяснения влияния проведенной ТВО на структуру жидкого металла определена кинематическая вязкость опытного и серийного металла. Характер полученных политерм кинематической вязкости разли-

11

чен. Величина гистерезиса для серийного металла больше. Для опытного металла начальные значения кинематической вязкости выше, чем для серийного, и составляют 5,5-Ю"7 и 4,9-10"7 м2/с соответственно.

Определены механические свойства литого и деформированного металла, прошедшего ТВО и без ТВО (таблица).

Влияние условий выплавки на механические свойства литого и деформированного металла

Режим выплавки Литой металл Деформированный металл

Предел проч-нбсти при растяжении, бЁ . МПа Относительное удлинение, . . б % Предел прочности при растяжении, бв , МПа Относительное удлинение, б , %

без ТВО 174,3 ± 1,6 31,5 ± 1,1 290, 1 ± 1,2 43,1 ± 2, 1

с ТВО 172,7 ±2,3 33,8 ±0,7 282,5 ±1,6 51,1 ± 1,4

Металл, прошедший ТВО, обладает повышенным ресурсом пластичности.

Проведенные исследования физических свойств в жидком состоянии сплава Л96 промышленной чистоты позволяют рекомендовать температур-но-временные режимы выплавки сплава с учетом его особенностей.

Известно, что кислород является вредной примесью в меди и медных сплавах, т.к. при повышенном его содержании заметно снижаются относительное удлинение и относительное сужение.

На газоанализаторе модели ОИ-ша! 822 "БТГЮЕНЬЕШ" определено количественное содержание и форма существования кислорода в металле

12

с ППС и отлитого по действующей технологии. Полученные спектры выделения .кислорода имеют отличия. Установлено, что для металла, отлитого по действующей технологии, характерно выделение кислорода в 4 стадии. Первая соответствует выделению кислорода, находящегося в виде раствора внедрения и адсорбированного на поверхности металла. Вторая стадия характеризуется максимальным выделением кислорода из закиси меди Си20. Третья стадия соответствует выделению кислорода при диссоциации оксида железа ГеО (сплав содержит примесь железа). Четвертая стадия характеризуется выделением кислорода при диссоциации оксида цинка гпО, которая наступает при достижении температур порядка 1900°С.

Для металла с ППС выделение кислорода происходит преимущественно во второй стадии из закиси меди Сиг0.

В рабочем диапазоне температур до 1200°С количество выделившегося кислорода выше для металла, отлитого по действующей технологии. Установлено, что с точки зрения повышения пластических свойств металла предпочтительно преимущественное присутствие кислорода в латуни Л96 в виде закиси меди.

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛИТКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ХОЛОДИЛЬНИКОВ и ШЛАК00БРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

До настоящего времени большой проблемой остается получение литых заготовок для обработки давлением с требуемой структурой и уровнем свойств. Наряду с этим необходимо решить задачу повышения стойкости инструмента и снижения температурно-силовых параметров прессования, при этом существенным образом повышаются экономические показатели процесса. Одним из способов воздействия на металл во время

13

кристаллизации слитков, позволяющих получать их с заданной структурой и свойствами, является введение в расплав холодильников, отбирающих тепло от металла и образующих дополнительные центры кристаллизации.

С целью измельчения структуры литого металла при литье латуни Л96 опробовано два варианта: 1) захолаживание металла в миксере; 2) введение холодильников в кристаллизатор. Наилучшие результаты с точки зрения структуры слитка получены при введении 2% холодильников в кристаллизатор.

Ранее выполнена работа по выбору составов шлакообразующих смесей и изучению их свойств для меди. В настоящей работе проведено опробование нескольких составов, рекомендуемых для разливки меди. Эксперименты показали, что наиболее полно удовлетворяют требованиям с точки зрения защиты металла от окисления и качества поверхности слитков шлакообразующая смесь состава (масс.%): 82 Н3В03.и 18 Иа2С03 и октаборат натрия (Ма2Вв013). Все промышленные эксперименты выполнены с использованием этих покровных материалов. В результате выполненных экспериментов установлено, что введение в расплав холодильников при одновременной замене покровного материала в кристаллизаторе приводит к получению структуры, благоприятной для последующей обработки, при этом снижается усилие прессования заготовок на 18% при уменьшении температуры нагрева заготовок под прессование на 20...25°С. Очевидно, снижение усилия при прессовании достигается за счет создания на поверхности слитка стекловидной оболочки, способствующей уменьшению трения металла о стенки контейнера пресса. Использование только покровного материала приводит к снижению усилия прессования на 12% при уменьшении температуры нагрева под прессование на 50...60°С. Стойкость прессового инструмента при'этом повышается в два раза.

