автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Развитие теории и технологий повышения качества металла пульсационным и вибрационным воздействиями

ДОНЕДОиб 1тСЬ&-ДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

1 о Ш 1998

СМИРНОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 669.18:621.746

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЙ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА ПУЛЬСАЦИОННЫМ И ВИБРАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ.

Специальность 05.16.02 «Металлургия черных металлов»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Донецк -1997

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СМИРНОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 669.18:621.746

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЙ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА ПУЛЬСАЦИОННЫМ И ВИБРАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ.

Специальность 05.16.02 «Металлургия черных металлов»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Донецк - 1997

Диссертация является рукопись»

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете Министерства образования Украины.

Научный консультант: член-корреспондент Национальной Академии Наук Украины, доктор технических наук, профессор Пилюшенко Виталий Лаврентьевич, ОАО "Донецкий металлургический' завод, заместитель генерального ,директора.

официальные оппонента:

-академик Национальной Академии Наук Украины, доктор технических наук, профессор ЕФИМОВ Виктор Алексеевич, ФГММС HAH Украины г.Киев, советник дирекции; -доктор технических наук, профессор СКРЕЩОВ Александр Михайлович, Приазовский государственный технический университет г.Мариуполь, профессор;

-доктор технических наук, профессор КАЗАКОВ Алексей Алексеевич Донецкий государственный технический университет г.Донецк, профессор.

Ведущая организация: Мариупольский научно-исследовательский и проектно-технологический институт концерна "Азовмаш" Министерства

промышленности Украины (г.Мариуполь).

Зявдтй состоится " $ " 19935 г. в час. на засе-

даиии специализированного ученого совета Д.06.04.03 в Донецком государственном техническом университете по адресу: 340000, г.Донецк, ул.Артема, 58, 5-й учетный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета (340000, г.Донецк, ул.Артема, 58, 2-ой учебный корпус).

Автореферат разослан " " ¿V 199^ г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета, докт.техн.наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Атисиъносжъ проблем. Современный уровень развития различных отраслей машиностроения Украины характеризуется непрерывным повышением требований к качеству и потребительским свойствам металлопродукции в условиях развития свободной конкуренции. При этом высокие требования к качеству обычно рассматриваются в тесной взаимосвязи с себестоимостью, что предопределяет актуальность проблемы снижения материало-и энергоемкости продукции на всех стадиях производства.

Для достижения гарантированно высокого уровня физикомеханических и технологических свойств конструкционных материалов все шире используются прогрессивные методы выплавки металла в комплексе с современными высокоэффективными приемами доводки чугуна и стали в ковше. Промышленная реализация этих мероприятий требует,как правило, значительных капиталовложений и реконструкции существующих технологических, линий или цехов, а достигнутый эффект повышения качества металла в ковше в значительной степени может быть утерян в ходе затвердевания слитков или заготовок за счет развития ликвационных и усадочных дефектов. •

В соответствии с современными представлениями о затвердевании слитков и заготовок существенные резервы повышения качества металлопродукции могут быть найдены на стадии перехода от жидкой фазы к твердой. С этой точки зрения весьма перспективным представляется использование методов принудительного перемешивания жидкой фазы в ходе затвердевания, обеспечивающих управление массо- и теплообменными процессами. В настоящее время благодаря работам Абрамова О.В., Баландина Г.Ф., Борисова В.Т., Дюдкиня Д.А., Бфимова В.А., Кявачковя Е.А., Кэм-пбелла Дж., Оно А., Пилюшенко В.Л., Скворцова A.A., Скребцова A.M., Флемингса М.С., Шкляра B.C., Эльдарханова A.C., Яковлева Ю.Н. и других исследователей развиты общие представления о влиянии внешних воздействий на процессы, происходящие при затвердевании. Между тем, широкое промышленное применение методов внешних воздействий на слитки и заготовки в значительной степени сдерживается отсутствием комплексных рекомендаций и достаточных для практического применения теоретических представлений о массо- и теплообменных процессах, происходящих в жидкой и жидко-твердой фазах при затвердевании в условиях наложения принудительного воздействия. Принимая во внимание большое разнообразие геометрической формы, массы, эксплуатационных характеристик слитков и отливок, производимых для нужд машиностроения, задача использования методов внешних воздействий должна включать дальнейший поиск рациональных схем и приемов с учетом конкретных производственных условий.

Особый интерес, для управления процессами формирования слитков и заготовок при затвердевании представляет метод пульсационного воздействия, обеспечивающий направленное и регламентированное перемещение потоков жидкости и находящихся в них частиц твердой фазы. Поэтому для его применения в промышленных условиях необходимо изучить взаимосвязь между параметрами пульсационного воздействия, характером и интенсивностью перемешивания, характером развития колебательных процессов в системе, степенью проявления кавитационных явлений, закономерностями образования и роста частиц твердой фазы в расплаве, изменениями в тепловой работе прибылей и пр.

Представленная к защите работа является теоретическим и экспериментальным обобщением в области металлургии, связанным с новым решением проблемы эффективного управления усадочными, ликвационными и кристаллизационными процессами непосредственно в ходе затвердевания слитков и отливок с помощью методов пульсационного и вибрационного воздействия. Она способствует решению важной народно-хозяйственной задачи - получение металлопродукции требуемого уровня качества с минимальными затратами за счет использования универсальных и технически несложных методов воздействия на слиток или заготовку.

Связь рабош с научными програллаш, пмхнали, тежии. Работа является итогом исследований, проведенных в Донецком политехническом институте (ннне Донецком государственном техническом университете) в рамках финансируемых хоздоговорных работ (номера госрегистрации 01860047221, 01880035681, 01890029291, 01890004686, 01890057423, 01900014875, 01900008043, 01900060802, 01910003379, 01910043362, 01910007326, ТШД0002504Р) в соответствии с планами министерств черной металлургии СССР и УССР, тяжелого и энергетического машиностроения СССР, нефтяного и химического машиностроения СССР. В этих исследованиях автор принимал непосредственное участие с 1978 года, в т.ч. с 1986 г. в качестве научного руководителя.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является развитие теории процессов форшрсиишш слитков и заготовок, происходящих при затвердевании металла в условиях наложения пульсационного и вибрационного воздействия, для повышения эффективности существующих и разработки новых технологий управления качеством металла посредством выбора рациональных режимов пульса-ционной и вибрационной обработки.

Исходя из поставленной цели были определены следующие основные задачи исследования: развитие теоретических основ и методик расчета параметров пульсационного воздействия применительно к обработке ме-

таллургических расплавов; оценка эффективности перемешивания металлургических расплавов методом пульсационной обработки в промышленных условиях и разработка принципов конструктивного оформления агрегатов такого типа; качественная и количественная оценка основных физических эффектов, сопровождающих процессы затвердевания слитков и отливок в условиях наложения пульсационного и вибрационного воздействия, с использованием методов математического и физического моделирования; разработка, промышленное опробование и внедрение технологий пульсационной и вибрационной обработки, обеспечивающих подавление усадочных и ликвационных дефектов в промышленных слитках и отливках.

Научная новизна полученных результатов.

В работе раскрыта взаимосвязь основных физических эффектов и механизмов, проявляющихся при пульсационном воздействии и вибрационной обработке жидкой фазы слитков и отливок; разработаны методы количественной оценки влияния параметров этих воздействий на результаты обработки; созданы методики, позволяющие прогнозировать рациональные рабочие параметры и промышленные результаты обработки металла на основании данных лабораторных и опытно-промышленных исследований.

1.Показано, что в отличие от известных методов принудительного перемешивания жидкой ванны слитков при наложении пульсационного воздействия формируется качественно иная картина движения конвективных потоков, характеризующаяся циклическим образованием области вихревых турбулентных течений в зоне движения вытесняемой из погружаемой трубы струи и формированием зоны устойчивых восходящих конвективных потоков, движущихся вдоль фронта затвердевания, что препятствует развитию дефектов усадочного и ликвационного характера.

2.Получило дальнейшее развитие математическое моделирование колебаний жидкости в системе "пульсационная труба - обрабатываемый объем металла" применительно к резонансной области пульсаций. В частности, показана взаимосвязь интенсивности развития явления образования всплесков жидкости со скважностью импульса вынуждающего давления. Для ограничения интенсивности всплесков рекомендовано ограничить величину скважности импульса в пределах 4-5 единиц при одновременном формировании в нем пологих участков в местах перехода от увеличения давления к уменьшению и наоборот.

Впервые предложена математическая модель колебательных процессов в жидкой ванне для многоприбыльных отливок. Установлено, что при выборе параметров пульсационной обработки в этом случае необходимо учитывать колебательные эффекты, развивающиеся в соседних прибылях, представляющих собой замкнутую колебательную систему.

3.Созданы физические модели и экспериментальные установки, позволяющие изучать особенности процессов формирования твердой фазы слитков и отливок на прозрачных моделирующих веществах в зависимости от параметров пульсационного и вибрационного воздействий. Выявлен механизм влияния пульсационного и вибрационного воздействий на тепловую работу прибылей слитков и отливок, заключающийся в смещения теплового ядра в более высокие горизонты из-за перекрытия температурных полей частиц твердой фазы, растущих в переохлажденном расплаве.

Показано, что эффект перекрытия температурных полей оказывается возможным при доле твердой фазы в расплаве порядка 0,1-2% для частиц радиусом 0,1-0,8 мм с максимальным его развитием для частиц радиусом 0,1-0,2 мм. Экспериментально доказано, что максимальное количество частиц твердой фазы образуется на резонансных режимах.пульсационного и вибрационного воздействий при амплитудно-частотных параметрах, приближающихся к порогу кавитации.

