Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Управление структурой и свойствами чугунов путем воздействия на расплавы наносекундными электромагнитными импульсами

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Максимальная теплопроводность чугуна также наблюдалась при 5-минутном облучении расплава и она возросла в 1,40 раз по сравнению с необлученным чугуномследовательно, теплопроводность чугуна с шаровидным графитом выше, чем теплопроводность исходного магниевого чугуна с пластинчатым графитом без облученияпри дальнейшем облучении расплава магниевого чугуна, дополнительно модифицированного лигатурой… Читать ещё >

Управление структурой и свойствами чугунов путем воздействия на расплавы наносекундными электромагнитными импульсами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Проблемы повышения качества и свойств отливок из чугунов путем физико-химических и механических воздействий на расплавы (обзор литературы)
    • 1. 1. Классификация методов внешнего воздействия на расплавы металлических сплавов
    • 1. 2. Физическое воздействие на расплавы для повышения качества и свойств железоуглеродистых и других металлических сплавов
      • 1. 2. 1. Термовременная и термоскоростная обработка жидких чугунов
      • 1. 2. 2. Импульсное воздействие
      • 1. 2. 3. Электромагнитное воздействие
      • 1. 2. 4. Метод электровзрывного воздействия
      • 1. 2. 5. Вибрация
      • 1. 2. 6. Ультразвуковое воздействие
      • 1. 2. 7. Перемешивание
    • 1. 3. Выводы и постановка задач исследования
  • Глава 2. Методики и объекты исследований
    • 2. 1. Схема и методика облучения жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ)
    • 2. 2. Методика определения кристаллизационных параметров гамма-проникающим излучением
    • 2. 3. Стандартные методы исследования структур и свойств металлов
    • 2. 4. Методики измерения физических свойств
      • 2. 4. 1. Измерение теплопроводности
      • 2. 4. 2. Измерение электросопротивления
      • 2. 4. 3. Измерение плотности
    • 2. 5. Методики определения эксплуатационных свойств
      • 2. 5. 1. Измерение э/саростойкости с применением дериватографа
      • 2. 5. 2. Исследование коррозионностойкости
      • 2. 5. 3. Исследование износостойкости
    • 2. 6. Микрорентгеноспектральный анализ
  • Глава 3. Исследование влияния продолжительности облучения расплава НЭМИ (ПОН) на его строение, процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугунов
    • 3. 1. Низкокремнистый серый чугун
    • 3. 2. Среднекремнистый серый чугун
    • 3. 3. Высококремнистый серый чугун
    • 3. 4. Исследование влияния температуры облучения на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугунов
    • 3. 5. Выводы

    Глава 4. Исследование влияния продолжительности облучения расплавов НЭМИ и последующего модифицирования их кремнием на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугуна СЧ 20.

    4.1 Кристаллизация и структурообразование.

    4.2 Физико-механические свойства.

    4.3 Кинетика и механизм кристаллизации эвтектики и эвтектоида при воздействии на расплавы наносекундными электромагнитными импульсами.

    4.4 Выводы.

    Глава 5. Исследование влияния продолжительности облучения расплава НЭМИ на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства модифицированных лигатурами (СИМИШ-1 и ФСМг-6) чугунов.

    5.1 Влияние лигатуры СИМИШ-1 на кристаллизационные параметры и процесс структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугуна.

    5.2 Исследование влияния продолжительности облучения расплава НЭМИ на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства модифицированных лигатурой СИМИШ-1 чугунов.

    5.2.1 Кристаллизация и структурообразование.

    5.2.2 Физико-механические и эксплуатационные свойства.

    5.3 Исследование влияния продолжительности облучения расплава НЭМИ на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства модифицированных лигатурой ФСМг-6 чугунов.

    5.3.1 Влияние лигатуры ФСМг-6 на кристаллизационные параметры, физико-механические и эксплуатационные свойства чугунов.

    5.3.2 Влияние продолжительности облучения расплавов НЭМИ на кристаллизационные параметры, структурообразование, физико-механические и эксплуатационные свойства модифицированных ФСМг-6 чугунов.

    5.3.2.1 Кристаллизация и структурообразование. 112'

    5.3.2.2 Физико-механические и эксплуатационные свойства.

