WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

На основе проведенных исследований была разработана и внедрена методика проведения ультразвукового контроля коленчатых валов из высокопрочного чугуна, реализованная на ОАО «РУМО».

Пятая глава посвящена разработке и внедрению в производство новых технических решений, основанных на результатах исследований в предшествующих главах работы.

Здесь же дана информация о необходимых организационно-технических мероприятиях по освоению новой технологии и результаты исследований контрольных отливок, а также приведена экономическая оценка.

Для снижения количества неметаллических включений и, в частности, сульфидов, были внедрены следующие мероприятия: использование шихтовых материалов с низким содержанием серы, в частности, лома из высокопрочного чугуна; введение дополнительной операции – десульфурации магнийсодержащими материалами. Дополнительно для удаления неметаллических включений зеркало металла обрабатывали флюсом.

Для снижения спели, вызванной недорастворившимися включениями графита, применили карбонат кальция в виде мраморной крошки. Карбонат кальция вводился путем механического перемешивания с углеродсодержащими материалами в отношении 90% - науглероживатель, 10% - мраморная крошка. Порядок загрузки компонентов оставался неизменным, как в базовой технологии (табл. №2).

Анализ результатов плавок с применением карбонатов в составе шихтовых материалов с серийными плавками показал повышение перлитной составляющей в матрице чугуна с П70 до П85 (ГОСТ 3443-87) и, как следствие, увеличение предела прочности на 3%. Наиболее чувствительной к включениям углерода механической характеристикой оказалось относительное удлинение, которое увеличилось на 51% при общем снижении твердости на 17%.

Увеличение относительного удлинения связано с тем, что в структуре чугуна, обработанного карбонатами, меньше грубых включений графита. Снижение твердости обеспечивает возможность последующей механической обработки.

В процессе плавки отбирали образцы на химический анализ (табл. 2).

Таблица 2

Химический анализ проб, отобранных на различных стадиях плавки

№ п/п

Стадии плавки в период отбора проб

Науглероживатель

с карбонатом кальция

без карбоната

Собщ

Ссвяз

% Ссвяз от Собщ

Собщ

Ссвяз

% Ссвяз от Собщ

1

«Болото»

3,30

1,04

31,52

3,39

0,62

18,29

2

Сталь + науглероживатель

3,06

1,78

58,17

3,88

0,92

23,71

3

Передельный чугун

3,54

0,86

24,29

3,53

0,82

23,23

4

Чугунный лом

3,39

1,19

35,1

3,43

0,85

24,78

5

Доводка

3,41

1,53

44,87

3,3

1,70

51,52

6

Термовременная обработка

3,53

1,07

30,31

3,24

1,49

45,99

7

Модифицирование

3,29

2,83

86,02

3,1

1,13

36,45

Из таблицы видно, что ввод карбонатов резко увеличил количество связанного графита, особенно хорошо это видно после операции загрузки и проплавлении стальной составляющей с науглероживателем. Дальнейшее снижение растворимости углерода можно объяснить понижением температуры в тигле печи в связи с загрузкой передельных чугунов и возврата, а также вводом углерода в свободном состоянии с этими шихтовыми материалами.

Сравнения микроструктур образцов, отобранных по ходу базовых плавок, с образцами, отобранными от плавок по новой технологии (рис. 5), показали, что применение карбонатов в смеси с науглероживателем привело к резкому сокращению количества крупных недорастворившихся включений графита. В структурах образцов после обработки науглероживателем с СаСО3, присутствуют поля междендритного графита ПГр 9 до 60%, размеры графитовых включений ПГд 25-45-90. В то же время в структурах образцов промышленных плавок по базовой технологии размеры графитовых включений достигают ПГд 180-360.

а

б

Рис. 5. Микроструктура нетравленых образцов промышленных плавок перед модифицированием (х350)

а – базовая технология;

б – новая технология с применением смеси науглероживателя с СаСО3.

Оценка однородности структуры чугуна проводилась путем измерения коэффициента затухания УЗ-колебаний на образцах, отобранных от промышленных плавок, в пяти различных точках и оценивали математическое ожидание и дисперсию коэффициента затухания каждого образца. Проверялась гипотеза о равенстве двух дисперсий по F – критерию (распределение Фишера). Данные выборки не противоречат гипотезе при уровне значимости q=1%.

Полученные данные о Кзат ультразвуковой волны на образцах с различной структурной неоднородностью удовлетворительно согласуются с результатами металлографических и химических исследований.

