Аннотация
Актуальность и цели: для производства полых поковок применяются как прибыльные слитки нормальной длины, так и удлинённые прибыльные и бесприбыльные слитки. Наиболее перспективными в смысле обеспечения качественных характеристик изделий и экономических показателей производства являются слитки с захоложенной головной частью. Материалы и методы: объектом исследования являлся слиток с захоложенной головной частью массой 1,53 т стали 38ХН3МФА, отлитый с использованием прибыли-холодильника объёмом 10,8%. Процесс кристаллизации и структурообразования исследуемого слитка проводили с помощью физического моделирования на плоских моделях – изложницах с прозрачными стенками. Исследование литого металла слитка на макроструктуру проводили путём травления. Математическое моделирование процесса кристаллизации слитка осуществлялось с помощью системы компьютерного моделирования «Crystal». Результаты и выводы: результаты физического моделирования слитков с различным объёмом захолаживающей надставки позволили выявить особенности затвердевания как всего слитка, так и различных его областей. Математическим моделированием получена зависимость, связывающая геометрические параметры слитка (отношение H/D) с относительной глубиной проникновения усадочной раковины в тело слитка. Для количественной оценки эффективности воздействия прибыли холодильника на вертикальную кристаллизацию был проведён расчёт тепловой работы захолаживающей и утепляющей прибыльной надставки. Установлено, что в слитках с захоложенной головной частью зона осевой рыхлости в 2 раза меньше в диаметре и короче по высоте по сравнению с обычными слитками. Химическая неоднородность обычных слитков развита весьма значительно, а в слитке с захоложенной головной частью более равномерно. Расположение усадочной раковины в слитке с захоложенной головной частью вдоль его оси при незначительном диаметре обеспечивает ее удаление при изготовлении полой поковки. Слиток с захоложенной головной частью характеризуется минимальной трудоёмкостью при подготовке к разливке и имеет наименьшую головную обрезь. Применение этой технологии обеспечивает выравнивание содержания ликвирующих элементов по высоте слитка и улучшает его структурные и качественные характеристики.
Ключевые слова
Слиток с захоложенной головной частью, кристаллизация, химическая и структурная неоднородность, усадочные дефекты, ликвация, физическое и математическое моделирование.
1. Zhbankov I.G., Perig A.V. Forging of ingots without hot tops. Materials and Manufacturing Processes. 2013, vol. 28, no. 3, pp. 229–235.
2. Machovčák P., Tkadlečková M., Opler A., Carbol Z., Trefil A., Michalek K. The development of new type of 90 ton forging ingot. Conference Proceedings: 23rd International Conference on Metallurgy and Materials, METAL 2014; Czech Republic; 2014, pp. 72–80.
3. Jiang Z.-H., Liu F.-B., Yu Q., Chen X., Zang X.-M., Deng X. Development of a new technology for manufacture of hollow ingots by electroslag remelting process. Kang T'ieh/Iron and Steel, vol. 50, iss. 10, 2015, pp. 30–36.
4. Ao G.W., Shen M.G., Zang Z.S., Li B.L. Study on unidirectional solidification ingot with hollow lateral wall insulation. Metalurgija, vol. 55, iss. 4, 2016, pp. 597–600.
5. Liu M., Ma Q.X. Modeling and numerical simulation research on hollow steel ingot forging process of heavy cylinder forging. 4th International Conference on Manufacturing Science and Engineering, ICMSE 2013; Dalian; China, 2013, vol. 712–715, pp. 627–632.
6. Кулешов Н.И. Разработка системы автоматизированного выбора слитка с учётом его весовых, геометрических и структурных характеристик: дис. … канд. техн. наук. Днепропетровск, 1993. 187 с.
7. Скобло С.Я., Казачков Е.А. Слитки для крупных поковок. М.: Металлургия, 1973. 248 с.
8. Жульев С.И., Зюбан Н.А. Влияние параметров изготовления крупных кузнечных слитков на формирование оптимальной структуры осевой зоны // Металлург. 2001. №12. С. 38–39.
9. Samoilovich Yu.A., Timoshpol'skii V.I., Trusova I.A. Possibility of forming an ingot with a convex crystallization front. Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, 2001, no. 1, vol. 74, pp. 134–138.
10. Samoilovich Yu. A., Timoshpolskiy V. I. The analysis of thermo-gravitational convection in the liquid kernel of solidified steel ingots. Part 2. The role of the configuration of a liquid kernel. Vestsi Natsiyanalnai Akademii Navuk Belarusi. Series of physical-engineering sciences, 2006, no. 1, pp. 5–9.
11. Жульев С.И. Оптимизация процессов производства кузнечных слитков для поковок ответственного назначения с использованием САПР-технологий: дис. … д-ра техн. наук. Волгоград, 1991. 372 с.
12. Шамрей В.А. Исследование слитков с захоложенной верхней частью и их использование для производства полых поковок: дис. ... канд. техн. наук. М.: ЦНИИЧЕРМЕТ, 2007. 146 с.
13. Шамрей В.А., Жульев С.И. Новая форма кузнечного слитка для изготовления полых кованых изделий // Металлург. 2007. № 11. C. 54–57.
14. Разработка литейной оснастки и технологии отливки кузнечных слитков: отчет о НИР / ООО «МетМаш»; рук. Жульев С.И. Волгоград, 2007. 106 с.
15. Колодкин М.В. Оптимизация тепловой работы кузнечных слитков для производства полых изделий с улучшенными технико-экономическими показателями: дис. ... канд. техн. наук. М.: ЦНИИТМАШ, 2010. 140 с.
16. П. м. 135551 Российская Федерация, МПК B22D7/08. Модель изложницы для исследования процесса кристаллизации слитков / Н.А. Зюбан, Д.В. Руцкий, А.Н. Галкин, С.Б. Гаманюк, Е.А. Косова, А.Я. Пузиков; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВолгГТУ». № 2013120789/02; заявл. 06.05.2013; опубл. 20.12.2013.
17. П. м. 141550 Российская Федерация, МПК B22D7/08. Модель изложницы для исследования процесса кристаллизации слитков / Н.А. Зюбан, Д.В. Руцкий, А.Н. Галкин, С.Б. Гаманюк, Е.А. Косова, А.Я. Пузиков; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВолгГТУ». № 2014100754/02; заявл. 09.01.2014; опубл. 10.06.2014.
18. Эльдарханов А.С., Ефимов В.А., Нурадинов А.С. Процессы формирования отливок и их моделирование. М.: Машиностроение, 2001. 208 с.
19. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013613206 от 28.03.2013 РФ. Система компьютерного моделирования «Crystal» / В.П. Багмутов, И.Н. Захаров, Н.А. Зюбан, Д.В. Руцкий, С.Б. Гаманюк; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВолгГТУ». № 2013611342; заявл. 12.02.2013; опубл. 20.06.2013.
20. Руцкий Д.В. Исследование химической неоднородности кузнечных слитков для крупногабаритных заготовок тяжелого машиностроения: дис. ... канд. техн. наук. М.: ЦНИИТМАШ, 2006. 134 с.
21. Влияние захолаживания головной части на условия кристаллизации стального слитка и качество полученных из него поковок / А.Н. Галкин, Н.А. Зюбан, Д.В. Руцкий и др. // Металлург. 2013. № 3. C. 54–59.