LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості литого металу методом електрогідроімпульсної обробки розплаву

навантаження, та аналізу їх впливу на твердий метал вдосконалити функціональні можливості методу ЕГІО щодо підвищення якості литого металу і визначити технологічні фактори, які забезпечують покращення оброблюваності ливарних сплавів.

Поставлено наступні задачі:

1. Проаналізувати можливості методів обробки рідких матеріалів, що засновані на використанні висококонцентрованих джерел енергії, щодо підвищення якості металопродукції. Систематизувати експериментальні і теоретичні результати з ЕГІО металевих розплавів.

2. Виконати теоретичний аналіз збурень, що утворюються в розплаві на розрядній стадії ЕГІО, встановити взаємозв'язок між параметрами обробки, характеристиками випроміненого в розплав акустичного сигналу і геометрією кавітаційної зони в розплаві, визначити найбільш ефективний для обробки розплаву режим розряду.

3. Експериментально дослідити фізичні процеси, що проходять в розплаві на розрядній та післярозрядній стадіях ЕГІО для різних режимів розряду, науково обґрунтувати оптимальні параметри електрогідроімпульсного навантаження розплавів і визначити фактори, що зумовлюють відмінності в технологічній оброблюваності ливарних сплавів.

4. Розширити наукові уявлення про механізми електрогідроімпульсного впливу на розплав, визначити вплив параметрів обробки на процеси зародкоутворення та кристалізації.

5. Описати взаємодію хвилеводу з високотемпературним розплавом, дослідити вплив геометричних параметрів хвилеводу і температурно-часових умов його експлуатації на стійкість до оплавлення.

6. Вивчити вплив режимів розряду і технологічних параметрів обробки на структурно-фазові перетворення і властивості ливарних сплавів. Виконати промислову апробацію результатів, показати ефективність їх використання для обробки промислових об'ємів розплаву та видати рекомендації щодо вдосконалення методу.

Об'єкт дослідження: фізичні і технологічні можливості електрогідроімпульсної обробки розплавів з підвищення якості ливарних сплавів.

Предмет дослідження: вплив технологічних факторів електрогідроімпульсної обробки на фізичні процеси в розплаві та показники якості литого металу.

Методи дослідження. В ході виконання роботи використана методика експрес-аналізу для оцінки ефективного тиску в імпульсі одиничного розряду. Проведено Фур'є-аналіз акустичних спектрів тиску одиничного розряду.Використано метод математичного моделювання хвильових процесів в розплаві та стійкості хвилеводу у високотемпературному розплаві. Застосована експериментальна методика термографування та експериментальна методика реєстрації кавітаційних збурень в модельних рідинах за допомогою тонких металевих фольг. Використана експериментальна методика виплавки і ЕГІО розплаву, методи реєстрації електричних характеристик розряду. Хімічний склад, структуру і властивості металу досліджено стандартними металознавчими методами.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному.

1. Запропоновано якісно новий підхід до вдосконалення функціональних можливостей ЕГІО розплаву щодо підвищення якості литого металу: вперше введено поняття електрогідроімпульсної оброблюваності розплаву і показано, що вона визначається акустичною жорсткістю та кластерною структурою металевої рідини як об'єкта обробки; визначено ключову роль у покращенні технологічної оброблюваності розплаву об'ємної питомої енергії, затраченої на обробку, яка є інтегральним показником силового імпульсного навантаження.

2. Розширено уявлення про фізичні процеси, що відбуваються в розплаві на розрядній стадії ЕГІО: вперше отримано експериментальні докази наявності кавітаційних явищ в оброблюваному розплаві, які забезпечують формування високих показників якості литого металу; експериментально визначено залежності, які пов'язують інтенсивність розвитку кавітації та розміри кавітаційної зони з технологічними параметрами ЕГІО, акустичною жорсткістю та об'ємною питомою енергією, затраченою на обробку; визначено термодинамічні характеристики обробленого металу, які в сукупності з експериментальними даними термографічного аналізу довели, що в основі механізму додаткового зародкоутворення при ЕГІО є cпричинена кавітаційними явищами зміна вільної енергії розплаву, яка приводить до його штучного переохолодження.

3. Запропоновано шляхи керування процесами обробки розплаву: отримані аналітичні залежності ефективного імпульсу тиску від режиму виділення енергії, як єдиної комбінації численних параметрів розрядного контуру, та від діаметра хвилеводу дозволяють керувати випроміненим на розрядній стадії акустичним спектром і характеристиками поля тиску в розплаві; отримана залежність геометричних параметрів хвилеводу від характеристик високотемпературного середовища дозволяє прогнозувати зміну параметрів акустичного сигналу з плином часу.

4. Доведено, що коливальний режим розряду забезпечує найбільшу стабільність силового впливу на розплав, скорочення часу ЕГІО, розвиток у розплаві потужної кавітації, високі показники якості литого металу і ефективну обробку великих об'ємів розплаву.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що їх можна рекомендувати для модернізації технологічного вузла обладнання, направленої на реалізацію під час ЕГІО стабільного коливального режиму розряду (вільне регулювання міжелектродного проміжку, вдосконалення системи прокачування розрядної камери), та конструкторських розробок хвилеводно-випромінювальної системи. Коливальний режим розряду і оптимальні технологічні параметри були випробувані під час ЕГІО розплаву сірого чавуну в барабанному ковші місткістю 2,5рт на ОАО "Центроліт" (м. Суми). Всього оброблено 50 т чавуну, з якого отримано 177 виливків загальномашинобудівного призначення. В литому металі отримано зниження вмісту ливарних дефектів в 1,4 рази, збільшення межі міцності в 1,5 рази. В умовах ливарного цеху ОАО МК "Азовсталь" випробувана технологічна схема ЕГІО розплаву доменного переробного чавуну, яка передбачає обробку рідкого металу в 15-тонних розливних ковшах і коливальний режим розряду та забезпечує підвищення експлуатаційної стійкості виливниць в 2,2 рази.

Результати дисертаційної роботи використовують у навчальному процесі підготовки бакалаврів, магістрів і спеціалістів за фахом "Техніка та електрофізика високих напруг" кафедри "Імпульсні процеси і технології" Інституту автоматики та електротехніки НУК ім. адм. Макарова (м. Миколаїв).


Особистий внесок здобувача. Автором самостійно:

а) отримано аналітичні залежності ефективного тиску від параметрів розрядного контуру, виконано Фур'є-аналіз акустичних спектрів, проведено аналіз впливу режиму розряду на поле тиску в розплаві; теоретично обгрунтовано і на різних ливарних сплавах експериментально підтверджено переваги коливального режиму розряду;

б) поставлено і проведено експериментальні дослідження на модельних середовищах, отримано експериментальні докази наявності кавітації в розплаві, отримано емпіричні залежності тривалості обробки для різних режимів