Остання редакція: 2017-07-13
Тези доповіді
Залізовуглецеві сплави (сталі, чавуни) і сплави кольорових металів (бронзи, латуні, силуміни та інші сплави) кристалізуються в інтервалі температур ліквідус-солідус. В твердіючих заготівках є рідка серцевина, тверда кірка і проміжна твердо-рідка (двофазна) зона [1,2], в якій утворюється лита структура. Двофазна зона зливків і масивних виливків формується при різних швидкостях охолодження розплаву в порожнині виливниці чи форми.
Тривалість тверднення стальних зливків і товстих виливків приблизно пропорційна [3] квадрату їх радіуса (напівтовщини). Тому до завершення процесу тверднення ковальських зливків в чавунних виливницях і масивних виливків в піщаних формах потрібно багато часу. Як наслідок, продуктивність традиційних технологій лиття низька, а якість литих заготівок невисока.
Причина низької якості товстих виливків і зливків – мала швидкість їх тверднення, тому що гальмуються процеси відведення теплоти перегріву розплаву з рідкої серцевини заготівки і теплоти кристалізації сплаву з двофазної зони. При переносі теплоти від розплаву в зовнішнє середовище через тверду кірку і стінки піщаних форм і чавунних виливниць, робочі шари стінок форм швидко нагріваються із-за їх високого термічного опору [4], що перешкоджає інтенсивному теплообміну між литою заготівкою і довкіллям.
В технологіях лиття внутрішній теплообмін між розплавом і уламками дендритів або твердими добавками (теплоакумулюючі мікрохолодильники, інокулятори, лігатури, модифікатори) і зовнішній теплообмін між виливками, зливками та теплоакумулюючими чи теплопередаючими стінками форм і виливниць протікає з різною інтенсивністю теплообміну [5].
Для прогнозування і оптимізації процесів внутрішнього і зовнішнього теплообміну доцільно враховувати основні положення реотермічної теорії управління якістю структури литих виробів, яка передбачає раціональне суміщення [6,7] ефективних ливарно-металургійних принципів значного підвищення якості виливків, зливків і безперервнолитих заготівок. Це принципи суспензійного розливання, осадкової кристалізації, спрямованого тверднення і рафінуючого живлення твердо-рідкого каркасу двофазної зони.
Якщо значно прискорити нестаціонарні процеси охолодження розплаву, перегрітого над температурою ліквідус, та тверднення литих заготівок різної маси, то можна збільшити швидкість внутрішнього і зовнішнього теплообміну в системах виливок-форма-довкілля і зливок-виливниця-довкілля.
Системним аналізом процесів плавлення і тверднення виявлені [5-8] особливості внутрішнього і зовнішнього теплообміну між розплавом і гранулами та між литими заготівками і стінками металевих форм (кокіль, виливниця, кристалізатор) або неметалевих форм (графітова, керамічна, піщана форма). Теплоакумулюючі гранули підвищують інтенсивність внутрішнього теплообміну при перемішуванні розплаву з мікрохолодильниками, тоді як теплоакумулюючі стінки форм і виливниць підвищують інтенсивність зовнішнього теплообміну між виливком і формою та зливком і виливницею.
Інтенсифікація внутрішнього теплообміну в процесі нагріву і плавлення мікрохолодильників в розплаві з урахуванням термічного опору окисної плівки на гранулах швидко знімає початковий перегрів рідкого металу та скорочує тривалість тверднення масивних виливків і зливків незважаючи на зміну коефіцієнта теплопередачі згідно з отриманими в [9] формулами.
Інтенсифікація зовнішнього теплообміну між виливком і формою або між зливком і виливницею в процесі тверднення і охолодження литих заготівок в ливарних формах і виливницях з урахуванням термічного опору захисного шару протипригарної краски [8] та теплофізичної дії мікрохолодильників зменшує повний час тверднення зливків і товстостінних виливків.
Прискорення зовнішнього теплообміну в системі виливок-форма зменшує тривалість тверднення виливків в низькотеплопровідних піщаних формах при попередньому охолодженні чи заморожуванні їх робочих шарів [10].
Посилання
Література:
1. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Металлургия,
1976. – 539 с.
2. Новиков И.И. Горячеломкость цветных металлов и сплавов. – М.: Наука, 1966. – 299 с.
3. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. – Л.: Машиностроение, 1976.
– 216 с.
4. Мамишев В., Соколовская Л.А. О теоретическом прогнозировании термических условий повышения качества макроструктуры и эффективности затвердевания стальных слитков и слябов // Процессы разливки и кристаллизации стали. – К.: ИПЛ АН Украины, 1991. – С. 72 – 82.
5. Мамишев В.А. О повышении эффективности теплообмена в системе литая заготовка – форма – окружающая среда // Металл и литье Украины. – 2012. – № 11. – С. 31 – 35.
6. Мамишев В.А. О прикладных вопросах реотермической теории управления качеством литой структуры // Интенсификация литейных технологий. – К.: ИПЛ АН УССР, 1989. – С. 77 – 82.
7. Мамишев В.А. Реотермическая концепция управления кристалли- ческим строением литых изделий // Процессы литья. – 2004. – № 3. – С. 43 – 48.
8. Мамишев В.А. Системный анализ затвердевания литых заготовок с переменной кривизной границ двухфазной зоны // Процессы литья, 2014. – № 1. – С. 19 – 26.
9. Соколовская Л.А. Учет теплового сопротивления неметаллических прослоек в контактной зоне теплообмена / Литейное производство: технология, материалы, оборудование, экономика и экология. Матер. международ. научно-практ. конф. – Киев: ФТИМС НАН Украины. – 2011. – С. 256 – 258.
10. Мамишев В.А., Шинский О.И., Соколовская Л.А. Системный подход к исследованию теплофизических процессов литья / Металл и литье Украины, 2016. – № 8 – 10. – С. 49 – 53.