CC BY
39
юм 138
ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СТАЛИ ШХ15
Г. Г. КРЕВСКИИ, Г. В. СИМОНОВ, И. Д. ТЮ'ГЕВА (Представлена проф. докт. А. Н. Добровидовым)
Целым рядом исследователей [1, 2, 3, 4, 5, б] было установлено, что интенсивные звуковые и ультразвуковые колебания являются весьма эффективным фактором воздействия на вещество.
Как в отечественной, так и в зарубежной технике получило значительное распространение ультразвука в металлургических процессах для улучшения качества литого металла путем создания в нем колебаний во время плавки, разливки или кристаллизации.
Первые работы по применению ультразвука в металлургии был:! опубликованы в 1939 году. Между тем, несовершенство преобразователей и других устройств не давало возможности получить достаточно убедительных данных о положительном влиянии ультразвука на металлургические процессы.
Основное количество работ по применению ультразвука в металлургии посвящено озвучиванию легкоплавких металлов и металлов со средней температурой плавления. Значительно меньшее количество работ посвящено применению .упругих колебаний для обработки тугоплавких металлов и сплавов.
Если при озвучивании первых двух групп металлов передача колебаний в расплав происходит сравнительно просто, то при озвучивании расплавленных металлов, имеющих высокую температуру плавления, стержень преобразователя уже нельзя привести в непосредственный контакт с расплавом.
Первые попытки [7] изменить условия кристаллизации образцов стали при помощи упругих колебаний не дали результатов. В настоящее время имеется ряд сообщений о лабораторных исследованиях, в которых эта задача была успешно решена.
•Целью данной работы являлось исследование влияния ультразвуковых колебаний на кристаллизацию инструментальной стали ШХ15.
В качестве источника электрической энергии ультразвуковой частоты использовался ультразвуковой генератор типа УЗГ-6. Для преобразования электрической энергии ультразвуковой частоты в энергию ультразвуковых механических колебаний той же частоты использовались магнитострикционные преобразователи с направленным излучением. В качестве магнитострикционного материала применен сплав типа пер-мендюр — К50Ф2. Он обладает наиболее высокой термостойкостью и
форма
выдерживает нагрев до 800°. Точка Кюри для сплавов данного типа лежит в пределах 980° [2].
Для эффективного воздействия ультразвука на расплавленный металл акустический трансформатор преобразователя снабжался концентратором, способствующим увеличению амплитуды колебаний, возникающей в пермендюровом пакете.
В работе использовалось три типа концентраторов: цилиндрический (Д — 100 мм, д = 38 мм), экспоненциальный (Д=100 мм, д = 19 мм) и конусный (Д — 100 мм, д=16 мм). Ультразвуковые колебания вводились в расплав снизу чере!з дно кокиля. Причем концентратор имел непосредственный контакт с расплавленным металлом (рис. 1).
Плавка стали производилась на высокочастотной пл а вильно-закалочной установке типа АЗ-46-в "кислом тигле под слоем шлака. Размеры отливаемых заготовок: Диаметр=38 мм. Высота=100—120 мм.
Температура заливаемого металла контролировалась с помощью оптического пирометра ОППИР-09 и поддерживалась во всех опытах в пределах 1560—1580°).
Разливка металла производилась в ко-кили с различной толщиной стенок и в керамические формы. С целью увеличения / . /^тООГ77о& продолжительности периода кристаллиза- ° ^ ' . ' ции часть керамических форм предвари- рИс. 1.
тельно подогревалась до 700°.
Чтобы исключить влияние различия в химическом составе стали, каждая плавка разливалась в две аналогичные по своим параметрам формы, в одн,ой из которых металл озвучивался.
Режимы озвучивания слитков были приняты следующие:
а) основная резонансная частота 19,4—19,45 кгц,
б) ток подмагничивания 30 ампер,
в) напряжение возбуждения 400 вольт,
г) потребляемая мощность 2,8—2,6 кет,
д) электроакустический КПД преобразователя 47,7—46,4%.
