LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

електрогідроімпульсна обробка, якість литого металу, режими розряду, розплав, хвилевід, енергетичне навантаження, кавітаційні збурення, технологічна оброблюваність, структура і властивості металу.


АННОТАЦИЯ


Синчук А.В. Повышение качества литого металла методом электрогидроимпульсной обработки расплава. – Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.07 –процессы физико-технической обработки. – Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", г. Киев, 2007.

Диссертация посвящена изучению процессов, протекающих в расплаве в условиях импульсного силового нагружения, определению технологических факторов, обеспечивающих улучшение обрабатываемости литейных сплавов, и совершенствованию на этой основе функциональных возможностей метода электрогидроимпульсной обработки (ЭГИО) расплава по повышению качества литого металла.

В диссертационной работе дан обзор существующих методов обработки жидких металлических расплавов, основанных на использовании высококонцентрированных источников энергии, показаны преимущества метода ЭГИО расплавов и предложены новые технические решения по его усовершенствованию.

Для различных режимов электрического разряда теоретически определено эффективное давление, оказываемое плазмой разрядного канала на торец волновода, и спектральные характеристики излученного акустического сигнала. Установлено, что наиболее предпочтительным для практического использования является колебательный режим разряда, который обеспечивает максимальные уровни давлений в расплаве и наиболее широкий поличастотный спектр давления. Описан процесс распространения волны давления в обрабатываемом расплаве и динамика пульсаций газовых включений на разрядной стадии ЭГИО. Показано, что с переходом от согласованного на колебательный разряд объем кавитационной зоны в расплаве увеличивается до 3 раз.

Экспериментально на модельных средах методом тонких металлических фольг доказано наличие кавитационных процессов в обрабатываемом расплаве. Установлено, что интенсивность развития кавитационных процессов в расплаве на разрядной стадии зависит от его акустической жесткости, энергии единичного импульса, количества введенных в расплав импульсов и величины объема расплава. Определены геометрические размеры кавитационной зоны в воде и в расплаве чугуна через геометрические параметры волновода. Установлено, что с переходом от согласованного на колебательный режим разряда приблизительно в 1,4 раза сокращается время, необходимое для удаления газов из расплава вынужденными гидродинамическими потоками, развивающимися на послеразрядной стадии ЭГИО.

Сформулированы представления о механизме воздействия ЭГИО на структуру ближнего порядка металлической жидкости. Теоретически и экспериментально показано, что после ЭГИО степень термодинамического равновесия расплава увеличивается, расплав становится более однородным, кристаллизуется при более высоких степенях переохлаждения, что является причиной изменения фазового состава и дисперсности литой структуры. Введено понятие электрогидроимпульсной технологической обрабатываемости расплава. Показано, что технологическая обрабатываемость расплава зависит от его акустических характеристик, которые определяют степень энергетических потерь при передаче разрядного импульса в расплав, и кластерной структуры, которая определяет степень термодинамического равновесия расплава. Установлен показатель объемной удельной энергии, затраченной на обработку, который оказывает определяющее влияние на обрабатываемость сплавов.

Путем математического моделирования описан процесс плавления стального волновода в высокотемпературном железоуглеродистом расплаве, что облегчает прогнозирование акустических параметров нагружения расплава. Получена регрессионная зависимость, связывающая стойкость волновода с его геометрическими параметрами и температурно-временными условиями погружения в расплав. Влияние конвекции и механического движения волновода на его стойкость при ЭГИО исследовано экспериментальным путем. Степень соответствия данных, полученных с помощью математической модели, реальным условиям погружения волновода в спокойный расплав составляет (96-97) %.

Экспериментально подтверждено, что качество металла существенно повышается при переходе от согласованного на колебательный режим разряда. Колебательный режим разряда характеризуется малыми энергетическими потерями, высокой стабильностью, позволяет более полно использовать для обработки накопленную электрическую энергию, обеспечивает дополнительное рафинирование расплава от нежелательных примесей, измельчение структуры, повышение плотности и механических свойств металла. С использованием колебательного режима разряда и оптимальных технологических параметров в промышленных условиях обработан серый чугун массой 2,5 т. Получено уменьшение количества литейных дефектов в 1,4 раза и увеличение предела прочности на разрыв в 1,5 раза. В промышленных условиях подвергнут ЭГИО доменный передельный чугун массой 15 т, из которого отлито 4 опытные изложницы. Достигнуто увеличение эксплуатационной стойкости изложниц в 2,2 раза.

Ключевые слова: электрогидроимпульсная обработка, качество литого металла, режимы разряда, расплав, волновод, энергетическое нагружение, кавитационные возмущения, структура и свойства металла.


SUMMARY


Sinchuk A.V. Improving cast metal quality by means the method of electrical hydro pulse treatment of melt. – Manuscript. The dissertation for the scientific degree of the candidate of technical sciences on speciality 05.03.07 – processes of physical technical treatment. – National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute", Kiev, 2007.

The dissertation is dedicated to studying the processes proceeding within the melt under pulse force loading, to determining the technological factors, which are provided improving workability of casting, and to expanding on this basis the functional potentialities of electrical hydro pulse treatment (EHPT) method for increasing cast metal quality.

Theoretical and experimental investigation of cavitation disturbing within the melt is fulfilled, influence of electrical discharge regimes and technological EHPT factors on quality of aluminum, lead and carbon iron alloys is studied, the mechanism of electrical hydro pulse influence on thermodynamic melt state is formulated.

The proposed technical decision enables to increase the treatment efficiency at the expense of using the vibratory discharge regime, optimal energetic parameters and geometrical guide parameters, decreasing time expenditures.

Key words: electrical hydro pulse treatment, cast metal quality, discharge regimes, melt, guide, energetic loading, cavitation disturbing, metal structure and properties.