Теплофізичні процеси утворення кулястого графіту при модифікуванні чавуну магнієм - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукПроте, механізм утворення кулястого графіту досі є суперечливим і дискусійним, оскільки жодна з існуючих гіпотез не може пояснити: відсутність кулястого графіту при модифікуванні чавуну в автоклаві з тиском більше за 6·105 Па; демодифікування при підвищеній кількості магнію; демодифікування при тривалому витримуванні розплаву в ковші; збільшення діаметра кулястих включення при тривалій кристалізації виливка; збільшення швидкості ультразвукових коливань у розплаві після модифікування магнієм тощо. Обсяг виробництва прокатних валків на ВАТ «Дніпропетровський завод прокатних валків» і «Лутугинський державний науково-виробничий комбінат» складає ~ 21 тис. т на рік і продовжує збільшуватися у звязку із зростанням виробництва прокату в країні, відновленням експортних можливостей цих підприємств. Мета роботи полягала у розробленні теплофізичної моделі формування кулястого графіту при модифікуванні чавуну магнієм, встановленні причини виникнення і рекомендацій методів зниження браку по «чорних плямах» у виливках з високоміцного чавуну. Для досягнення мети в роботі були поставлені наступні завдання: · розробити модель процесу утворення і зростання кулястого графіту при модифікуванні чавуну магнієм; Теоретична частина базується на теплофізичних розрахунках процесу теплообміну між магнієм, як модифікатором, і чавуном, утворення і зростання кулястого графіту з урахуванням зміни обєму, тиску і температури, а також на виведених розрахункових формулах для визначення основних параметрів процесу формування зародків кулястого графіту.Однак, жодна з них не може пояснити відсутність кулястого графіту: при підвищеному у декілька разів вмісті магнію; після тривалого витримування між моментом модифікування і заливанням ливарної форми, а також зменшення щільності рідкого чавуну після модифікування магнієм; причини відсутності кулястого графіту при модифікуванні чавуну, що має підвищену температуру. Під час переходу магнію в пароподібний стан (1103 0С) частина великих бульбашок магнію зєднуючись з сіркою і киснем, швидко спливає уверх, здійснюючи одночасно дегазацію металу. При дослідженні чавунних зразків, залитих у мідний кокіль діаметром 35 і товщиною 6 мм до і після модифікування магнієм на ВАТ «Дніпропетровський завод прокатних валків», були встановлені пори кулястої форми розміром від 3 до 5 мкм (рис. QMG? = QMG1 QMG2 QMG3 QMG4 , (1) де QMG1 - теплота, що поглинається краплею магнію з чавуну при її нагріванні від 20 0С до температури початку плавлення (649 0С); QMG2 - теплота плавлення магнію; QMG3 - теплота, що необхідна для перегрівання рідкої краплі магнію до температури кипіння; QMG4 - теплота кипіння магнію. Після підстановки в розрахункові формули відомих значень, встановлено, що товщина затверділого шару чавуну складає ~0,2 радіуса пароподібного магнію, або ~0,34 радіуса початкової краплі магнію.У дисертації виконано теоретичне узагальнення і запропоновано нове рішення науково-технічної задачі з виявлення особливостей утворення кулястого графіту при модифікуванні чавуну магнієм та розподілу неметалевих включень MGS в прокатних валках з високоміцного чавуну. Відмітною особливістю даної моделі є використання теплофізичних процесів нагрівання, розплавлення і переходу магнію в пароподібний стан, а при охолоджуванні виливка враховується зміна тиску в чавуно-магнієвому комплексі і перехід магнію з пари в рідину з виділенням теплоти фазового переходу. Маса затверділого шару чавуну в ~14 разів більша за масу введеного в розплав магнію, а його товщина складає ~0,2 радіусу пароподібного включення магнію. Встановлено, що в процесі твердіння виливка відбувається зменшення тиску в розплаві навколо чавуно-магнієвого комплексу і це є причиною порушення його розмірів. З позиції розробленої теплофізичної моделі утворення кулястого графіту пояснено: збільшення швидкості ультразвукових коливань після модифікування магнієм, демодифікування при тривалій витримці розплаву в ковші і підвищеній кількості магнію, причини впливу хімічних елементів-демодифікаторів на утворення кулястого графіту, відсутність кулястого графіту при обробці рідкого чавуну магнієм в автоклаві в разі підвищення тиску більше 6·105 Па (6 атм).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