Озвучивание слитка продолжалось в течение всего периода кристаллизации до охлаждения отливки в пределах 500°. Акустический кон-
Таблица 1 такт между концентратором и расплавом почти во всех опытах был достаточно надежным.
Исходной шихтой для плавки служили детали шарикоподшипников. Для компенсации угара элементов производилась подших-товка ферросплавами. Всего было пров'едено 12 плавок с различными концентраторами,, по четыре плавки на каждый тип концентратора. Химический состав контрольных плавок каждой группы приведен в табл. 1.
Результаты проведенных исследований показали, что во всех случаях озвученный слиток получился более плотным. Усадочная ракови-
13. Заказ 7951. 193
№
Химический состав в
плавки С Сг Мп
1 1,03 1,34 0,29 0,22
5 0,99 1,62 0,32 0,26
9 1,06 1,54 0,27 0,31
на образуется лишь в верхней части слитка (рис. 2, б) и имеет небольшой размер, в то время как в неозвученном слитке она распространяется более чем на половину высоты (рис. 2, а).
Рис. 3. (Х200). Рис. 4. (Х200).
Результатом воздействия ультразвуковых колебаний на кристаллизацию инструментальной стали 111X15 является уничтожение карбид.-ной неоднородности слитка и измельчание зерна.
На рис. 3 представлена микроструктура неозвученной литой стали. На рисунке видно, что структура имеет явно выраженную неоднородность. На рис. 4 представлена микроструктура озвученного слитка, где видно, что ультразвуковые колебания сделали структуру однородной, 194
Эффект озвучивания по высоте слитка существенно изменяется в зависимости от типа концентратора. Данные о высоте озвучивания приведены в табл. 2.
Таблица 2
Тип концентратора
f конусный экспоненциальный цилиндрический
Xs плавки 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Высота озвучивания, в MM 25 23 27 25 33 36 32 12 47 15 49 48
Низкие результаты эффекта озвучивания в плавках 8 и 10 можно объяснить плохим акустическим контактом между концентратором и обрабатываемым расплавом. При озвучивании этих плавок приваривания торца излучателя к Металлу отливки не произошло.
Озвучивание металла, залитого в керамическую подогретую форму (до 700°) показало, что наряду с резким изменением структуры последняя получается достаточно крупнозернистой по сравнению со структурой стали, отлитой в металлические формы. Высота озвучивания металла в этом случае возрастает приблизительно в 1,5 раза по сравнению с отливками в аналогичные холодные формы.
Выводы
1. Наибольший эффект озвучивания по высоте слитка наблюдается при использовании цилиндрического концентратора.
2. Можно считать, что наибольший эффект улучшения структуры для сталей данного типа под воздействием ультразвука получается при отливке в металлические формы.
3. При кристаллизации в подогретые керамические формы с воздействием ультразвука наряду с общим улучшением структуры стали заметен рост зерна.
ЛИТЕРАТУРА
1. Я. Б. Гуревич, В. И. Леонтьев, И. И. Теумин. Влияние ультразвука на структуру и свойства стального .слитка. Сталь, № 5, 1957.
2. А. Э. К р о у ф о р д. Ультразвуковая техника. Издательство иностранной литературы. Москва, 1958.
3. А. П. Капустин. Влияние ультразвука на кинетику кристаллизации. Издательство АН СССР, Москва, 1962.
4. Н. П. Н и к о л а й ч и к, Е. Н. Н и к о л а й ч и щ. Ультразвук в народном хозяйстве. Удмуртское книжное издательство, Ижевск, 1959.
5. Г. И. Э с к и н. Ультразвук в металлургии. Металлургиздат, Москва, 1957.
6. Р. Малджиева. Влияние на ультразвука върху кристализацията на бързо-резна стомана. Техника, № 10, 1962.
7. Е. А. Н i е d е m а п. Metallurgiial effects of ultrasonic waves, Acoust. Soc. America, № 5, 26, 1954.