4.В промышленных условиях доказана возможность уменьшения глубины проникновения усадочных дефектов и зоны подусадочной ликвации за счет смещения теплового ядра в верхние горизонты прибыли. Обработка крупных слитков массой 27-45 тонн обеспечила уменьшение массы прибыли в среднем на 16-25% при длительности воздействия 0,17-0,25 периода затвердевания слитка и глубине погружения трубы не более 0,75-0,80 принятой высоты налива металла в прибыли в зависимости от геометрической Формы слитка и прибыли. Показано, что длительность пульсационного воздействия ограничена падением уровня металла в прибыли в ходе затвердевания.

5.Впервые установлен эффект смещения шнуров внецентренной ликвации из зоны, затвердевшей непосредственно в ходе пульсационной обработки, к оси слитка. Показана взаимосвязь этого эффекта с развитием восходящих вдоль фронта затвердевания принудительных конвективных потоков, формирующихся в ходе пульсационной обработки.

6.Впервые выполнены теоретические и экспериментальные исследования пульсационной обработки прибылей крупных многоприбыльных отливок. Показано, что особенности обработки крупных прибылей, заключающиеся в перемешивании только ограниченных прибылью объемов металла, оказывают существенное влияние на условия их тепловой работы и степень развития усадочных дефектов. Экспериментально доказано, что пульсационная обработка обеспечивает уменьшение глубины проникновения усадочных и ликвационннх дефектов в среднем на 15-18% от высоты налива металла в прибылях, подвергаемых прямому пульсационному воздействию, и на 1012% в соседних в случае резонансного возбуждения колебаний между ниш.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели в работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований, базирующиеся на основных положениях теории металлургических процессов, теории процессов литья, теории колебаний и теории подобия: лабораторные определения характера и эффективности перемешивания жидкости пульсирующей затопленной струей; лабораторные определения закономерностей затвердевания слитков и отливок при наложении пульсационного и вибрационного воздействий; опытно-промышленные исследования влияния на качество слитков и отливок; математическое и аналоговое моделирование процессов колебаний и перемешивания жидкости в системе "пульса-ционная труба - обрабатываемый объем металла"; промышленная проверка результатов теоретического анализа и математического моделирования. Комплексная статистическая оценка загрязненности отдельных зон слитков и отливок неметаллическими включениями осуществлялась по разработанной автором методике стереологической реконструкции распределения неметаллических включений.

Практическое значение работы заключается в разработке новых способов обработки металла, основанных на перемешивании расплава пульсирующей затопленной струей, а также технологии и оборудования для их реализации. Разработаны новые технологические приемы, позволяющие существенно повышать качество слитков и отливок за счет их виброобработки при затвердевании и после выбивки и обрубки. Способы и устройства защищены 40 авторскими свидетельствами на изобретения.

Созданные экспериментальные лабораторные установки для визуального изучения процессов перемешивания модельных жидкостей и затвердевания слитков и отливок обеопечипают визуализацию физических эффектов и получение комплексных качественных характеристик, позволяющих прогнозировать технологические принципы производства слитков и отливок требуемого уровня качества.

Впервые экспериментально установленное явление подавления вне-центрекной ликвации в зоне, затвердевающей непосредственно в ходе пульсационного перемешивания, позволяет разрабатывать мероприятия по управлению качеством изделий из кузнечных слитков с учетом требований последующей пластической деформации и условий эксплуатации.

Предложен комплекс критериев, обеспечивающих управление затвердеванием при виброобработке и основанный на общих закономерностях зарождения и роста частиц твердой фазы в переохлажденном расплаве, что позволило разработать технологические основы новых эффективных технологий вибрационной обработки отливок ответственного назначения.

Результаты работы использованы при разработке и внедрении:

- технологии управления качеством кузнечных слитков посредством пульеационного перемешивания их жидкой фазы в ходе затвердевания в ЭСПЦ Краматорского завода "Энергомашспецсталь";

- технологии пульсационной обработки жидкой фазы прибылей крупных одно- и многоприбылъных отливок в литейном цехе Краматорского завода "Знергомашспесталь;

- технологии вибрационной обработки чугунных изложниц в литейном цехе Донецкого металлургического завода;

- технологических мероприятий по виброобработке стальных отливок с регламентируемыми эксплуатационными свойствами, отливаемых в оболочковые формы в литейных цехах Нальчикского и Ишимбайского машиностроительных заводов;

- технологических мероприятий по виброобработке сварно-литых деталей бурового оборудования на ДРМЗ ПО "Спецшахтобурение".

Суммарный первичный годовой экономический эффект от внедрения указанных разработок составляет 873 тыс. рублей в ценах до 31.12.91 г. и 907 тыс. рублей в ценах середины 1992 г.

Научные и прикладные результаты работы, опубликованные в монографии и в научно-технических периодических изданиях, используются в учебном процессе.

Личный вклад соискателя состоит в теоретической постановке задач и обосновании методов исследований, проведении математического и физического моделирования процессов, сопровождающих наложение пульсаци-онного и вибрационного воздействия на расплав, а также в анализе и научной интерпретации результатов исследований; разработке конструктивного оформления лабораторных стендов и методик исследований, обеспечивающих изучение процессов перемешивания жидкости и характера затвердевания модельных сплавов для условий пульсационного и вибрационного воздействий; теоретическом оформлении и практической реализации принципиально новых технологий пульсационной обработки крупных слитков и отливок в промышленных условиях; теоретическом обосновании принципов выбора параметров вибрационной обработки отливок в ходе затвердевания в зависимости от видов подавляемых дефектов.

Апробация результатов диссертации. Основные научные положения и прикладные результаты работы обсуждались и получили одобрение на 14 Международных, Всесоюзных и межрегиональных конференциях и симпозиумах: Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика внепечной обработки стали" (Москва, 1985); конференции "Проблемы повышения технического уровня производства черных металлов и сплавов" (Москва,1987); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы

повышения технического уровня производства черных металлов и сплавов" (Донецк, 1987); конференции "Научно-технический прогресс в производстве ферросплавов и электростали" (Челябинск, 1988); межреспубликанской конференции "Передовой опыт производства стали, ее внепечной обработки, разливки в слитки и получения кузнечных заготовок" (Волгоград, Т989); Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение работы молодах ученых, инженеров и рабочих отрасли по экономии материальных и энергетических ресурсов" (Донецк, 1989); международной конференции "IY Yugoslovensky Simpozium о livarstvu" (Югославия, Будва,

1989); 1-ой Всесоюзной конференции "Совершенствование металлургической технологии в машиностроении" (Волгоград, 1990); Всесоюзной научно-технической конференции "Процессы разливки, модифицирования и кристаллизации стали" (Волгоград, Т990); 7-й Всесоюзной научной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали" (Челябинск,

1990); 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование металлургической технологии в машиностроении" (Волгоград, 1991); научной конференции "Ц Savjetovanje о primeni naucnlh lstrazivanja u metalurgljl" (Югославия, Никшич,1995); Международной конференции "YI Jugoslovensky Slmpozium о metalurglji" (Югославия, Врнячка Баня, 1996), Международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии машиностроения и современность" (Севастополь, 1997).

Пиблшацш. Результаты исследований, включенные в диссертацию, опубликованы в I монографии, 52 статьях в научных журналах, 4 статьях в сборниках научных трудов, 18 тезисах и докладах научных конференций, 40 авторских свидетельств на изобретения. Основные положения диссертационной работы изложены в 33 публикациях, в том числе Т монографии и 7 авторских свидетельствах на изобретение.

Сжрцтщп и объел работы. Диссертация изложена на 325 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав и заключения. Она содержит 31 таблицу, 58 рисунков, перечень источников из 305 наименований и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава работы посвящена анализу современных тенденций повышения качества слитков и заготовок с использованием дополнительных внешних воздействий и состояния теории процессов затвердевания металла при виброимпульсных воздействиях.

Затвердевание слитков и заготовок сопровождается весьма сложными

по характеру и взаимосвязи процессами массо- и теплопереноса, которые -в совокупности с диффузиоными и усадочными явлениями определяют степень развития усадочных дефектов, подусадочной, осевой и внецентрен-ной ликвации и размеры конуса осаждения. Показано, что эффективным средством подавления и предотвращения развития большинства из вышеперечисленных. дефектов может быть наложение динамических внешних воздействий, изменяющих характер движения конвективных потоков в жидкой ванне и динамику роста твердой фазы в ходе затвердевания. К ним относятся методы виброимпульсной обработки жидкой фазы слитков и заготовок, характеризующиеся большим техническим разнообразием и высокой ;эффективностью. Однако, приведенные в научно-технической литературе ¡сведения, касающиеся обобщения механизмов таких воздействий и взаимосвязи параметров обработки и качественных ее результатов носят достаточно противоречивый характер.

К числу физических эффектов при виброимпульсном воздействии, развитие которых оказывает существенное влияние на процессы формирования слитков и заготовок, можно отнести следующие основные процессы: подавление потоков термогравитационной конвекции и развитие потоков вынужденной конвекции; развитие волновых процессов на поверхности и в объеме расплава; явление кавитации в жидкой фазе; зарождение и дробление частиц твердой фазы в расплаве; рост частиц твердой фазы в переохлажденном расплаве и др.

Анализ известных виброимпульсных методов воздействия на затвердевающий расплав показывает, что по совокупности положительных физических эффектов для обработки жидкой фазы слитков и отливок наиболее предпочтительными могут оказаться пульсационное и низкочастотное вибрационное воздействие. При этом только метод пульсационного воздействия может обеспечивать одновременное развитие всех вышеперечисленных физических эффектов в относительно больших объемах металла. Однако для отливок небольшой массы сложной геометрической формы представляется целесообразным применение низкочастотной виброобработки, позволяющей также в значительной степени обеспечить развитие основных физических эффектов, способоствукщих повышению качества заготовок.