    5.3.3 Исследование влияния облучения расплава НЭМИ и последующего модифицирования лигатурой АКЦе на процессы кристаллизации и свойства чугуна.

    5.4 Выводы.

Изучению процесса структурообразования серых легированных чугунов посвящено много исследований [1—14]. В первую очередь следует назвать монографии Н. Н. Александрова и Н. И. Клочнева [12−14], К. П. Бунина, Я. Н. Малиночки, Ю. Н. Тарана [2], В. И. Мазура [3], Ю. Г. Бобро [4,5],.

H.Г. Гиршовича [8], Е. Пивоварского [6,7], Ри Хосена [9−10], в которых вопросы металловедения и графитизации чугуна изложены фундаментально, раскрыты механизмы многих процессов и установлены взаимосвязи технологических параметров со структурой и свойствами чугуна. К наиболее важным качественным критериям литья относятся физико-механические свойства.

Одним из эффективных направлений решения проблемы повышения качества и свойств чугунных отливок является разработка технологии, основанной на использовании физико-химико-механических воздействий на кристаллизующиеся расплавы. В этом отношении представляет теоретический и практический интерес применение в процессах плавки наносекундных электромагнитных импульсов (НЭМИ). Они образуют локальные поля высокой мощности и напряженности и тем самым создают условия для управления микроструктурой и комплексом свойств металлических сплавов.

Авторами работ [15−17] установлено, что облучение жидкой фазы НЭМИ в течение 10. 15 минут существенно изменяет физические свойства металлических расплавов (силуминов, бронзы, цинковых и магниевых) в жидком и твердом состояниях, повышает их физико-механические и эксплуатационные характеристики. Так например, теплопроводность этих сплавов при облучении расплавов НЭМИ в течение 10. 15 минут возрастает в.

I, 5.2,0 раза.

В связи с этим, представляет большой практический интерес проведение подобных исследований в чугунах с целью повышения их физико-механических и эксплуатационных свойств.

Актуальность диссертационной работы подтверждается выполнением научно-исследовательских работ в рамках:

— Гранта Министерства экономического развития и внешних связей Хабаровского края. Государственный контракт № 15−344 (2007 г.) «Разработка новой технологии плавки металлических сплавов (медных, алюминиевых, магниевых, чугунов) путем воздействия на жидкую фазу наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) для повышения их физико-механических и эксплуатационных свойств»;

— Тематики Института Материаловедения ХНЦ ДВО РАН «Методологические, физико-химические и технологические основы создания функциональных материалов и покрытий с мелкокристаллической и аморфной структурой при концентрированном энергетическом воздействии». № 020.0 602 402 (2006 — 2008 гг.): № 1.3.08 «Исследование влияния облучения наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) на строение расплава, процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства литейных металлических сплавов».

Цель работы заключалась в исследовании влияния продолжительности облучения расплавов НЭМИ (ПОН) на процессы кристаллизации и структурообразования и разработке на этой основе технологии обработки расплава НЭМИ с целью повышения физико-механических и эксплуатационных свойств белого, серого и высокопрочного чугунов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование влияния продолжительности облучения НЭМИ (ПОН) расплава наносекундными электромагнитными импульсами на процессы кристаллизации и структурообразования, формирование физико-механических и эксплуатационных свойств низко-, среднеи высококремнистых серых чугунов.

2. Исследование процесса модифицирования чугуна кремнием с последующей обработкой расплава НЭМИ на кристаллизацию и структурообразование, физико-механические и эксплуатационные свойства серого чугуна.

3. Исследование влияния ПОН расплава и последующего модифицирования его кремнием на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугуна.

4. Исследование влияния ПОН расплава на кинетику и механизм кристаллизации эвтектики и эвтектоида в модифицированных кремнием чугунах методом гамма-проникающих излучений.

5. Исследование влияния облучения расплава НЭМИ на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугунов, модифицированных лигатурами СИМИШ-1, ФСМг-6 и АКЦе.

6. Совершенствование технологии плавки чугунов с применением облучения расплавов НЭМИ для повышения физико-механических и эксплуатационных свойств.

