Влияние температуры заливки на вероятность образования горячих трещин в стальных низколегированных отливках Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

4. Булычев В.В., Латыпов Р.А. Исследование скольжения проволоки по подложке при ее электроконтактной приварке // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». Агроинженерия. 2010. Выпуск 2 (41). С.140-142

5. Владимиров Ю.В., Нижник П.П., Пуртов Ю.А. Производство плющенной стальной ленты. М.: Металлургия,1985. 120 с.

6. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1978. 360 с.

7. Булычев В.В. Разработка элементов теории и технологических путей обеспчения стабильности формирования зоны соединения при электроконтактной приварке проволоки: Автореф. дис... докт. техн. наук. Москва, 2012. 36 с.

8. Дубровский В.А., Булычев В.В., Зыбин И.Н. Изменение формы поперечного сечения проволоки при электроконтактной наплавке // Сварочное производство. 2001. №6. С. 23-27.

9. Булычев В.В., Зезюля В.В. Электроконтактная наварка проволокой с торможением роликового электрода // Сварочное производство. 2009. №11. С.8-12.

УДК 621.74.019

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАЛИВКИ НА ВЕРОЯТНОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН В СТАЛЬНЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ОТЛИВКАХ Макаренко Константин Васильевич, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Машиностроение и материаловедение»,

Кузовов Сергей Сергеевич, аспирант кафедры «Машиностроение и материаловедение» Брянский государственный технический университет, г.Брянск, Россия

Целью статьи является анализ влияния температуры заливки на образование горячих трещин в стальных отливках. Описан механизм образования горячих трещин при низких температурах заливки жидкой стали в полость литейной формы. Проведено компьютерное моделирование распределения температур жидкой стали по высоте ковша. Представлен анализ влияния очередности заливки форм и химического состава на количество горячих трещин в стальных отливках. Даны рекомендации по выбору оптимальных параметров технологического процесса, снижающих вероятность образования горячих трещин в стальных отливках.

Известно, что возможные отклонения в значении какого-либо параметра технологического процесса изготовления отливки ведет к появлению вполне определенных пороков литья. Так, например, в большинстве литературных источников [1-3] указывается на непосредственную связь температуры заливки с вероятностью образования горячих трещин (ГТ). Чем выше температура заливаемого в форму металла, тем выше вероятность образования ГТ в отливке. Не меньшую роль в образовании ГТ играет химический состав. Широко известно отрицательное влияние повышенного содержания серы на горячеломкость стальных отливок. В

результате осмотра забракованных отливок, наряду с ГТ были обнаружены такие дефекты как спай, недолив, неслитина, указывающие на пониженную температуру заливки. При помощи оптико-эмиссионного спектрометра OBLF GS1000 II было проведено исследование химического состава структурных приливов из забракованных отливок и сравнение с результатами химического анализа проб, взятых из ковша в процессе разливки (таблица 1.)

По данным приведенным в таблице 1, можно судить о том, что химический состав забракованных отливок мало отличается от химического состава плавки в общем, а значит и других отливок, залитых металлом из этой плавки и не имеющих ГТ. Поэтому в данном случае химический состав отливки не мог явиться причиной появления ГТ.

В ходе исследования была выявлена определенная закономерность возникновения ГТ в зависимости от очередности заливки форм (рис. 1, 2): ГТ образуются на первоначальном и заключительном этапах разливки ковша.

Для объяснения данного факта было проведено компьютерное моделирование процессов тепломассопереноса в ковше емкостью 10 т при выдержке (в процессе транспортировки ковша) и разливке металла. Для моделирования использовали систему NX (компании «Siemens PLM Software»). Согласно результатам моделирования, представленным на рисунке 3, 4. В начале и конце заливки, температура металла более низкая. Холодный металл не может удовлетворить условию, при котором горячие трещины «залечиваются».