С учетом этого пульсационное перемешивание жидкой фазы и вибрационная обработка затвердевающего металла были выбраны автором в качестве базовых приемов для дальнейшей разработки научно-обоснованных методов управления качеством слитков и отливок в направлении создания комплексных универсальных промышленных технологий. Работа, начатая в Донецком государственном техническом университете при участии автора в конце 70-х годов, включала в себя изучение основных закономерностей

колебательных процессов и перемешивания жидкой ванны, возникающих при наложении виОроимпульсного воздействия; всестороннее изучение основных явлений и механизмов, происходящих при затвердевании металла в условиях наложения пульсационного и вибрационного воздействия; определение потенциальных возможностей и границ эффективного применения метода пульсационного воздействия в процессах производства крупных слитков и отливок; разработку технологических приемов повышения качества слитков и отливок с помощью полученных научно-обоснованных представлений и рекомендаций на основе методов пульсационного и вибрационного воздействия.

Вторая глава работы посвящена исследованию на физической и математических моделях основных явлений и закономерностей, сопровождающих наложение на замкнутый объем расплава пульсационного воздействия.

Для изучения процессов, происходящих в замкнутом объеме жидкости при пульсационном воздействии, была выбрана прозрачная объемная модель объемом 0,024 м3, в которой соблюдались критерии гидродинамического подобия Фруда и гомохронности (Струхаля).

Схематическое представление о расположении характерных зон, формирующихся в объеме жидкости в процессе пульсационного воздействия, приведено на рис.1. При вытеснении порции жидкости из погружаемой трубы, формируется зона продвижения струи (I), расположенная между нижним ее срезом и днищем емкости и имеющая форму усеченного конуса. Далее поток движущейся жидкости вступает в контакт с днищем емкости и, изменив направление, поднимается вертикально вверх вдоль стенок емкости (зона Т1Г). Между зонами I и ТП располагается зона вихревых потоков (II), представляющих торообразнне движущиеся вниз вдоль поверхности зоны I объемы жидкости. При переходе на цикл всасывания вместо зон I и II формируется характерная турбулентная зона IV с большим числом разнонаправленных вихрей и высокой степенью турбулиза-ции. Между поверхностью жидкости и нижним срезом погружаемой трубы можно выделить зону нестабильной турбулентности V, в которой происходит достаточно плавное движение потоков вдоль поверхности жидкости при определенных возмущениях в период всасывания. Перемещение жидкости непосредственно во внутренней полости погружаемой трубы (VI) характеризуется возвратно-поступательным движением с максимальной скоростью, что при определенных режимах пульсаций может, видимо, сопровождаться кавитацшнными явлениями.

Интенсивность перемешивания обрабатываемого объема определялась по времени гомогенизации, в качестве которого принимали период выравнивания концентрации вводимого индикатора (концентрированного раство-

а 5

Рисунок I - Общая схема развития конвективных потоков, формирующихся при пульсационном воздействии (а - цикл вытеснения; б - цикл заполнения трубы).

ра соли) в рабочей жидкости (воде). В результате количественных оценок подтверждено, что максимальная интенсивность перемешивания достигается при резонансном режиме пульсаций (то есть когда частота вынуждающего импульса равна частоте собственных колебаний жидкости в системе "пульсационная труба - обрабатываемый объем металла"). Однако, помимо частоты пульсаций на интенсивность перемешивания могут оказывать существенное влияния геометрическая форма сосуда, ограничивающего жидкость, и место расположения пульсационной трубы. В частности в результате физического моделирования установлено, что уменьшение времени перемешивания для объемов жидкости, ограниченных сосудом с Н/Б I (Я - высота налива жидкости; Г) - диаметр сосуда) может быть достигнуто при смещении пульсационной трубы относительно вертикальной оси на 0,2-0,4 радиуса сосуда. Для сосудов с Н/В > 2 смещение пульсационной трубы относительно вертикальной оси приводит к снижению интенсивности перемешивания, а уменьшение времени перемешивания оказывается возможным только при увеличении сечения пульсационной трубы, что обеспечивает увеличение глубины проникновения струи в жидкость.

Для исследования оптимальных колебательных режимов в системе "пульсационная труба - ковш" в работе использована ранее разработанная автором математическая модель вынужденных колебаний. Эта модель,

сформулированная при допущениях, что жидкость идеальная, а течение потенциальное и симметричное относительно продольной оси ковша, имеет следующий общий вид:

+ сх)х + 0,5сх2 + р11х + нх =

= -7Г- <" К2" + Я" ^ П-1 31П nO.lt) (I)

р Лп П=1

где х, х, х - координата уровня поверхности жидкости в трубе и ее производные;

1г - "эффективная" глубина погружения пульсационной трубы, определяемая с учетом присоединенной массы жидкости и величины смещения нулевого уровня при вынужденных колебаниях относительно поверхности жидкости в ковше; с = 1 + (I2 Б-11 ( В и (1 - соответственно диаметр ковша и

внутренней полости трубы); р - коэффициент затухания в системе, определяемый, например, по данным "холодного" моделирования; р - плотность жидкости;

К - масштабный коэффициент тригонометрического полинома; g - ускорение свободного падения;

о) - циклическая частота пульсаций давления, ы = 2 % Г (Г -частота пульсаций в Гц);

Выражение в правой части уравнения (I) получено аппроксимацией экспериментальных данных в виде тригонометрического полинома, представляющего собой сумму статического давления рр и периодически изменяющейся с амплитудой рп составляющей давления, а значение целого числа п рекомендуется принимать в соответствии с величиной соотношения периода колебания к длительности подачи импульса избыточного давления (то есть скважности импульса).

Показано, что резонансная кривая амплитуд колебаний имеет ярко выраженные максимумы при частоте вынужденных колебаний ы равной соответственно I; 1/2; Г/3 частоты собственных колебаний жидкости и0 в системе погружаемая труба - ковш. При этом максимальная амплитуда главных резонансных колебаний существенно больше (в 2,5-3,0 раза), чем амплитуда нерэзонансных вынужденных колебаний, и ее величина может достигать 0,75-0,80 глубины погружения пульсационной трубы в жидкость. Некоторые параметры обработки для главного резонансного режима пульсационного воздействия, полученные расчетным путем для различной глубины погружения трубы, приведены в табл.1.

Таблица I - Некоторые значения параметров пульсационной обработки для главного резонансного режима

Глубина погружения трубы, м Резонансная частота колебаний, Гц Амплитуда резонансных колебаний, м Максимальная скорость вытеснения, м/с

0,10 1,58 0,065-0,070 0,66-0,70

0,2.5 1,00 0,16-0,17 1,02-1,06

0,50 0,71 0,32-0,35 1,47-1,56

0,70 0,61 0,46-0,49 1,77-1,85

1,00 0,50 0,65-0,70 2,10-2,20

Установлено, что одним из проявлений резонансных эффектов, сопровождающих пульсационное воздействие, является развитие волн и всплесков на поверхности жидкости в трубе, зарегистрированное как на физических моделях,, так и, в последствии, на промышленных установках. Следствием такого рода всплесков могут быть как положительные эффекты (например, интенсификация зародншеобразования при обработке слитков и отливок или вовлечение в перемешивание реагентов, подаваемых непосредственно во внутреннюю полость трубы), так и негативные явления (разбрызгивание металла и "зарастание" внутренней полости погружаемой трубы). В работе показана взаимосвязь интенсивности развития явления образования всплесков со скважностью импульса вынуждающего давления. Во иябежашо интенсивных всплесков автором рекомендуется ограничивать величину скважности импульса давления в пределах 4-5 единиц при одновременном формировании в нем пологих участков в местах перехода от увеличения давления к уменьшению и наоборот, (дросселирование), что может быть предусмотрено в конструкции распределительного клапана.

Для оценки специфики пульсационной обработки многоприбыльных отливок в работе рассмотрен простейший случай для консервативной системы с тремя прибылями. В соответствии с полученной математической моделью собственных колебаний такой системы показано, что оказываются возможными две главных формы: колебания в крайних прибылях находятся в противофазе, а в центральной прибыли уровень неподвижен; колебания в крайних прибылях - оофазнн, а в центральной они происходят в противофазе. Установлено, что на практике вполне вероятно кратное совпадение частоты пульсационного воздействия и собственной частоты колебаний между соседними прибылями одной системы. С практической точки

зрения такие колебательные процессы могут оказывать существенное положительное влияние на массобмен в прибылях многоприбыльных отливок, что обусловливает целесообразность их дальнейшего экспериментального исследования для конкретных промышленных объектов с целью уменьшения числа погружаемых труб и упрощения управления процессом обработки за счет уменьшения числа источников воздействия.

Предложенные математические модели использованы автором для разработки принципов оценки и выбора оптимальных рабочих параметров агрегатов для пулъсационного воздействия, которые положены в основу создания опытного и промышленного оборудования и новых технологий.

Третья глава работы посвящена исследованию влияния пулъсационного и вибрационного воздействия при затвердевании слитка на физических моделях.

В методологическом отношении в работе было использовано последовательное моделирование, при котором с начала на плоской модели с прозрачным рабочим веществом изучались особенности затвердевания в условиях наложения пулъсационного и вибрационного воздействия, а затем полученные выводы корректировались по данным моделирования на объемных слитках, полученных из алюминиевых сплавов.

Плоская изложница была выполнена с двумя параллельными стенками из органического стекла, теплоотводом через которые можно пренебречь в сравнении с теплоотводом через боковые водоохлаждаемые кристаллизаторы. Кроме критериев гидродинамического подобия Фруда и гомохроннос-ти учитывалось также комплексное условие BIN - Idem (произведение критериев Био и фазового перехода). Компенсация разницы в физических параметрах стали и модельного вещества (гипосульфит натрия) достигалась регламентированием условий теплоотвода.