Научная новизна работы состоит в следующем. Впервые проведено комплексное исследование влияния ПОН расплавов на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические (теплопроводность, плотность, твердость, микротвердость структурных составляющих) и эксплуатационные (жаростойкость, коррозионностойкость, износостойкость) свойства серого и модифицированных чугунов:

1. Установлена общая закономерность изменения кристаллизационных, t А1> Tai, ~AJn, — AJ3, — AJa1) параметров серых чугунов с различным содержанием кремния (1,0, 1,55, 2,0 мас.%). Для низкокремнистого чугуна увеличение ПОН расплава способствует повышению температуры начала кристаллизации аустенита и чугун становится менее эвтектичным. Для высококремнистого чугуна наблюдается, наоборот, снижение температуры начала кристаллизации аустенита и чугун становится более эвтектичным по мере увеличения ПОН расплава. При этом температуры начала кристаллизации эвтектики и эвтектоида снижаются.

— обработка расплава НЭМИ до определенной ПОН расплава до (15 мин.) способствует измельчению графитных включений, а при 20-минутном облучении низкокремнистый серый чугун отбеливается, в высококремнистых чугунах, наоборот, — росту количества и размеров графитных включений пластинчатой формы и ферритизации металлической основы;

— максимальные значения теплопроводности низкокремнистого чугуна наблюдаются при ПОН расплава, равной 10 минутам, при этом теплопроводность возрастает в более чем 2,0 разасреднекремнистого чугуна при ПОН расплава 5 минут она возрастает в 1,4 раза, а высококремнистого чугуна при ПОН расплава 15 минут она возрастает в 1,4. .1,5 раз;

— физико-механические и эксплуатационные свойства чугунов изменяются по экстремальной зависимости от ПОН расплавадля достижения максимальных свойств' необходима определенная ПОН расплава.

2. Облучение расплава НЭМИ и последующее модифицирование кремнием (ФС-45 в количестве 1,0, 2,0 и 3−0 мас.%) коренным образом изменяют кристаллизационные параметры, структурообразованйе, физико-механические и эксплуатационные свойства серого чугуна:

— увеличение ПОН расплава способствует к снижению температур начала кристаллизации аустенита (t") и повышению температуры начала кристаллизации, эвтектикипри определенной ПОН расплава достигается эвтектический состав (при 1,0 мас.% ФС-45 — 20-минутном, при 2,0 мас.% ФС-45 -15-минутном и 3,0 мас.% - 10-минутном облучении расплава НЭМИ) — при этом наблюдаются максимальные степень уплотнения расплава при эвтектическом превращении и время кристаллизации эвтектикидано научное обоснование установленным зависимостям смещения состава сплава в сторону большей эвтектичности;

— по мере увеличения ПОН расплава количество и размеры графитных включений возрастают до определенной продолжительности облучения (до 20 минут для чугуна с 1,0 мас.%, 15 минут для чугуна с 2,0 мас.% и 10 минут для чугуна с 3,0 мас.% ФС-45);

— температура начала кристаллизации эвтектоида повышается по мере увеличения ПОН в чугунах с 1,0 и 2,0 мас.% ФС-45 (до 15-минутного облучения расплава), а в чугунах с 2,0 (при облучении более 15 мин) и 3,0 мас.%) ФС-45,наоборот, снижаетсяпри этом наблюдаются максимумы степени уплотнения чугуна и времени кристаллизации эвтектоида;

— для повышения теплопроводности модифицированных кремнием серых чугунов необходимо облучение расплавов в течение 5−10 мин. (в среднем возрастает теплопроводность в 1,44. 1,57 раза) в зависимости от содержания кремния;

— для повышения физико-механических и эксплуатационных свойств модифицированных кремнием чугунов необходима определенная ПОН расплавов.

3. Установлено влияние ПОН расплава на кинетику и механизм кристаллизации эвтектики и эвтектоида чугуна с различным содержанием кремния, дано научное обоснование установленным зависимостям.

4. Уточнены причины снижения теплопроводности высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по сравнению с серым чугуном и установлено влияние ПОН расплава на процесс формирования шаровидного графита, физико-механические и эксплуатационные свойства модифицированных чугунов:

— независимо от формы присутствия углерода (в виде цементита или графита) максимальная теплопроводность наблюдается при ПОН, равной 10. 15 минут в зависимости от вида лигатур (СИМИПЫ, ФСМг-6, АКЦе);

— повышение ПОН расплава (до и после модифицирования) более 10 минут создает неблагоприятные условия для формирования шаровидного графитакратковременное облучение и последующее модифицирование — единственный путь повышения теплопроводности высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, приближающейся к теплопроводности исходного немодифицированного чугуна;

— основными причинами снижения теплопроводности высокопрочного чугуна с шаровидным графитом являются насыщение сплава основными компонентами лигатур (Si, Al, Са и др.) и загрязнение его неметаллическими включениями.