Таблица 1. Содержание основных химических элементов в пробе и отливке _для разных плавок_

№ плавки 1 2 3 4 5 6

проба отливка

С 0.21 0.226 0.2 0.2 0.2 0.199 0.22 0.224 0.23 0.234 0.19 0.206

Mn 1.25 1.231 1.39 1.377 1.34 1.268 1.28 1.262 1.3 1.256 1.19 1.199

Si 0.4 0.458 0.42 0.557 0.35 0.405 0.4 0.416 0.4 0.457 0.3 0.359

P 0.024 0.018 0.022 0.016 0.027 0.018 0.02 0.017 0.024 0.013 0.026 0.013

S 0.029 0.033 0.03 0.029 0.03 0.024 0.026 0.022 0.028 0.024 0.03 0.03

Cr 0.12 0.117 0.14 0.132 0.14 0.126 0.12 0.109 0.1 0.085 0.1 0.092

Ni 0.11 0.125 0.17 0.182 0.11 0.126 0.11 0.109 0.11 0.106 0.12 0.118

Cu 0.17 0.202 0.17 0.196 0.16 0.174 0.17 0.167 0.2 0.198 0.21 0.204

Al 0.05 0.053 0.057 0.053 0.044 0.042 0.06 0.049 0.06 0.059 0.056 0.037

Ti 0.004 0.006 0.004 0.007 0.005 0.006 0.006 0.007 0.004 0.008 0.003 0.004

уровень жидкого металла в ковше, % 50 4 50 18 50 25 50 95 50 85 50 95

В таблице приведены данные на примере 6 отливок, залитых на разных тоннах

Рис. 1. Зависимость появления горячих трещин (ГТ) в отливках от очередности заливки литейной формы (ковш 10 т)

( 5ч е ре/ 1НО сть за/ 1ИВ ки ТИТ ейн ОЙ фо рм ы

н 3 ^ э я

Е 7 д

и V к \ 1

О <о с 1

х 5 5 4 1/ \

о г« 3 \

<0 А 4 Л у Л

Л у г V г

X 1 ^ п Чь J Чь J

5С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Масса металла в ковше, т

Рис. 2. Зависимость появления горячих трещин (ГТ) в отливках от

очередности заливки литейной формы (ковш 30 т)

Процесс роста разветвленных дендритов при относительно малом количестве остаточной жидкой фазы сопровождается образованием усадочных рыхлот, пористости и микротрещин. Вследствие нарушения сплошности структуры значительно снижаются механические свойства сплава, вероятность образования горячих трещин увеличивается. Таким образом, неблагоприятные условия заполнения и питания отливки ввиду относительно низкой температуры заливки увеличивают вероятность образования горячих трещин в отливках. Оптимальная температура заливки должна назначаться из условий обеспечения высокой жидкотекучести металла и минимальной вероятности возникновения литейных дефектов, в частности горячих трещин. В реальных условиях производства стального литья регулирование температурно-скоростных режимов заливки и охлаждения позволяет устранить горячие трещины в отливках. Влияние температуры заливки жидкого металла в форму на механизм образования горячих трещин неоднозначно, при выборе

температуры заливки необходимо учитывать существование максимума трещиностойкости стали.

\\ .\V ^ ^ Л | < I'i'i Ф , J , NU VM V 1 0 1 и II * , I *t I V I v и' * г ' 1,1 Vn '

I 1 d И kl . I.1 ,111 ill I/

2.374 2.162 1.961 1.739 1.527 1.315 1 103 0.892 0.660 0.46B 266

Единицы = мм/с

Г ||| И III Vfi J,'

'"I'll,

■'? V Л' ii'Vli-' ii - У i1 iv i,1»; , L" 'f/' ti'nh1 1 fiV V a V ^

ПГ zc

L

\\i ¡1 7 j - - ■ - ■

Рис. 4. Распределение скоростей конвекционных потоков по высоте ковша: 1 - слой шлака; 2 - жидкий металл; 3 - футеровка ковша

1578 788 1577.801 1576.813 1575.826 1574.838 1573.851 1572.863 1571.876 1570.888 1569.901 1568.913 1567.926 11566.938 Единицы = С

Рис. 3. Распределение температур жидкого металла по высоте ковша: 1 - слой шлака; 2 - жидкий металл; 3 - футеровка ковша

Список литературы

1.Баландин, Г. Ф. Основы теории формирования отливки. В 2 ч. Ч. 2. Формирование макроскопического строения отливки/Г. Ф. Баландин. - М.: Машиностроение, 1979. -335 с.

2.Нехендзи, Ю. А. Стальное литье/Ю. А. Нехендзи. - М.: Металлургиздат, 1948. - 766

с.

3Пикунов М.В. Плавка металлов. Кристаллизация сплавов. Затвердевание отливок. Учебник. - М.: МИСиС, 2005. - 416 с