Установлено, что в основном приведенная на рис.1 схема пульсаци-онного перемешивания жидкой ванны сохраняется в течение 0,15-0,30 общего времени затвердевания в зависимости от скорости зарастания внутренней полости погружаемой трубы. В начале обработки в перемешивание вовлекается практически весь объем жидкой фазы, а пульсирующая струя проникает вглубь жидкой ванны на всю ее глубину. Вдоль фронта затвердевания формируются направленные восходящие потоки, подавляющие естественное развитие термогравитационной конвекции. По мере снижения глубины проникновения пульсирующей струи зона интенсивного перемешивания локализуется в области нижнего среза погружаемой трубы.

Процесс формирования слитков, затвердевающих при пульсационном воздействии, характеризуется несколькими четко выраженными этапами: образование в начале процесса затвердевания большого количества час-

тиц твердой фазы в расплаве; укрупнение (рост) образовавшихся частиц и их постепенное оседание в донную часть слитка (0,05-0,25 общего времени затвердевания); уменьшение в расплаве количества-твердых частиц и снижение интенсивности перемешивания с последующим зарастанием внутренней полости пульсационной трубы.

Количественно влияние принудительного перемешивания жидкой фазы на продвижение фронта затвердевания оценивали в двух направлениях: I) горизонтальном - на уровне 2/3 полкой высоты слитка; 2) вертикальном - от дна слитка вдоль его вертикальной оси. Установлено, что при варьировании режимов пульсационной обработки (частота пульсаций, глубина и диаметр погружаемой трубы) значительное увеличение скорости продвижения фронта затвердевания по вертикали достигается в случае обеспечения интенсивного перемешивания во всем объеме жидкой фазы слитка за счет оседания большого числа частиц твердой фазы.

При наложении вибрации отмечено возникновение характерной зоны интенсивных циркуляционных потоков у поверхности расплава. Интенсивность перемешивания и размеры этой зоны зависят, главным образом, от степени развития волновых процессов на поверхности расплава. Для слитков, затвердевавших в условиях виброобработки, выявлены следующие общие закономерности: а) значительное интенсификация процесса зароды-шеобрэзования в зависимости от амплитудно-частотных режимов воздействия; б) увеличение скорости продвижения фронта затвердевания в вертикальном направлении за счет осаждения частиц твердой фазы; в) заметное уменьшение общей продолжительности периода затвердевания слитка.

Для исследования механизмов влияния пульсационного и вибрационного воздействия на затвердевание выполнены заморы температуры расплава в ходе обработки в различных зонах жидкой ванны. Показано, что такие воздействия изменяют общую картину распределения температурных полей за счет смещения теплового ядра в верхние горизонты, что создает более благоприятные условия для тепловой работы прибыли. С достаточной степенью уверенности можно предположить, что такое изменение поля температур следует связывать с образованием в ходе воздействия большого количества частиц твердой фазы, которые в переохлажденном расплаве имеют возможность роста с выделением тепла в окружающую их среду. Как показали расчеты, более интенсивно происходит рост частиц с радиусом порядка 0,1-0,2 мм. При этом перекрытие температурных полей достигается уже на расстоянии равном примерно 15-20 радиусам частиц, что соответствует не более 0,1% доли твердой фазы в расплаве. Для частиц с условным радиусом 0,5-0,8 мм доля частиц твердой фазы в расплаве должна составлять около 1,3-2,0%.

Экспериментально установлено, что количество частиц твердой фазы в расплаве, резко возрастает при режимах обработки, которые близки к значениям амплитуды и частоты колебаний, соответствующим расчетному по известным зависимостям кавитационному порогу (например, по данным Дж.Кэмпбелла). При этом частицы твердой фазы имеют сравнительно небольшие размеры и неправильную форму. Для подтверждения кавитационно-го происхождения частиц твердой фазы в расплаве были проведены специальные эксперименты, в ходе которых зеркало расплава подогревали посредством теплового излучения с целью предотвращения формирования твердой корочки. Установлено, что на режимах, близких к кавитационному порогу, уменьшение количества частиц твердой фазы составило 2030%, что является косвенным подтверждением того факта, что в ходе пульсационной обработки кавитация, вероятно, является одним из основных источников частиц твердой фазы в расплаве. Между тем, для пульса-ционных режимов, далеких от кавитационного порога наблюдается значительно большее уменьшение количества частиц твердой фазы при подогреве зеркала прибыли. По мнению автора, это следует рассматривать, как подтверждение гипотезы о том, что твердая корочка на поверхности расплава является также одним из основных источников твердых частиц. В дальнейшем эти частицы погружаются в расплав, где под воздействием кавитации и пульсационных потоков происходит их измельчение.

Аналогичные исследования выполнены для слитков, подвергаемых низкочастотной виброобработке. Установлено, что максимальный эффект с точки зрения увеличения количества частиц твердой фазы достигается при режимах вибрации, соответствующих проявлению кавитационного эффекта в совокупности с развитием нестационарных волн на поверхности расплава. По существу, на таких режимах достигается эффект образования частиц твердой фазы сразу по двум механизмам: разрушение твердой корочки на поверхности расплава и последующее разрушение частиц вследствие развития кавитационных эффектов.

Характерный пример динамики изменения температуры расплава в головной части слитка при пульсационном и вибрационном воздействиях представлен на рис.2 (абсолютное значение температуры измерялось для точки, расположенной по оси слитка на границе раздела прибыли и головной части слитка, а разность температур - между этой точкой и точкой, расположенной на 15 мм ниже по оси слитка). При пульсационной обработке в весьма длительном временном интервале (14-30 мин) сохраняется более высокая (по отношению к сравнительному слитку) температура расплава в прибыли. Причем абсолютное значение температуры расплава в течение всего временного интервала возрастает, что является

Рисунок 2 - Изменение температуры расплава Т в нижней части прибыли а) и разности температур АТ между точками, расположенными в головной части слитка и в донной части прибыли б): 1-без обработки; 2-пульсационное воздействие; 3-низкочастотная виброобработка.

дополнительным подтверждением гипотезы об относительном подогреве прибыли за счет роста частиц твердой фазы. Для слитков, затвердевающих в условиях вибрационного воздействия, в начальный период характер охлаждения расплава в прибыли опытного и сравнительного слитков практически не отличается. Однако, по мере снятия перегрева и накопления в расплаве частиц твердой фазы происходит некоторое повышение температуры расплава, сопровождающееся смещением теплового центра в более высокие горизонты, что, видимо, можно связывать с повышением концентрации частиц в нижней части прибыли и выделением значительного количества тепла в окружающий расплав при их росте.

В результате обобщения полученных экспериментальных данных для пульсационного и вибрационного воздействия в работе предложены общие принципы управления процессами формирования слитков и оптимизации параметров обработки, учитывающие предпочтительные механизмы образования частиц твердой фазы, характер движения конвективных потоков, начало и длительность приложения воздействия, которые были реализованы автором при создании новых способов обработки металла.

Четвертая глава работы посвящена разработке, полученных на базе результатов физического и математического моделирования, основ технологий пульсационной обработки прибылей крупных слитков и отливок.

Промышленные эксперименты по отработке технологии пульсационной обработки прибылей слитков и отливок выполнялись в условиях Краматор-

жого завода "Эиергомагаспецсталь". В ходе исследований обрабатывали <узнечные с.литки массой 27-45 т, а также прибыли крупных многопри-Зыльннх отливок, которые по массе примерно соответствовали массе при-Зылей слитков. Обобщенная сравнительная оценка влияния длительности тульсационной обработки на глубину проникновения усадочных дефектов и макроструктуру прибылей некоторых характерных слитков и отливок представлена в табл.2. Установлено, что значительный эффект пульсационно-

Таблща 2- Результаты сравнительной оценки макроструктуры прибылей слитков и отливок, подвергнутых пуль-сационному воздействию

Наименование Номинальная масса слитков, т Масса прибыли

отливок, т

26,5 32,0 36,0 45,0 4,2 6,0

Высота прибыли, м 0,85 0,85 0,92 1,00 0,8 и

Глубина погружения

трубы, мм 500 . 420 380 600 400 550

Длительность обра-

ботки, минут 30 IIG 60 60 50 180

Глубина проникно-

вения усадочной 720 620 1000 790 395 505

раковины, мм 700 450 660 510 330 415

Протяженность зоны 170 175 115 175 100 100

столбчатых крис- 80 55 90 70 90 60

таллов, мм

Угол наклона глав-

ных осей дендри- 19-24 19-26 20-25 19-23 22-26 22-26

тов, град 29-36 32-38 35-40 33-37 27-34 29-38

В числителе приведены данные, относящиеся к сравнительным

слиткам, а в знаменателе - к опытным.

о воздействия проявляется при длительности обработки свыше 0,10-0,12 т времени полного затвердевания слитка те. Однако при увеличении лительности пульсационной обработки более (0,25-0,30)хс дальнейшего ущественного снижения глубины проникновения усадочной раковины прак-ически не наблюдается. Это следует связывать с тем, что по ходу зат-ердевания слитка происходит падение уровня металла в прибыли и уво-

личение вязкости расплава. На основании эспериментальных данных установлено, что при использовании метода пульсационного воздействия представляется возможным уменьшить высоту налива металла в прибыли слитка в среднем на 20-25%. При этом начальная глубина погружения пульсяционной трубы может составлять не более 0,75-0,80 проектной высоты налива металла в прибыли в зависимости от геометрической формы слитка и прибыли и марки разливаемых сталей.

Характерной особенностью макроструктуры прибылей опытных слитков является значительное уменьшение протяженности зоны столбчатых кристаллов, что следует связывать с изменением условий перехода "столбчатая-равноосная" структура за счет увеличения концентрации частиц твердой фазы перед фронтом затвердевания и от характера массо- и теп-лопереноса в жидкой ванне. В нижних частях всех прибылей опытных слитков отмечено также увеличение угла наклона главных осей дендритов по отношению к горизонтальной плоскости в среднем на 10-14°, что следует рассматривать как косвенное подтверждение улучшения тепловых условий работы прибылей за счет смещения теплового ядра в более высокие горизонты. Это также подтверждается характером распределения серы, зоны максимальной концентрации которой отмечены в центральной части прибыли по периметру нижней границы усадочной раковины и в зоне нижнего среза пульсационной трубы.