5. Для достижения максимальных физико-механических и эксплуатационных свойств чугунов необходима определенная продолжительность облучения расплавов НЭМИ.

Практическая значимость работы заключается в том, что использование полученных результатов позволило установить пути воздействия на процессы кристаллизации и структурообразования, дало возможность управления физико-механическими и эксплуатационными свойствами неи модифицированных чугунов, осуществляя выбор температуры и времени воздействия на жидкую фазу наносекундными электромагнитными импульсами. Для выявления дополнительных резервов повышения физико-механических и эксплуатационных свойств всех видов чугунов и других металлических сплавов предложена новая технология их плавки с дополнительным кратковременным облучением расплавов наносекундными электромагнитными импульсами. Получен диплом в номинации «Лучшая инновация года в литейном производстве» за разработку «Технологии плавки металлов и сплавов с использованием наносекундных электромагнитных импульсов» на XIII Международной выставке-конкурсе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» как лучший инновационный проект в области металлургии и машиностроения. 11−14 марта 2008 г., г. Санкт-Петербург.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на восьмом съезде литейщиков России (г. Ростов-на-Дону, 2007 г.), а также VIII Российско-Китайском симпозиуме «Новые материалы и технологии 2007» (г. Хабаровск, 2007 г.), IX Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных статей. Получено 1 положительное решение на выдачу патента. Материалы диссертации приведены также в отчетах по Грантам и Программам, выполненным при участии автора.

На защиту выносятся следующие научные положения: 1. Результаты исследования влияния продолжительности облучения расплавов наносекундными электромагнитными импульсами (ПОН) на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства серых чугунов.

2. Результаты исследования влияния ПОН на процессы эвтектического и эвтектоидного превращения методом гамма-проникающих излучений.

3. Результаты влияния ПОН на характер распределения компонентов в различных структурных составляющих серого чугуна.

4. Результаты исследования влияния ПОН на процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугунов, модифицированных сфероидизирующими графитные включения лигатурами.

5. Рекомендуемые технологии плавки серых и модифицированных чугунов для повышения физико-механических и эксплуатационных свойств.

Достоверность научных результатов.

Достоверность экспериментальных данных достигалась путем широкого использования современных методов и методик исследования металлов и сплавов.

Личный вклад автора.

Автору принадлежит постановка отдельных задач исследования, проведение опытных плавок, изучение процессов кристаллизации и структурообразования, комплекса физико-механических и эксплуатационных свойств чугунов, обработка и анализ полученных результатов и формулирование выводов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы. Основная часть диссертации изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 1 таблицу, библиографию из 105 наименований.

5.4. Выводы.

Установлено влияние ПОН расплавов на их строение, процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугунов.

1. Обработка расплава низкокремнистого чугуна (мас.%: 3,7 С- 1,0 Si- 0,5 Мп- 0,1 Р и S) приводит к постоянному росту температуры начала кристаллизации избыточного аустенита и снижению температур начала и конца эвтектического превращения и в соответствии с расширением температурных интервалов кристаллизации увеличиваются степени уплотнения гетерофазного расплава (А+Ж) — Д1Л и эвтектикиAJ3 и продолжительность их кристаллизации (тл и тэ). По мере увеличения ПОН расплава до 20 минут температуры начала tHAi и конца tKA1 эвтектоидного превращения и время кристаллизации эвтектоида постоянно уменьшаются;

— обработка расплава НЭМИ до 15 мин включительно способствует измельчению графитных включений, при длительном облучении (20 мин) чугун отбеливается;

— максимальные значения теплопроводности и коррозионностойкости и минимальные относительная износостойкость, твердость и микротвердость структурных составляющих чугуна наблюдаются при ПОН, равной !0 минутам. Теплопроводность возрастала в 2,0 и более раз, а коррозионностойкость — в более 1,7 раза;