Разработанная технология легко вписывается в действующий на предприятии технологический процесс плавки чугуна в индукционных печах, не требует капиталовложений и серьезных организационных мероприятий. Экономический эффект от внедрения технологии составил 2232896,22 рублей в год при среднегодовой потребности в коленчатых валах 15 штук в год, что подтверждается актом внедрения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

  1. Рассмотрены существующие методы науглероживания, влияние технологических параметров на скорость растворения углеродсодержащего материала, а так же поведение углерода в расплаве железа. Отмечено, что в работах по исследованию науглероживания синтетических чугунов, переход углерода в атомарном состоянии через газовую фазу не учитывался.
  2. Выявлены физико-химические условия процесса науглероживания через газовую фазу. Показано, что на границе науглероживатель – металл переход углерода в металлическую ванну протекает одновременно по двум параллельным механизмам: путем диффузионного растворения частиц углеродсодержащего материала и через газовую фазу.
  3. Проведен термодинамический анализ процесса науглероживания. Показана ведущая роль концентрации СО в зоне реакции на переход углерода в расплав через газовую фазу. Предложен практический способ активизации перехода углерода в расплав через газовую фазу, основанный на вводе в состав науглероживателя карбонатов щелочноземельных металлов.
  4. Экспериментально показано, что ввод карбонатов щелочноземельных металлов в составе науглероживателя увеличивает количество растворенного графита в расплаве и способствует кристаллизации чугуна по метастабильной диаграмме.
  5. Предложена кинетическая схема процесса науглероживания, учитывающая переход углерода одновременно по двум механизмам: механическом замешивании частиц науглероживателя в расплав с дальнейшим их растворением и в атомарном виде через газовую фазу.
  6. На основании кинетической схемы процесса науглероживания получена математическая модель, описывающая временной закон изменения содержания углерода на поверхности ванны, в газовой фазе в виде СО, связанного и свободного углерода в расплаве. На модели решен ряд прикладных задач: определено время, при котором количество СО над зеркалом металла достигает максимума, изучено поведение функций на бесконечности, вариант перехода углерода только по одному из рассмотренных механизмов, а также некоторые частные случаи равенства скоростей науглероживания по обеим механизмам и установившегося процесса.
  7. Показана эффективность ультразвукового метода контроля структуры чугуна. Разработана зеркально-теневая УЗ-методика проведения неразрушающего контроля чугунных коленчатых валов с учетом их конструктивных особенностей и технологии контроля. В качестве критерия оценки однородности структуры чугуна предложен новый диагностический параметр - дисперсия коэффициента затухания ультразвуковой волны.
  8. Разработана технология получения коленчатых валов массой 4,5 тонны с применением в качестве науглероживателя смеси углеродсодержащего материала и карбоната кальция (10% по массе), которая позволила стабилизировать получение качественных отливок по макро- и микроструктуре и механическим свойствам. Экономическая эффективность от внедренной технологии составила 2232896,22 рублей в год при среднегодовой потребности в коленчатых валах 15 штук в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

  1. Тимофеев, Г. И. Об изготовлении крупногабаритных отливок из высокопрочного чугуна / Г.И. Тимофеев, Н.Ю. Голубев, С.В. Калистов, И.А. Андреев //Литейное производство. – 2007. - №4. – С. 2-4.
  2. Леушин, И.О. Влияние газовой фазы на процесс науглероживания / И.О. Леушин, Н.Ю. Голубев, С.В. Калистов, Г.И. Тимофеев // Литейщик России. – 2007. - №7. – С. 23-26.
  3. Леушин, И.О. Оценка однородности структуры чугуна методом акустического зондирования / И.О. Леушин, В.М. Родюшкин, С.В. Калистов. // Заготовительные производства в машиностроении. – 2007. - №7.– С. 37-39.
  4. Калистов, С.В. Математическая модель процесса науглероживания металлического расплава при получении синтетического чугуна / Калистов С.В., Леушин И.О., Федотов В.П. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. – 2008. - №1. – С. 23-26.
  5. Леушин, И.О. Ультразвуковой метод диагностики чугунных коленчатых валов / И.О. Леушин, В.М. Родюшкин, С.В. Калистов, Е.И. Шапкин. // Технология металлов. – 2008. - №9. – С. 35-38.

Научные статьи, опубликованные в российских и региональных периодических изданиях и вузовских сборниках:

  1. Тимофеев, Г.И. Дефекты структуры крупных коленчатых валов из высокопрочного чугуна / Г.И. Тимофеев, В.М. Родюшкин, С.В. Калистов // Вестник АлтГТУ. – Барнаул – 2005. - № 3-4. – С. 134-135.
  2. Тимофеев, Г.И. Влияние карбонатов в составе шихтовых материалов на процесс науглероживания синтетического чугуна / Г.И. Тимофеев, Н.Ю. Голубев, С.В. Калистов // Теория и практика металлургических процессов. Литейный консилиум №2: сб. науч. тр. – Челябинск – 2006. – С. 61-66.
  3. Тимофеев, Г. И. Физико-химическая модель растворения углерода в расплаве / Г.И. Тимофеев, И.А. Андреев, С.В. Калистов // Материаловедение и металлургия том №61. - Н. Новгород. - 2007. – С. 5-7.
  4. Калистов С.В. Технологические особенности получения крупных коленчатых валов из высокопрочного чугуна на ОАО «РУМО» / С.В. Калистов. // Бюллетень ИТЦМ «Металлург». – 2007. - №6 (171). – С. 8-9.
  5. Калистов, С.В. Термодинамический анализ процесса науглероживания стального расплава при получении синтетического чугуна / С.В. Калистов, И.О. Леушин, В.А. Героцкий // Социально-экономические и технические системы: электронное периодическое издание. – Камская гос. инженерно-экономическая академия. –http://www. kampi.ru/sets - 2007. - №9(43). – 6с.

Тезисы докладов и выступлений:

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»