Применительно к прибылям крупных отливок типа "корпус" показано, что основные качественные эффекты пульсационного воздействия в целом сохраняются и проявляются о учетом того факта, что объем жидкой ванны, участвующей в перемешивании, по существу ограничивается непосредственно самими прибылями, которые могут иметь различную геометрическую форму. Показано, например, что в эллиптических прибылях для вовлечения в перемешивание максимального объема металла пульсационную трубу целесообразно смещать относительно вертикальной оси симметрии вдоль большей стороны на 0,15-0,20 величины максимального линейного размера прибыли в горизонтальной плоскости.

Выполненные исследования и полученные на их основании выводы положены в основу создания промышленных технологий для пульсационной обработки крупных многоприбыльных отливок применительного к условиям литейного цеха Краматорского завода "Знергомашспецсталь". Показано, что для прибылей, подвергающихся непосредственному пульсационному воздействию глубина усадочных и ликвационных дефектов снижается в среднем на 15-18%, а для соседних (при условии наличия резонанса) -не менее, чем на 10-12% относительно высоты налива металла в прибыли.

Пятая глава работы посвящена исследованию закономерностей фор-

мирования крупных' слитков в условиях пулъсационного перемешивания жидкой фазы, полученных в промышленных условиях.

Комплексные исследования влияния пульсационного воздействия на формирование слитков в силу их трудоемкости и высокой себестоимости были выполнены на продольных темплетах, полученных для пары слитков, отлитых из металла одной плавки в изложницы с номинальной массой слитка 36 т. Учитывая рассмотренные выше результаты влияния пульсаци-онной обработки на степень развития усадочных дефектов, прибыли опытного и сранителъного слитков были не долиты на 2 тонны каждая.

На основании сравнительной оценки распределения дефектов ликва-ционного характера показано, что при пульсационном воздействии в 1,7 -1,8 раза увеличивается объем конуса осаждения, что является подтверждением повышения числа частиц твердой фазы в расплаве в ходе обработки. Характерной особенностью изменения зоны расположения внецен-тренной ликвации явилось ее смещение к оси и вверх слитка. Так, в опытном слитке количество шнуров в горизонтальном сечении для нижней трети тела слитка уменьшилось в 2,5 раза, а в сечении под прибылью -возросло в 1,3 раза. Весьма примечательно, что шнуры внецентренной ликвации практически полностью отсутствовали в зоне металла, затвердевшего непосредственно в ходе пульсационной обработки.

В работе доказано, что пульсационное перемешивание способствует выносу ликвирующих. элементов в верхние горизонты. Наглядным подтверждением этому служит уменьшение общей протяженности и смещение вверх инуров внецентренной ликвации. Кроме того, выполненная количественная оценка распределения серы и углерода между телом слитка и прибылью, пснованная на данных химического анализа образцов, отобранных на пяти горизонтальных сечениях слитка в зонах, затвердевших соответственно цо, во время и после пульсационной обработки, показала, что общее кассовое количество серы и углерода в теле опытного слитка уменьшитесь соответственно на 5,5% и 2,0% относительно сравнительного за зчет выноса этих элементов в прибыль из зоны затвердевшей непосредственно в ходе воздействия.

Установлены характерные особенности изменения кристаллической структуры в опытном слитке, которые заключаются в уменьшении протя-кенности зоны столбчатых кристаллов практически по всей высоте слит-са, заметном увеличении угла наклона главных осей столбчатых кристал-иов, уменьшении площади макрозерна и уменьшении величины дендритного тараметра в зоне равноосных кристаллов. По существу эти данные подтверждают, что пульсационное перемешивание способствует увеличению гасла зародышей твердых частиц в расплаве и ускоряет снятие общего

перегрева при повышении температурной однородности жидкой ванны.

Для наиболее характерных зон слитков выполнена оценка морфологии и распределения неметаллических включений. В прибыли опытного слитка отмечено большее количество оксисульфидных конгломератов, состоящих из слипшихся частиц корунда осколочного типа и окружающих их сульфидов марганца и железа. Образование таких включений служит свидетельством положительного влияния пульсационного перемешивания на укрупнение оксидов и их вынос в прибыль. Сравнение морфологии сульфидов показало, что в образцах металла, затвердевшего непосредственно в ходе обработки, практически полностью отсутствуют колониальные сульфиды и появляются многогранные сульфиды, отсутствующие в образцах из сравнительного слитка. Это свидетельствует об изменении условий затвердевания в зоне слитка, затвердевающей непосредственно в ходе воздействия.

С помощью разработанной автором методики, основанной на математической стереологической реконструкции логнормального распределения включений по геометрическим размерам, для опытного и сравнительного слитков определена доля мелких включений, соответствующая максимуму на кривой распределения и двум прилегающим к нему интервалам; доля крупных включений (>15 мкм) и отношение массы мелких к массе крупных включений. Как видно из рис.За, в опытном слитке соотношение между мелкими и крупными оксидами возросло в зоне, затвердевшей непосредственно в ходе перемешивания, в среднем в 2,9 раза. В то же время в подприбыльной части опытного слитка несколько увеличилась массовая доля крупных включений (за счет оксисульфидов). Следовательно, пуль-сационное воздействие благоприятствует коагуляции и выносу неметаллических включений в прибыль. Расположение зоны с преобладанием мелких сульфидов (рис.36) соответствует слою металла, затвердевшему в ходе пульсащокной обработки или сразу после ее окончания.

Количественной интегральной оценкой объемной доли включений получены сравнительные диаграммы распределения оксидов и сульфидов в продольных сечениях (рис.3 в-г) опытного и сравнительного слитков. В сравнительном слитке отмечены две зоны с повышенной загрязненностью оксидами: донный конус и область, расположенная на расстоянии 45-55% от дна, а для опытного слитка выявлена только одна зона повышенного содержания оксидов - конус осаждения. По характеру распределения сульфидов подтверждено смещение теплового ядра слитка вверх к нижнему срезу погружаемой трубы.

Таким образом основными положительными эффектами, достигаемыми в ходе пульсационной обработки слитков, следует считать: а) уменьшение глубины проникновения дефектов усадочного характера при повышении фи-

Рисунок 3.-Изменение соотношения масс мелких и крупных оксидов а) и сульфидов б) между опытным и сравнительным слитками (¡!Щ;! - соотношение > 1,0; СГ-~ I ~ соотношение < 1,0; | ]- соотношение = 1,0) и сравнительная оценка рапределения оксидов в) и сульфидов г) в продольном сечении опытного (слева) и сравнительного (справа) слитков (в объемных доляхД).

зической однородности тела слитка; б) повышение химической однородности по основным ликвирущим элементам; в) подавление шнуров внецен-тренной ликвации в зонах, затвердевших непосредственно в ходе обработки; г) смещение теплового ядра (я, следовательно, и зоны положительной ликвации) в более высокие горизонты к нижнему срезу погружаемой трубы; д) уменьшение загрязненности стали неметаллическими включениями в зоне движения принудительных восходящих потоков.

На основании полученных теоретических и практических результатов разработаны и внедрены в промышленное производство технология получения крупных кузнечных слитков с уменьшенной прибылью, а также технологии пульеационной обработки одно- и многоприбыльных отливок.

Шестая глава работы посвящена рассмотрению использования результатов теоретических исследований, полученных в работе, для разработки новых промышленных технологий вибрационной обработки отливок.

Было принято, что одной из основных задач применения вибрационной обработки для повышения качества отливок может быть повышение их физической и химической однородности посредством подавления усадочных и ликвационных процессов. При этом, как показано в разд.4, положительный эффект достигается за счет увеличения количества частиц твердой фазы в расплаве и повышения его температурной однородности.

Предварительно комплексный анализ степени влияния параметров низкочастотной виброобработки на физико-механические свойства металла осуществлялся для чугунных отливок простейшей геометрической формы. Установлено, что заметное проявление эффекта виброобработки наблюдается в отливках, подвергнутых воздействию в режимах, которые близки к теоретическому порогу кавитации по рекомендациям Дж. Кэмпбелла А - 0,24-0,27; /-частота вибрации, Гц; ^-амплитуда колебаний, м). Изменение режимов вибровоздействия в сторону увеличения величины произведения ]*'а свыше 0,30 не способствовало повышению физико - механических свойств чугуна. Показано, что для условий проведенных экспериментов, наилучшие результаты получены при виброобработке в диапазоне 23-40 Гц при достаточно плавном переходе через точку экстремума. Наблюдаемое повышение физико-механических свойств отливок следует связывать с принудительным перемешиванием жидкой фазы при виброобработке в условиях развития кавитационных явлений и роста частиц твердой фазы в переохлажденном расплаве.

Эти исследования положены в основу разработки технологии виброобработки чугунных изложниц, реализованной в условиях литейного цеха Донецкого металлургического завода. Оптимизацию режимов воздействия осуществляли в соответствии с возможностью повышения основных механи-

ческих показателей чугуна и температурной однородностью тела отливки в ходе затвердевания. Показано, что повышение стойкости изложниц следует, в основном, связывать с улучшением условий их формирования при затвердевании, так как при наложении вибрации уменьшается на 15-20% период затвердевания при более равномерном распределении поля температур по всей высоте отливки.

Для определения наиболее рациональной технологической схемы обработки изложниц выполнены сравнительные эксперименты, в которых часть изложниц обрабатывали при затвердевании, а часть - после выбивки и обрубки. Показано, что стойкость изложниц повышается на 16-17% и на 10-12% соответственно при виброобработке в ходе затвердевания и после выбивки и обрубки. В целом виброобработку в процессе затвердевания целесообразно рекомендовать для специализированных литейных цехов по производству изложниц, а виброобработку готовых изложниц - для металлургических предприятий, использующих эти изложницы.