Технологический регламент предусматривает температуру нагрева для прессования латуни Л96, равную 890°С. Выбор этой температуры осуществлен эмпирическим путем. С целью ее уточнения изучены механические свойства (б0 г, бв, б, i|j) металла, отлитого с использованием различных покровных материалов в кристаллизаторе, в области высоких температур (850...890°С). Исследования механических свойств осуществлялись на литых образцах по ГОСТ 9651-84. Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что все исследованные образцы имеют механические свойства, достаточные для пластической обработки, -низкий предел текучести 5...И МПа, высокую пластичность 68. ..75% и малую вероятность образования трещин. Следует отметить, что для металла, отлитого по действующей технологии, значения относительного удлинения заметно ниже, чем для металла, отлитого с использованием покровных материалов (рисунок).

Высокие значения относительного удлинения для металла, отлитого с использованием покровных материалов, отмечаются уже при температуре 850°С, близкие к ним значения имеет серийный металл только при достижении температуры 890°С. Аналогичные по характеру зависимости наблюдаются и для относительного сужения. Результаты исследований показали, что температура нагрева металла для прессования может быть снижена до 850°С.

Критерием, определяющим уровень механических свойств, является структура металла. Для получения углубленных сведений об элементах структуры металла, отлитого при различных технологических условиях, проведены электронно-микроскопические исследования латуни Л96. При использовании октабората натрия в качестве покровного материала при разливке для металла характерно равномерное распределение дислокаций, формируется ячеистая дислокационная структура. Такая однородная структура является благоприятной для пластической обработки.

15

850 В70 690 Темп ера-тура Т,°С

а

850 870 &90 Температура. Г, °С

¿Г

Относительное удлинение (а) и относительное сужение (б) сплава Л96, полученного при различных технологических условиях: х- металл, отлитый по действующей технологии;V- металл, отлитый с использованием покровной смеси 18% М2С03 и 82% Н3В03; о - металл, отлитый с использованием октабората натрия

АНАЛИЗ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ КРИСТАЛЛИЗАТОРА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ПОКРОВНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ РАЗЛИВКИ СПЛАВА Л96

С целью решения проблемы повышения срока службы кристаллизаторов и оценки эффективности использования различных покровных материалов выполнен сравнительный расчет теплового баланса кристаллизатора в условиях полунепрерывного литья сплава Л96 при использовании сажи

16

\ октабората натрия. При расчете теплового баланса принята схема, согласно которой кристаллизатор условно разделен на пять характерных зон, каждая из которых характеризуется средним значением теплового потока. Анализ полученных результатов показал, что при использовании октабората натрия суммарный теплоотвод в кристаллизаторе выше, чем при разливке под сажей в среднем на 15...17%. При разливке под сазей наблюдаются значительные перепады теплового потока по высоте кристаллизатора, более того, его максимальное значение в 6 раз превышает подобное значение в опытном варианте. Установлено, что при разливке под октаборатом натрия происходит выравнивание тепловых потоков по высоте кристаллизатора. В зоне максимальных тепловых потоков имеет место местный перегрев гильзы кристаллизатора, который приводит к ее короблению, что вызывает образование поверхностных трещин в слитке, наличие которых является браковочным признаком. Опыты и расчеты показали, что максимальный тепловой поток наблюдается в верхней зоне кристаллизатора, снижение которого может быть достигнуто за счет установки в этой зоне вставки, играющей роль дополнительного термического сопротивления. С этой целью разработан и изготовлен кристаллизатор с графитовой вставкой толщиной 10 мм и длиной 200 мм. Проведенные промышленные эксперименты показали, что при литье в опытный кристаллизатор с использованием октабората натрия поверхностные трещины не обнаружены, при этом срок службы кристаллизатора возрастает в 1,5... 2 раза.

Для сравнения определены коэффициенты теплоотдачи для случаев разливки под сааей и октаборатом натрия в опытный кристаллизатор. При разливке под сажей коэффициент теплоотдачи от слитка к охлаждающей воде составляет 2118,6 Вт/м2-К. В случае использования октабората натрия коэффициент теплоотдачи уменьшается более чем в 3 раза и составляет 679,4 Вт/м2-К. Это, очевидно, можно объяснить появлением

17

дополнительного теплового сопротивления в виде затекшего в зазор между металлом и гильзой кристаллизатора жидкого шлака.

