Графітизуюче модифікування чавунних прокатних валків у ливарній формі - Автореферат

Вальцеливарне виробництво має значні досягнення з удосконалення технології литва і поліпшення якості прокатних валків. Необхідність підвищення міцності осьової зони валка при задовільній якості його робочого шару обумовлює необхідність проведення робіт, спрямованих на підвищення механічних та експлуатаційних властивостей чавунних прокатних валків, зокрема, шляхом диференційованого внутрішньоформеного модифікування розплавів. Аналіз літературних даних довів недостатню вивченість впливу алюмінію як модифікатора для внутрішньоформеного диференційованого модифікування чавунних розплавів, при відомому впливі його на властивості чавунних розплавів як легуючого елементу. Відсутність таких даних та науково обґрунтованої технології диференційованого внутрішньоформеного модифікування, розробленої на основі моделювання теплових процесів плавлення модифікатора і твердіння виливка, призводить до нестабільного ефекту графітизуючого модифікування осьової зони валка та неможливості отримання якісного робочого шару необхідної товщини. Оптимізувати хімічний склад сумішного графітизуючого модифікатора, що ефективно впливатиме на процес формування структурних складових матеріалу серцевини прокатних валків, розробити технологію введення цього модифікатора в розплав і провести випробування її в лабораторних умовах на матеріалах, що використовуються для лиття прокатних валків.Модифікуванню в більшості випадків піддають метал всього виливка - робочого шару і осьової зони, що призводить до перевитрати модифікаторів і вимагає при виборі останніх дотримання балансу впливу, як на осьову зону так і на робочий шар. Мікроструктура, механічні властивості і термостійкість матеріалу робочого шару валків були типовими для валкових чавунів, що кристалізуються при підвищеній швидкості. Причинами передчасного виходу валків із експлуатації по тріщинах, поламках бочок і шийок була наявність цементиту в матеріалі серцевини бочок і шийках, транскристалічність макроструктури бочок валків і відповідно низькі міцнісні властивості матеріалу серцевини прокатних валків. Для реалізації задачі побудови математичної моделі, що повязує дослідні показники (відбіл на валковій пробі та середній показник твердості чавуну) з вмістом обраних компонентів у модифікаторі, використовували комбінаторний план планування експерименту за типом 4 х 4 латинського квадрату, досліди у комірках котрого ставили у випадковому порядку. У звязку з тим, що алюміній, який входить до складу сумішного модифікатора, вважається десфероідизатором кулястого графіту, була проведена серія лабораторних експериментів для оцінки впливу сумішного модифікатора розробленого складу на структуру і властивості валкового чавуну такого складу, мас.%: вуглець 3,5; кремній 0,88; марганець 0,6; фосфор 0,20; сірка 0,02; хром 0,6; нікель 1,0; магній 0,05; залізо - решта.У дисертації наведені теоретичні узагальнення і нові рішення науково-технічної задачі, яка полягає у розробці наукових основ по визначенню параметрів технологічного процесу внутрішньоформеного модифікування, що забезпечує суттєвий вплив на осьову зону литої заготовки валка для поліпшення структури і підвищення міцнісних та експлуатаційних властивостей матеріалу цієї зони. Аналіз сучасного стану вальцеливарного виробництва та експлуатаційної стійкості валків показав, що основною причиною передчасного виходу валків з ладу є поламки шийок та бочок, що повязано з транскристалічністю в структурі бочок і низькими показниками міцності осьової зони валків. Дослідження експлуатаційної стійкості, структури і властивостей матеріалу листо-і сортопрокатних валків серійного виробництва показали, що технологія їх виробництва потребує корегування для усунення транскристалічності в структурі бочок і підвищення міцності осьової зони валків. Отримані залежності відбілу для сірого чавуну з пластинчастою формою графіту від кількості введених легкоплавких графітизуючих модифікаторів трьох типів - алюмінію і комплексів хімічних елементів Al Si, Al SIO2, згідно яких використання модифікатора Al SIO2 має найкращу графітизуючу здібність. За середнім показником підвищення твердості чавунів дослідні модифікатори можна розмістити у такий зростаючий ряд: алюміній, комплекс хімічних елементів Al Si та модифікатор Al SIO2.Методы внутриформенного модифицирования чугуна прилитье прокатных валков / О.В. Хитько // Металлургическая и горнорудная промышленность. Хрычиков, Хитько А.Ю. Моделирование тепловых процессов нагрева и плавления модификатора в осевой зоне чугунного прокатного валка / В.Е. Спосіб виготовлення виливків для одержання двошарових листопрокатних валків, ливарна форма i модифікатор для здійснення способу / Хричиков В.Э., Хитько О.Ю., Кліменко Ф.К., Бойко Л.Г.; заявник та патентоотримувач Національна металургійна академія України/ - № 20040604860; заявл.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ

У дисертації наведені теоретичні узагальнення і нові рішення науково-технічної задачі, яка полягає у розробці наукових основ по визначенню параметрів технологічного процесу внутрішньоформеного модифікування, що забезпечує суттєвий вплив на осьову зону литої заготовки валка для поліпшення структури і підвищення міцнісних та експлуатаційних властивостей матеріалу цієї зони. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень отримані наступні наукові і практичні результати.

1. Аналіз сучасного стану вальцеливарного виробництва та експлуатаційної стійкості валків показав, що основною причиною передчасного виходу валків з ладу є поламки шийок та бочок, що повязано з транскристалічністю в структурі бочок і низькими показниками міцності осьової зони валків. Отож, робота, яка спрямована на дослідження впливу внутрішньоформеного графітизуючого модифікування чавунних прокатних валків на їх структуроутворення та механічні властивості, є актуальною.

2. Дослідження експлуатаційної стійкості, структури і властивостей матеріалу листо- і сортопрокатних валків серійного виробництва показали, що технологія їх виробництва потребує корегування для усунення транскристалічності в структурі бочок і підвищення міцності осьової зони валків.

3. Отримані залежності відбілу для сірого чавуну з пластинчастою формою графіту від кількості введених легкоплавких графітизуючих модифікаторів трьох типів - алюмінію і комплексів хімічних елементів Al Si, Al SIO2, згідно яких використання модифікатора Al SIO2 має найкращу графітизуючу здібність. За середнім показником підвищення твердості чавунів дослідні модифікатори можна розмістити у такий зростаючий ряд: алюміній, комплекс хімічних елементів Al Si та модифікатор Al SIO2.

4. Використання модифікатора Al SIO2 при модифікуванні чавуну з кулястою формою графіту сприяло збільшенню графітної складової у структурі та не виявило демодифікуючої дії на фактор форми графіту.

5. Оптимізовано склад графітизуючого сумішного модифікатора, що містить комплекс «алюміній кремній» у кількості 30…45% та УДП діоксиду кремнію - 55…70%. Склад розробленого модифікатора був запатентований.

6. Обробка модифікатором оптимізованого складу, як для чавуну з пластинчастим, так і кулястим графітом, сприяє усуненню відбілу та підвищенню міцнісних властивостей чавунів на 3…18%.

7. Розроблена математична модель технологічного процесу внутрішньоформеного графітизуючого модифікування розплаву легкоплавким модифікатором і твердіння литого валка у комбінованій ливарній формі та складений алгоритм розрахунку процесу його твердіння.

За допомогою розробленої математичної моделі визначені температурні параметри роботи легкоплавкого модифікатора при внутрішньоформеному модифікуванні осьової зони прокатних валків.

8. Розроблена нова конструкція пристрою для внутрішньоформеного графітизуючого модифікування легкоплавким модифікатором, який забезпечує необхідну точність початку процесу і стабільність ефекту модифікування. Розроблений пристрій відрізняється простотою і надійністю, а також можливістю багаторазового використання.

9. Визначені термочасові параметри процесу кристалізації валків, які відлиті із застосуванням внутрішньоформеного графітизуючого модифікування легкоплавким модифікатором, та розроблено методи реалізації цього технологічного процесу. Промислові випробування показали надійність примусового модифікування. Модифікування валкових розплавів дозволило одержати робочий шар гарантованої товщини, а структуру осьової зони практично без цементитної складової. Застосування внутрішньоформеного модифікування осьової зони бочки валка дозволило усунути транскристалічність структури.

10. Механічні властивості (?ввиг, ?вр) матеріалу бочок валків, що були промодифіковані за новою технологією, на 3…18, а верхніх та нижніх шийок - на 10…30% вищі у порівнянні з валками серійного виробництва.

11. Результати роботи пройшли випробовування у промислових умовах на ВАТ «Дніпропетровський завод прокатних валків» (акт від 17.10.07р.). Крім того, розроблені теоретичні положення використовуються в навчальному процесі в розділах лекційних курсів з дисциплін «Теоретичні основи ливарного виробництва» і «Виробництво виливків із спеціальних легованих та модифікованих чавунів і сталей» при підготовці бакалаврів та магістрів на кафедрі ливарного виробництва НМЕТАУ (акт від 15.01.09 р.).