2. Обработка расплава среднекремнистого чугуна (мас.%: 3,49 С- 1,55 Si- 0,39 Mn- 0−067 Р и 0,06 S) НЭМИ до 20 минут повышает температуры t" o> t’A[ и время их кристаллизации. Максимальная теплопроводность чугуна (в 1,5 раза)-наблюдалась при ПОН, равной 15 минутам и при этом одновременно повышались твердость, микротвердость феррита и перлита, а коррозионностойкость несколько снижалась;

3. Обработка высококремнистого серого чугуна (мас.%: 3,4 С- 2,0 Si- 0,7' Mn- 0,2 Р' и 0,15 S) в жидком состоянии НЭМИ до 25 минут способствует снижению температур начала кристаллизации-избыточного аустенита и эвтектики и сужению температурных интервалов их кристаллизации, в соответствиис этим сокращается1 продолжительность кристаллизации аустенита и эвтектики. Твердость чугуна и микротвердость перлита уменьшаются, а микротвердость феррита практически не изменяетсядо 25-минутного облучения расплава НЭМИ. Облучение расплава также снижает плотность и износостойкость чугуна. Максимальная теплопроводность отмечается при ПОН, равной 5 минутам. Максимальная жаростойкость чугуна в интервале температур 200 — 700 °C соответствует ПОН расплава, равной 5 минутам.

4.-Обработка расплава высококремнистого чугуна (СЧ' 20) и последующее его модифицирование ферросилицием ФС-45 (1,0, 2,0, 3,0 мас.%) существенно изменяют процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные свойства чугуна:

— в зависимости от величины добавки ФС-45 увеличение ПОН до определенного времени способствует снижению tj, и повышению tH3- при определенной ПОН расплава достигается эвтектический состав чугуна в зависимости от величины добавки ФС-45: чем больше величины добавки ферросилиция, тем при меньшей ПОН достигается эвтектический состав чугуна;

— температура начала кристаллизации эвтектоида повышается по мере увеличения ПОН расплава в чугунах с 1,0 и 2,0 мас.% ФС-45 (до 15-минутного облучения), а в чугуне с 2,0 мас.% (при облучении более 15 мин) и 3,0 мас.% ФС-45 — снижаетсясоответственно уменьшаются степень уплотненияAJai и время кристаллизации эвтектоида;

— повышение ПОН расплава способствует укрупнению графитных включений до определенной продолжительности облучения расплава в зависимости от величины добавки ФС-45, а затем измельчению графитной фазыдано научное обоснование установленным зависимостям;

— повышение ПОН до 25 минут способствует существенному росту теплопроводности: она возрастает в 1,44 — 1,47 раз в чугунах с 1,0 и 2,0 мас.% ФС-45 и в 1,57 раза в чугуне с 3,0 мас.% ФС-45- по аналогичной зависимости изменяется плотность, как теплопроводность чугуна от ПОН расплава;

— максимальная коррозионостойкость чугуна наблюдается при 5 — 10-минутных облучениях расплава НЭМИ в зависимости от величины добавки ферросилиция;

— твердость и износостойкость модифицированных кремнием чугунов увеличиваются по мере повышения ПОН расплавов;

— облучение модифицированных расплавов НЭМИ также положительно влияет и на жаростойкость чугунов, особенно в высококремнистых чугунах: например, при температуре испытания 1000 °C и 25-минутном облучении расплава НЭМИ она возрастает в 1,67 разапри 700 °C — 1,87 раза и 500 °C — в 2,0 раза.

5. Уточнены механизм и кинетика кристаллизации эвтектики и эвтектоида под воздействием на расплавы НЭМИ методом гамма-проникающих излучений.