В качестве обобщения выполненных теоретических и практических исследований в работе предложена общая схема выбора параметров вибровоздействия для повышения качества промышленных отливок в зависимости от видов дефектов в соответствии с разработанными представлениями о механизмах, обеспечивающих их подавление. Эти рекомендации были использованы при разработке промышленных технологий в ряде литейных цехов с различным уровнем технологии и требований к качеству.

В условиях Кишлинского машиностроительного завода нефтепромыслового оборудования (г. Баку, Азербайджан) разработана технология виброобработки деталей типа "корпус" (корпус редуктора, крышка редуктора и т.п.) массой от БО кг до 2 т из серого чугуна. Установлено, что основные ■ причины отбраковки отливок (повышенная газовая пористость, неслитины и складчатость) практически полностью устраняются при низкочастотной виброобработке, которую рекомендуется начинать одновременно с заливкой. В этом случае в определенном частотном .диапазоне дополнительно достигается повышение показателя жидкотекучести чугуна, что объясняется разрушающим действием вибрации на формирующийся в процессе движения первых порций металла твердый каркас. Внедрение разработанных мероприятий, заключающихся в виброобработке отливок с частотой 20-30 Гц (амплитуда колебаний порога кавитации 0,50-0,55 мм), практически полностью исключило брак отливок по критериям "газовая пористость", "неслитины и складчатость" и позволило снизить их себестоимость в среднем на 4-6%.

Проблема снижения количества брака по недоливам и спаям при одновременном обеспечении герметичности чугунных отливок была решена

также и для конвейерной схемы производства в условиях литейного цеха Уфалейского завода металлургического оборудования (г.Верхний Уфалей, Россия). При выборе параметров виброобработки принято, что при затвердевании отливки находятся в разных условиях, поскольку заливаются металлом, имеющим различную температуру (из одного ковша заливают 7-8 опок), что служит основной причиной брака. Поэтому по ходу заливки обеспечивали обработку на частотах, обеспечивающих снижение пористости (30-35 Гц) в начале и максимальную жидкотекучес.ть (23 Гц) в конце заливки ковша. Виброобработка отливок позволила сократить брак по недоливам с 10-15% до 2-4%, по герметичности - с 5-8% до 0,5-1,0% и по короблению - с 12% до 2-3%.

Исследования по виброобработке стальных отливок выполнены на заводах нефтяного машиностроения для различных изделий промыслового оборудования, условия эксплуатации которых имеют высокий уровень требований к качеству. Показано, что характерной особенностью брака стальных, отливок является его связь с усадочными процессами, что объясняется высоким коэффициентом объемной усадки стали. Установлено, что для подавления усадочной пористости целесообразно обеспечивать низкочастотную виброобработку в режимах развития кавитации, позволяющую улучшить условия питания за счет теплового эффекта роста частиц твердой фазы в теле отливки. Результаты работы внедрены в условиях Нальчикского машиностроительного завода (г.Нальчик., Россия) для отливок деталей торцовых уплотнений типа ДНК-105 и УСТ, получаемых литьем по выплавляемым моделям, что снизило общий процент брака по критерию "герметичность" с 18-20% до 5%. Технология виброобработки внедрена также для ответственных отливок, производимых Ишимбайским машиностроительным заводом (г.Ишимбай, Россия) литьем в оболочковые формы, что обеспечило снижение брака в среднем на 3%. Устновлено, что для достижения максимального качественного эффекта необходимо увеличивать примерно в 2-3 раза массу литниковой системы, что по существу является свидетельством положительного влияния вибрации на условия питания отливок, а падение уровня металла в стояке может служить визуальным методом контроля эффекта обработки.

Седьмая глава работы посвящена рассмотрению перспектив применения методов пульсационного и вибрационного воздействия для повышения качества металлопродукции.

Приведены основные направления развития методов пульсационного и вибрационного воздействия для различных технологических процессов, разработанных автором на базе полученных в диссертации представлений и рекомендаций по управлению процессами затвердевания. В этой главе

даны новые решения но организации пулъсационной и вибрационной обработки примененителъно к промышленным слиткам и отливкам, имеющим сложную геометрическую форму, а также рассмотрены технологические решения, направленные на снижение энергозатрат на обработку за счет реализации воздействий в циклическом режиме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано теоретическое обобщение и новое решение научной проблемы, заключающееся в раскрытии основных закономерностей управления -усадочными и ликвационными процессами при затвердевании слитков и отливок с применением методов пульсационного и вибрационного воздействий. Она способствует решению важной народно-хозяйственной задачи - получение металлопродукции требуемого уровня качества при повышении выхода годного и обеспечивает выбор наиболее универсальных и технически простых методов обработки слитков и заготовок в ходе затвердевания.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

Т.Показано, что механизм влияния внешних воздействий на процессы формирования слитков и заготовок изменяется в зависимости от метода и интенсивности обработки и определяется характером перемешивания расплава и степенью развития процессов зарождения и роста в нем частиц твердой фазы. Широкие возможности по управлению качеством слитков и отливок обеспечиваются при наложении пульсационного и вибрационного воздействий в ходе затвердевания за счет направленного перемешивания жидкой ванны в совокупности с образованием и ростом большого количества частиц твердой фазы металла.

2.Установлено, что в отличие от известных методов перемешивания жидкой ванны слитков при наложении пульсационного воздействия формируется качественно иная картина движения конвективных потоков, характеризующаяся циклическим образованием области вихревых турбулентных течений в зоне движения вытесняемой из погружаемой трубы струи и формированием зоны устойчивых восходящих конвективных потоков, движущихся вдоль фронта затвердевания, что препятствует развитию дефектов усадочного и ликвационного характера.

3.Показано, что для обеспечения максимальной интенсивности перемешивания при наложении пульсационного воздействия в резонансном ре-яшме необходимо учитывать геометрические параметры щщой ванны и

пульсационной трубы, а также основные параметры вынуждающего импульса давления. На физических моделях установлено, что уменьшение времени перемешивания для объемов жидкости, ограниченных сосудом с H/D < I, может быть достигнуто при смещении пульсационной трубы относительно вертикальной оси на 0,2-0,4 радиуса сосуда, а для сосудов с H/D > 2 а уменьшение времени перемешивания оказывается возможным только при увеличении сечения пульсационной трубы, что обеспечивает увеличение глубины проникновения струи в жидкость.

4.Установлено, что одним из проявлений резонансных эффектов, сопровождающихся при пульсационном воздействии увеличением амплитуды колебаний в 2-3 раза, является развитие волн и всплесков на поверхности жидкости в трубе, зарегистрированное как на физических моделях, так и, в последствии, на промышленных установках. В работе показана взаимосвязь интенсивности развития явления образования всплесков со скважностью импульса вынуждающего давления. Во избежание интенсивных всплесков рекомендовано ограничивать величину скважности импульса давления в пределах 4-5 единиц при одновременном формировании в нем пологих участков в местах перехода от увеличения давления к уменьшению и наоборот (дросселирование), что может быть предусмотрено в конструкции распределительного клапана.

5.С помощью разработанной математической модели выполнены теоретические исследования пульсационной обработки прибылей крупных многоприбыльных отливок. Показано, что при обработке вполне вероятно кратное совпадение частоты пульсационного воздействия и собственной частоты колебаний между соседними прибылями одной системы. С практической точки зрения такие, колебательные процессы могут оказывать существенное положительное влияние на массобмен в прибылях многоприбнльных отливок, что позволяет уменьшить число пульсационных труб и упростить управление процессом воздействия.

6.Физическим моделированием установлено, что одним из основных источников частиц твердой фазы при пульсационном и вибрационном воздействиях является формирующаяся на поверхности расплава твердая корочка, которая разрушается волнами, образующимися на поверхности расплава. Показано, что количество частиц твердой фазы в расплаве резко возрастает при достижении режимов развития явления кавитации, что следует связывать с механизмом разрушения частиц твердой фазы под действием переменных ударных нагрузок.

Экспериментально доказано, что наложение пульсационного и вибрационного воздействий обеспечивает смещения теплового ядра в более высокие горизонты за счет эффекта перекрытия температурных полей частиц

твердой фазы, растущих в переохлажденном расплаве, и улучшает условия тепловой работы прибыли. Показано, что эффект перекрытия температурных полей оказывается возможным при доле твердой фазы в расплаве порядка 0,1-2% для частиц радиусом 0,1-0,8 мм с максимальным его развитием для частиц радиусом 0,1-0,2 мм.

7.В промышленных условиях при пульсационной обработке крупных слитков массой 27-45 тонн подтверждено уменьшение глубины проникновения усадочной раковины и пористости вследствие ее относительного подогрева в области расположения нижнего среза погружаемой трубы за счет роста образовавшихся в процессе воздействия частиц твердой фазы. Установлено, что пульсационную обработку целесообразно осуществлять с частотами близкими к резонансным, а рациональное время обработки должно составлять 0,17-0,25 периода затвердевания слитка при начальной глубине погружения трубы не более 0,75-0,80 принятой высоты налива металла в прибыли. На крупных промышленных слитках показано, что при пульсационном воздействии возможно уменьшение высоты налива металла в прибыли в среднем на 16-25%.

8.На продольных темплетах опытного и сравнительного 34-тонных слитков выполнены комплексные исследования по оценке влияния пульса-ционного воздействия на характер распределения макродефектов и макроструктуру. Показано, что пульсационная обработка предотвращает формирование шнуров внецентренной ликвации в зонах металла, затвердевшего непосредственно в ходе воздействия. Смещение шнуров внецентренной ликвации происходит в более высокие горизонты тела и прибыли слитка и к его оси. Количественно подтвержден факт выноса определенного количества серн в прибыль, что следует связывать с восходящими конвективными потоками.

