LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості сталевих виливків шляхом удосконалення тепло-газового режиму лиття у сиру форму

вступу, п'яти розділів, загальних висновків, викладена на 202 сторінках, містить 115 сторінок машинописного тексту, 42 рисунка, 3 таблиці, 8 додатків і список літератури з 146 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, викладені наукова новизна та вірогідність отриманих результатів, їх практичне значення.

Перший розділ – оглядовий. У ньому розглядаються сучасні погляди на формування тих параметрів якості виливків, що пов'язані з тепло- і масообмінними процесами при виробництві литва. Розкриваються основні уявлення про причини утворення дефектів газового походження при виробництві сталевих виливків з причини форми і металу. Приводиться аналіз процесів формування температурного поля форми і стержня, процесів газоутворення і фільтрації газу в ливарній формі. Розглядаються питання про механізм утворення газових раковин і ситоподібної пористості в результаті виділення газів у самостійну фазу через зниження їхньої розчинності при зниженні температури рідкого металу.

Через велику кількість різнорідних чинників, що визначають ТГР ливарної форми, зроблено висновок про необхідність використання системного підходу для подальших досліджень у напрямку удосконалення технологічного процесу лиття, підвищення якості та зниження браку сталевих виливків, що виготовляються в сирих піщаних формах, стосовно конвеєрного й автоматизованого виробництва.

Внаслідок того, що процеси, які протікають у сирих піщаних формах при виробництві сталевих виливків, вивчені недостатньо й у зв'язку з великою кількістю змінних різних чинників, що впливають на утворення газових дефектів у виливках, виникла необхідність визначення основних параметрів технологічного процесу лиття, виділення з них головних та розробки на цій основі математичної моделі.

На основі проведеного аналізу визначені мета і задачі дослідження.

Другий розділ присвячений розробці комплексного підходу і методик для експериментального і теоретичного вивчення параметрів і процесів, що формують ТГР сирої піщаної форми. Схема взаємодії процесів ливарної технології, в наслідок якої формуються дефекти газового походження, наведена на рис. 1.

Ефективне керування поданим комплексом процесів можливе тільки на основі використання інструментальних засобів системного підходу.

У межах цього підходу розв'язані наступні задачі: як основний об'єкт дослідження вибрали систему "стержень – метал – сира піщана форма"; розробили і реалізували методики вимірювання температурних полів і газового тиску в ливарній формі, а також газонасиченості рідкої сталі; розробили та впровадили методику проведення промислових експериментів і стабілізації властивостей формувальної суміші для вивчення процесів утворення газових дефектів у виливках; розробили математичні моделі формування полів температури і газового тиску в досліджуваній системі: "стержень – метал – сира піщана форма".

Розроблено оригінальну методику вимірювання температурних полів і газового тиску в дослідній ливарній формі, що дозволяє встановити залежність впливу вологості суміші, твердості поверхневого шару форми, товщини стінки виливка і температури сталі, що заливається, на зміну газового тиску на межі розділу "метал-форма".

Газонасиченість металу визначали на пробах, відібраних від дослідних і серійних плавок високомарганцевистої сталі після розплавлення шихти, розкислення та з роздавального ковша. Масову частку кисню, азоту і водню визначали методом вакуум-плавлення на ексхолографах ЕАО-202, EAN-202 фірми "Бальцерс".

Встановлення залежності якості та рівня браку сталевих виливків, у тому числі виробів "ланка гусениці" відповідального призначення, робили в СЛЦ за методикою паспортизації всіх ливарних форм, що дозволяє одержати максимально достовірну виробничу інформацію.

При дослідженні системи "стержень – метал – сира піщана форма" (рис. 2) враховували наявність трьох зон при твердінні металу виливка – рідкої, двофазної і затверділої, а також залежність властивостей елементів розглянутої системи від температури.

Рис. 2. Схема розв'язуваної задачі:

, – температура ліквідусу і солідусу в металі виливка,

– температура відливання,

– температура поверхні контакту" метал-стержень" і "метал-форма"

Математична модель зміни температурного стану досліджуваної системи розроблена на основі концепції теорії теплопровідності та результатів вивчення кінетики формування температурних полів сирої піщаної форми. Вона являє собою наступну систему рівнянь:

, (1)

, (2)

, (3)

де , , , , , – відповідно теплоємності, щільності та теплопровідності стержня і металу; , , – температурні поля стержня, металу і ливарної форми в залежності від просторової координати х і часу ;

, – початкова температура форми і температура поверхні контакту "метал-форма"; – початкова вологість суміші; , , – температура випаровування, питома теплоємність і теплота випаровування води; – температуропроводність матеріалу форми і показник параболи.

Рівняння (1), (2) і (3) описують, відповідно, температурні поля стержня, металу виливка і піщаної форми. Вони розв'язувались при крайових умовах III і IV роду, що описують, відповідно, умови на межі з навколишнім середовищем і сполучення температурних полів на межах фаз. Оскільки розглянутий період зіткнення рідкого металу з піщаною формою (стержнем), небезпечний з погляду проникнення в метал газу, що утвориться, триває (залежно від температури металу, його гідростатичного тиску і товщини стінки виливка) від часток секунд до десятка секунд, вважаємо, що взаємодіючі тіла знаходяться в тісному контакті і є напівобмеженими в тепловому відношенні.

Математична модель процесу формування газового тиску виведена на основі матеріального балансу в узагальненому елементарному обсязі ливарної форми, у тому числі з використанням рівняння фільтрації Дарсі, рівняння нерозривності фільтраційного потоку, а також з урахуванням характеристичного рівняння стану газу, має такий вигляд:

, (4)

, (5)

де – пористість; – коефіцієнт проникності, що є функцією вологості формувальної суміші; P – значення газового тиску; – питома потужність джерела газу, як функція координати х і часу ; – густина газу, визначена за характеристичним рівнянням; – прискорення вільного падіння; – температура газу в розглянутій точці форми.

Таким чином, рівняння (4) – (5) є основними при моделюванні ТГР ливарної форми і враховують значення густини газу в мінливому полі температур і газового тиску.

Для підвищення точності розв'язання поставленої задачі в лабораторних умовах проведені вимірювання значень температурних полів, газового тиску і відповідних початкових та крайових умов залежно від основних технологічних параметрів досліджуваної системи.

Третій розділ