Практический интерес представляет процесс затвердевания слитка, отливаемого с использованием различных покровных материалов, поскольку критерием оценки качества слитка служит глубина лунки жидкой фазы и скорость роста твердой корочки во время первичного и вторичного охлаждения. Выполненные эксперименты по фиксации профиля лунки жидкой фазы путем введения в нее свинца показали, что при разливке под октаборатом натрия глубина лунки значительно меньше, чем под сажей и составляет соответственно 525 и 645 мм, при этом толщина твердой корочки на выходе из кристаллизатора увеличивается на 25...30% по сравнению с отливкой под сажей. Это позволяет увеличивать скорость вытягивания слитка и тем самым повысить производительность установки.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

■ 1. Уточнены допустимые пределы примесей (Ре,Б) в латуни Л96, позволяющие расширить композицию металлошихты для получения качественных слитков. Выявлена реальная возможность компенсации влияния примесей в шихте высокосортными ломами и легирующими компонентами, например, Б!. Са. Результаты исследования позволили' увеличить долю используемых ломов в составе шихты до 10% против существующих 5%.

2. Впервые изучены структурно-чувствительные характеристики латуни Л96, установлена взаимосвязь жидкого и твердого состояний сплава и на этой основе назначен научно обоснованный регламент плавки и разливки.

3. Использование жидких покровных шлаков (в частности, октабо-рата натрия) позволило получить литую структуру, предпочтительную для пластической обработки, снизить температурно-силовые параметры

18

прессования, повысить стойкость прессового инструмента в 2 раза, а также существенно улучшить экологическую обстановку в литейном цехе.

4. Изучены относительные удлинение и сужение сплава при высоких температурах, в результате чего выданы рекомендации по изменению технологического регламента литья и обработки: разливку необходимо вести под жидким шлаком, а температуру нагрева сплава перед прессованием уменьшить с 890°С до 850°С.

5. Выполненный расчет теплового баланса в зоне первичного охлаждения показал, что при разливке под жидким шлаком суммарный теп-лоотвод увеличился на 15...17 %; происходит перераспределение и выравнивание тепловых потоков по высоте кристаллизатора. Результаты исследования использованы при разработке конструкции кристаллизатора. Кроме того, есть реальная возможность увеличить скорость вытягивания слитка на 15...20% и повысить производительность литейной установки.

6. Результаты исследований положены в основу совершенствования технологии плавки и литья двойных латуней с содержанием-цинка не более 10%. Разработана техническая документация на процесс плавки, литья и пластической обработки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Влияние примесей и легирующих добавок на свойства латунных заготовок/ С. В. Брусницын, Р.К.Мысик, И.А.Вайс и др.// Литейное производство. 1994. N1. С. 24-25.

2. Разработка технологии разливки слитков сплава Л96 с заменой покровного материала в кристаллизаторе/ С. В. Брусницын, Р. К.Мысик, И.А.Вайс и др.// Тезисы докладов XII науч.-техн.конф. Киев, 1994.

3. Разработка технологии разливки латуни под жидким шлаком/

19

С.В.Брусницын, Р.К.Мысик. И.А.Вайс и др.// Тезисы докладов международного науч.-техн.симпозиума. Комсомольск-на-Амуре, 1994.

4. Литье и пластическая обработка латуни Л96/ С. В. Брусницын, И.А.Вайс, Р.К.Мысик и др.// Тезисы докладов межгосударственной науч. -техн. конф. Магнитогорск: Изд. МГМА им. Г.И.Носова, 1996. С.136.

5. Электронно-микроскопические исследования сплава Л96/ С.В.Брусницын, Р.К.Мысик, И.А.Вайс и др.// Цветные металлы. 1996.

6. Влияние термовременной обработки (ТВО) на свойства сплава Л96 в жидком и твердом состоянии/ С.В.Брусницын. Д.Д.Лащенко, Е.Е.Барышев и др.// Тезисы докладов науч.-техн.конф. Екатеринбург, 1996.

7. Электронно-микроскопические исследования сплава Л96 и его свойства при высоких температурах/ С.В.Брусницын, Р. К.Мысик, И.А.Вайс и др.// Известия вузов. Черная металлургия. 1996.

Лозпзссдо П печать 23.08.98 йо-тмат С0:с84 1/13

Бу-'ста печать Усл.п.л. 1,10

0,91 Тир;;,.. 100 З^газ 363 Бесплатно

?сц^ц:юп::о-пз;!,ателье.:::;! о'г~е;: 7А7 '¿¿0002, ¿:птсри::0;'рг, ^прп, 12 ^о^ар:;::? УГТУ. 620002, ^.га^рхгбррг, Лз;оа, 19