В опытном слитке отмечено уменьшение в 1,5-2,0 раза протяженности зоны столбчатых кристаллов, что является следствием более быстрого выравнивания температуры в жидкой ваше в ходе пульсационного воздействия. Установлено, что угол наклона главных осей дендритов к горизонту увеличивается в среднем на 10-15°, что подтверждает наличие эффекта смещения теплового ядра к нижнему срезу погружаемой трубы.

9.При помощи металлографических исследований установлено измене-гае характера распределения оксидов в опытном слитке, проявляющееся в уменьшении их размеров и более равномерном распределении в теле слитка, расширении процессов коагуляции оксисульфидов и выносе их в прибыль. Показано, что при пульсационном перемешивании жидкой фазы слитка происходит изменение морфологии сульфидов (возрастает число глобулярных сульфидов) и уменьшение тсс размеров и общего количества, что

связано с повышением скорости затвердевания в зонах, затвердевших непосредственно в ходе пулъсационного воздействия, и выносом в прибыль обогащенных серой объемов металла конвективными восходящими потоками.

10.С помощью разработанной методики стереологической дополненной реконструкции закона распределения неметаллических включений в стали установлено, что в слитке, подвергнутом пульсационному воздействию, в среднем на 20% возрастает объемная доля оксидов в зоне конуса осаждения, объем которого увеличивается примерно в 2,0-2,5 раза, что объясняется интенсификацией процессов образования частиц твердой фазы в ходе обработки. В зоне металла, затвердевшего непосредственно в ходе обработки, отмечено уменьшение примерно в 1,5 раза объемной доли сульфидов, что следует связывать с выносом обогащенного ликватами расплава принудительными восходящими потоками.

11.Разработана и внедрена в электросталеплавильном цехе Краматорского завода "Знергомашспецсталь" технология пульсационной обработки прибылей крупных слитков. Технология позволяет уменьшить массу прибыльной части слитков в среднем на 16-25% при одновременном подавлении дефектов, связанных с внецентренной ликвацией, в зонах, затвердевших непосредственно в процессе воздействия.

12. Впервые показана эффективность пульсационной обработки прибылей крупных многоприбыльных отливок и разработаны технологические принципы ее применения, не требуювде значительного изменения существующей технологии. Показано, что особенности такой пульсационной обработки, заключающиеся в перемешивании только ограниченных прибылью объемов металла, оказывают с.р1ественное влияния на условия их тепловой работы и развитие усадочных дефектов. Технология ггульсяцжшной обработки прибылей крупных отливок внедрена в литейном цехе Краматорского завода "Энергомашснецсталь", что позволило снизить высоту налива металла в прибылях в среднем на 10-Т5% за счет уменьшения глубины проникновения усадочных дефектов и подусадочной ликвации.

13.Разработана и внедрена технология виброобработки отливок чугунных изложниц. На примере Донецкого металлургического завода показано, что виброобряботка отливок изложниц при затвердевании обеспечивает повышение механических свойств чугуна (например, предела прочности и твердости в среднем на 20-25%) и эксплуатационной стойкости изложниц в среднем на 16-17%. При виброобработке отливок изложниц после внбивки и обрубки достигается значительное снижение уровня внутренних остаточных напряжений, возникновение которых обусловлено условиями затвердевания. Установлено, что виброобработку целесообразно вести последовательно на нескольких резонансных частотах, что

обеспечивает снятие до 70-80% внутренних напряжений и повышение эксплуатационной стойкости в среднем на 10-12%.

14.Разработаны общие принципы выбора параметров вибровоздействия в зависимости от видов литейных дефектов и механизмов их подавления в отливках сложной геометрической формы. Показано, что виброобработку чугунных отливок целесообразно начинать непосредственно при заливке формы, что повышает показатель жидкотекучести в 1,5-1,8 раза, и затем продолжать в режимах развития кавитации в ходе затвердевания. С использованием полученных в работе результатов до промышленного внедрения доведена технология обработки чугунных отливок типа "корпус" на Кишлинском машиностроительном заводе и Уфалейском заводе металлургического оборудования, что позволило снизить их себестоимость на 4-6%.

15. Разработана техника и основные элементы технологии виброобработки стальных отливок ответственного назначения нефтепромыслового оборудования, получаемых литьем в оболочковые формы. Внедрение технологии виброобработки на Нальчикском машиностроительном заводе для отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям, обеспечила повышение выхода годного за счет снижения брака по герметичности в среднем на 20-22% от общего количества изделий, проходящих, стендовые испытания. Внедрение разработанной технологии, на Ишимбайском машиностроительном заводе для отливок, получаемых литьем в оболочковые формы, обеспечило повышение выхода годного за счет снижения брака при стендовых испытаниях в среднем на 3-4%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих, работах.

Ыйфимеико с. П., Иилюшснко В. Л., Смирнов А .11. Пульсяциопноо перемешивание металлургических расплавов. - М: Металлургии, 1989.-168 с.

2.Смирнов А.Н. Улучшение качества слитков и заготовок путем вибро-имтгульсного воздействия при их затвер,цевании//Сталь. 1997.J84.-0.14-21.

3.Смирнов А.Н. Технология пульоационной обработки жидкой фазы слитков// Металлург. 1997. ЯЗ. - С.2.2-24.

4.См1рнов О.М. Характер розподзлу неметалзчних вкраплень у злив-ках п!сля пульсаидйжп обробки П1Д час твердения// Металознавство та обробка метал!в. 1996. J&4. - С.24-27.

5.Смирнов А.Н. Низкочастотная виброобработка для повышения эксплуатационного ресурса изложниц// Металлург. 1997. JM. - С.38-39.

6.Смирнов А.Н. Оптимизация режимов низкочастотной виброобработки литых корпусных деталей ответственного назначения/./Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб.научн.тр.- Донецк: ДонГТУ, 1997. Внп.4 - С.I43-148.

7.Смирнов А.H. Развитие прогрессивных технологий повышения качества машиностроительных заготовок с применением низкочастотной виброб-работки/ Сб. тр. междунар. научно-техн. конф. "Прогрессивные технологии, машиностроения и современность. - Донецк: 1997. - С.221-222.

8.Пилюшенко В.Л., Смирнов А.Н. и Носов Е.Г. Улучшение качества кузнечных слитков путем управления процессами макроликвации // Сталь. 1995. № 3. - С.18-22.

9.Влияние пульсационного перемешивания жидкой фазы слитков на состав, количество и распределение неметаллических включений/ В.Л.Пилю-шенко, А. Н. Смирнов, Т.В. Чернобаева, С. В.Пильгук//Сталь Л994. JÉ3. -С. 31 -36.

10.Исследование особенностей затвердевания слитка при пульсационном перемешивании жидкой фазы/ В.Л.Пилюшенко, А.Н.Смирнов, С.В.Пильгук, И.А.Орлов //Процессы .питья. 1994. №2. - С.20-27.

11.Влияние низкочастотной обработки на формирование и качество слитков/ В.Л.Пилюшенко, А.Н.Смирнов, Ю.В.Петтик, Р.П.Олекса // Сталь. 1992. № 8. - С.17-22.

12.Nedel;Jkovic L., Plljushenlco V., Smirnov A. Effect, oî Pulsating Stirring of Liquid Gore on Solidification of Large Steel Ingots// Iroranaklng and Steelmaklng (London, UK). 1990. V.17. N 6. - P.415-423.

13.Особенности влияния пульсационного перемешивания на природу и характер распределения неметаллических включений в кузнечном слитке/ А.Н.Смирнов, Т.В.Чернобаева, С.в.Пильгук, Ж.Штрбачки// Изв. вузов. Черная металлургия. Т992. J® 6. - С.52-55.

14.Исследование процесса пульсационной обработки многоприбыльных отливок/ А.Н.Смирнов, С.В.Пильгук, А.Л.Редько, Т.В.Чернобаева, Орлов И.А. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1993. J4 2. - С.50-53.

15. Методика оценки загрязненности литой стали неметаллическими включениями с помощью стереологической реконструкции логнормального распределения/ Л.Неделькович, А.Н.Смирнов,' В.Л.Пилюпгенко, М.Джурдже-вич, Т.В.Чернобаева //Заводская лаборатория. 1993. Jé 7. - С.56-60.

16. Виброобработка стальных отливок деталей торцовых уплотнений в процессе их затвердевания/ А.Н.Смирнов, Ю.В.Петтик, Л.С.Мирзоян, К.П. Полихронов// Химическое и нефтяное машиностроение.1992. Да 9.-C.3T-32.

17. Пшшшенко В.Л., Смирнов А.Н., Пильгук C.B. Использование методов внешних воздействий для предотвращения дефектов макроструктуры в слитках и непрерывнолитых заготовках// Черная металлургия. Бюл. ин-та "Черметинформация". 1992. Вып. 5. - С.3-15.

18.Пути повышения качества крупных отливок/А.Н.Смирнов, С.В.Пильгук, Н.А.Максимов, Ю.В.Костенко//Литейное производство. 1992. А 2.-С.8-9.

19.Качество кузнечных слитков из низколегированной стали, подверг-

нутых пульсационной обработке при затвердевании/ А.Н.Смирнов, Ю.Б. Бычков, Т.В.Чернобаева, С.В.Пильгук // Металловедение и термическая обработка металлов. 1991. Я 7. - 0.21-22.

20.Смирнов А.Н., Ю.В.ГГеттик, Т.В.Чернобаева. 0 влиянии низкочастотной виброобработки при затвердевании на качество отливок из серого чугуна// Изв. вузов.Черная металлургия. 1991. J6 10. - С.77-80.

21.Повышение стойкости изложниц путем их виброобработки при изготовлении / В.Л.Пилюшенко, А.Н.Смирнов, Ю.Б.Бычков, Ю.В.Петтик, В.З. Болотинский // Сталь. 19ЭТ. J4 5. - С.24-27.

22.Управление процессом формирования слитков путем пульсационного воздействия/ В.Л.Пштошенко, А.Н.Смирнов, Л.Неделькович, Н.В.Борзых, С.В.Пильгук // Сталь. 1991. йй. - С.27-29.

23.-Улучшение условий питания отливок методом пульсации металла в прибыли/ А.Н.Смирнов, А.С.Плахотный, В.А.Литвинов, Пильгук C.B.// Литейное производство. 1989. № 9. - С.6-7.

24.Особенности формирования слитка в условиях перемешивания пульсирующей струей/А.Н.Смирнов, С.В.Пильгук, А.А.Троянский, А.Л.Редько, А.С.Плахотный // Изв.вузов. Черная металлургия. 1989. Я 6. - С.16-20.

25.Эффективность пульсационного перемешивания металлургических расплавов при внепечной обработке / С.П.Ефименко, В.Л.Пилюшенко, А.Н. Смирнов, Редько А.Л.//Изв.АН СССР. Металлы. 1987. J6 6. - С.3-8.

26.0cena utlcaja vlbraclonog dejstva па îormlranje ocllivaka u pro-crsu njlhovog otvrdnjavanja / S.Matljasevic, A.Smirnov, V.Zubov, Yu.Petik // Ливарс.тво (Белград, СФРЮ). 1989. JtS-4. - С.3-7.

27.A.с. Ж2906Т J СССР, МКИ B22D 7/12. Способ получения крупных слитков/ В.И.Мачикин, А.Н.Смирнов, В.Л.Пилтаенко, Камалов В.В., Груш-ко Ю.А. (СССР).-JK3830148/22-02; Заявл.25.12.84. Не публиковалось.

28.А.с. Ж468652 (СССР), МКИ B22D 27/08. Способ получения слитков/ А.Н.Смирнов, Ю.В.Петтик, Т.В.Чернобаева, С.В.Пильгук (CCCF) .-• №4241829/31-02; Заявл.11.05.87; Опубл.30.03.89, Бкш. Ж2. - 3 с.

29.А.с. Ж509176 (СССР), МКИ B22D 27/08. Способ получения слитков/ А.Н.Смирнов, А.С.Плахотный, С.В.Пильгук, А.А.Троянский, Ю.В.Костенко, А.Л.Редько, Н.В.Борзых, Н.П.Золотенков (СССР).—№4342136/31—02; За-явл.14.12.87; Опубл.28.09.89, Бюл. Ж35. - 4 с.

30.А.с. Ж514472 (СССР), МКИ В22П 27/08. Устройство для пульсационной обработки металла в прибылях/ А.Н.Смирнов, А.С.Плахотный, Ю.В. Костенко, С.В.Пильгук, А.А.Троянский, В.А.Литвинов, М.Й.Парамонов (СССР).-.№4271947/31-02; 3аявл.30.06.87; Опубл.15.10.89, Бюл.38.-5 с.

ЗТ.А.с. Ж574350 (СССР), МКИ B22I) 7/00. Способ получения отливок./ А.Н.Смирнов, Ю.В.Петтик, В.Л.Пилюшенко, В.П.Следнев, Ю.Б.Бычков,

Б.П.Крикунов, В.З.Болотинский, Т.В.Чернобаева, А.В.Ильин, А.В.Нехлюдов (СССР).-№4405871/31-02;Заявл. 08.04.88;Опубл.30.06.90, Бюл.24.-3 0.

32.А,с. №1662754 (СССР), МКИ B22D 27/08. Способ пулъсационной обработки многоприбыльных отливок/ А.Н.Смирнов, С.В.Пильгук, A.C. Пла-хотный, Литвинов В.А., Редько А.Л., Н.В.Савченко, Максимов H.A. (СССР)- №4674377/02; Заявл.21.01.89; Опубл.15.07.91, Бюл. №26.- 4 с.

33.А.с. №1664457 (СССР), МКИ B22D 27/08. Устройство для вибрационной обработки расплавленного металла/ А.Н.Смирнов, Ю.В.Петтик, В.Г. Ахмедов, А.Я.Ага-заде, Ю.С.Сафаров, Л.С.Мирзоян (СССР). -№4726375/02; Заявл. ЗГ.07.89; Опубл.23.07.91, Бюл.№27. - 3 с.

В публикациях, которые выполнены в соавторстве, диссертанту принадлежит следующее:

-теоретическая постановка и новое решение задач математического и физического моделирования процессов пульсационного и вибрационного воздействия на жидкую ванну [1,10,12,14,20,24,25,261;

-анализ и научная интерпретации результатов исследований влияния пульсационного и вибрационного воздействия на процессы затвердевания слитков и отливок[1,8,10,П,16,17,18,19,21];

-разработка конструктивного оформления лабораторных стендов, промышленных установок и методик исследований, обеспечивающих изучение процессов перемешивания жидкости и характера затвердевания модельных сплавов и металла для условий пульсационного и вибрационного воздействий Г12,Т8,22,24,25];

-теоретическое оформление и практическая реализация принципиально новых технологий пульсационной обработки крупных слитков и отливок в промышленных условиях (8,12,18,23];

-теоретическое и практическое обоснование принципов выбора оптимальных режимов вибровоздействия в зависимости от видов подавляемых дефектов в слитках и отливках [8,11,16,20,21,26];

-разработка основных положений новой статистической методики количественной оценки распределения неметаллических включений и интерпретация научных результатов, полученных на ее основе [9,13,15,19];

-теоретическое и экспериментальное обоснование оптимальных режимов пульсационной обработки и формы вынуждающего импульса [27,293;

-теоретическое и экспериментальное обоснование рациональных режимов согласованных колебаний в многоприбыльных отливках и разработка конструктивного оформления пульсационной установки [30,32];

-обоснование рациональных диапазонов амплитудно-частотных параметров, направления и места приложения вибрации для различных технологических схем производства слитков и отливок [28,31,33].

Смгрнов О.М. Розвиток теорП та технолог!» п!двищення якост1 метану пульсяц1йною } вт '.рдцтйчои д'ями.-Рукотго.

Диоертяцтя на здобуття няутсового ступеня доктора техн!чних наук за спец1альн1ст» 05Л«.02 - металурп'я чорних метал!в.--Донець-кий державний техн!чний ун!верситет, Донецьк, 1997.

В робот! викладено наукове обгрунтування та розвиток теоретичных основ ттроцес!в тверд!ння зливк!в та виливок при накладенн! пульсац!й~ но! та в!брац!йноТ д1й, що полягають у розкритт! основних яакономхр-ностей руху поток1в розплаву в ход! дН та механ!зм!в, як! с-упровод-жують утворення ! р!ст частинок твердо! фази у р!дк!й ванн! переохо-лодженого розплаву, а також у встановленн! к!льк!сних залежностей 1 розробц! математичних моделей ттроцесЛв коливань 1 зм1.шування р!дини. Дисертац!я мостить науково обгрунтован! рекомендац!!, як! дозволяють визначати няпрямки п1двищення ефективност! технолог1й виробництва зливк!в та виливок I оц1нювати паряметри нових технолог!чних процес.!в на стадт! проектувачня. Ооновн! результаты прац! знайали промислове втфовадження при розробц! нових технологЗй та обладнання при пульса-ц!йн1й та в!брац!йн1й обрС)бц! промиолових зливкав та виливок з пол!п-шеними техн1ко-економ1чними характеристиками.

К.нючовз слова: зливок, виливка, гтульсяц!йна та в1бряц:1йна д! Т, тьердзння, лгкваидя, с.трум!нъ, кав1тац!я.

Смирнов А.Н. Развитие теории и технологий повышения качества металла пульсяционшм и вибрационным воздействиями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных металлов.- Донецкий государственный технический университет, Донецк, 1997.

В работе дано научное обоснование и развитие теоретических основ процессов затвердевания слитков и отливок при наложении пульеационно-го и вибрационного воздействия, заключающееся в раскрытии основных закономерностей движения штоков расплава в ходе воздействия и механизмов, сопровождающих, образование и. рост частиц твердой фазы в жидкой ванне переохлажденного расплава, я также в установлении количественных зависимостей и разработке математических моделей процессов колебаний и перемешивания жидкости. Диссертация содержит научно обоснованные рекомендации, позволяющие определять пути повышения эффективности технологий производства слитков и отливок и оценивать параметры новнх технологических процессов на стада проектирования. Основные результаты работы нашли .промышленное внедрение при разработке новых.

технологий и оборудования для пульсационной и вибрационной обработки промышленных слитков и отливок с. улучшенными технико-экономическими характеристиками.

Ключевые слова: слиток, отливка, пульсационное и вибрационное воздействие, затвердевание, ликвация, струя, кавитация.

Smlmov-A.N. Development of theory ami technologies for increse quality of metall by pulsation and vibration forces.- Manu script.

Thesis for a doctor's degree by the speciality 05.16.02 - metallurgy of ferrous metalIs Donetsk National Technical University, Donetsk, 1997.

The work contains a scientific generalization and development, of foundations solidification theory during pulsation and vibration forces. There was disclose main legalities for melt flow motion during forces and mechanisms which are accompanies formation and growth processes of solid particles In the bath liquid undercooked melt, determination of quantity equations and elaboration mathematical simulations for oscillations and mixing liquid processes. The work contains scientlficly grounded recommendations which are permit to determine means for increase effectivety technologies of manufacture, ingots and castings and to estimate conditions of new technology processes on the project stage. Principal results of the work have found an industrial utility In the elaboration of new technologies and equipments for pulsation and vibration treatment industrial ingots and castings with enhanced technical and economic charac terls tlea.

Key words: Ingot, casting, pulsation and vibration forces, solidification, segregation, jet, cavitation.