6. Установлено влияние лигатуры СИМИШ-1 (1,0, 2,0 и 3,0 мас.%) на кристаллизационные параметры и структурообразование, физико-механические и эксплуатационные свойства белого чугуна:

— повышение ПОН расплава до 25 минут способствует существенному росту кристаллизационных параметров tn, t" 3, тл и тэ в чугуне с 1,0 и 2,0 мас.% лигатуры, в чугуне с 3,0 мас.% СИМИШ-1 температура tn снижается, a tH3 повышается по мере увеличения ПОН расплавапри этом температуры t, и tH3 сближаются, т. е. сплав становится эвтктическим;

— повышение ПОН расплава способствует росту температуры начала кристаллизации эвтектоида tHAi в чугуне с 1,0 мас.% лигатуры, а в чугунах с 2,0 и 3,0 мас.% - снижению этой температуры, что обусловлено тормозящим действием РЗМ на перлитное превращение;

— увеличение ПОН расплава приводит к снижению плотности, твердости и микротвердости структурных составляющих (П, Ц и Л) белого чугуна;

— максимальная теплопроводность модифицированных чугунов наблюдается при облучении расплава НЭМИ в течение 10 минутона возрастает для немодифицированного чугуна в 2,26 раз, для модифицированных 1,0, 2,0 и 3,0 мас.% соответственно в 2,06- 1,66 и 1,56 разчем больше величины добавки лигатуры, тем меньше прирост теплопроводности вследствие насыщения расплава кремнием и загрязнением его субмикроскопическими неметаллическими включенияминесмотря на это значение теплопроводности модифицированнных чугунов доходит до уровня теплопроводности необлученного исходного чугуна;

— относительная износостойкость модифицированных лигатурой СИМИШ-1 белых чугунов изменяется от ПОН: при добавке 1,0 мас.% лигатуры относительная износостойкость снижается в соответствии с уменьшением твердости и плотностипри больших добавках лигатуры (2,0 и 3,0 мас.%) износостойкость модифицированного белого чугуна изменяется от ПОН расплава по экстремальной зависимостимаксимальная износостойкость наблюдается при ПОН, равной 10 минутам (Ки = 1,5 при 2,0 мас.% и Ки = 1,75 при 3,0 мас.% лигатуры), твердость при этом практически^ не изменяется;

— коррозионностойкость модифицированых чугунов также изменяется от ПОН расплавов по экстремальной зависимости с максимумом ее значений при ПОН, равной 10 минутам: для модифицированного 1,0 мас.% лигатуры чугуна она возрастает в 2,18 раздля модифицированных чугунов 2,0 и 3,0 мас.% лигатуры коррозионностойкость возрастает соответственно в 2,0 и 1,5 раза.

7. Аналогичные результаты получены в сером чугуне, модифицированном лигатурой ФСМг-6 в количестве 1,0, 1,5 и 2,5 мас.%:

— характер и механизм влияния ПОН расплавов, модифицированных лигатурами СИМИШ-1 и ФСМг-6, на кристаллизационные параметры чугунов аналогичныев отличие от модифицированных СИМИШ-1 чугунов, в чугунах с 1,5 и 2,5 мас.% ФСМг-6 увеличение ПОН приводит к повышению температур начала и конца эвтектоидного превращения tHAi и tKAi;

— повышение ПОН расплавов способствует снижению твердости чугунов, хотя микротвердость феррита и перлита возрастает, что можно объяснить увеличением количества ферритной составляющей в структуре облученных НЭМИ чугунов, измельчением графитных включений и исчезновением графита шаровидной формы (для чугуна с 2,5 мас.% лигатуры);

— теплопроводность модифицированных чугунов, как и исходного, изменяется по экстремальной зависимости от времени облучения их расплавов НЭМИ с максимумами ее значений при ПОН, равной 15 минутампри этом теплопроводность возрастает в немодифицированном чугуне в 1,6 разв модифицированных 1,5 и 2,5 мас.% ФСМг-6 — соответственно в 1,5 и 1,4 разатеплопроводность чугунов с 1,5 и 2,5 мас.% лигатуры имела соответственно 35 Вт/(м-К) и 22,3 Вт/(м'К), т. е. приближается к теплопроводности необлученного исходного чугуна;

— плотность и износостойкость модифицированных чугунов постоянно возрастает по мере увеличения ПОН расплавов, как микротвердость структурных составляющих (П, Ф);

— коррозионностойкость немодифицированного чугуна уменьшается от ПОН расплава до 20 минут, а коррозионностойкость модифицированного 1,5 мас.% лигатуры практически не изменяется до 10. 15-минутного облучения, а затем при 20-минутном облучении она снижается резков модифицированном 2,5 мас.% лигатуры чугуне коррозионностойкость увеличивается до 5-минутного облучения, а затем уменьшается до 15 мин. ' с последующим возрастанием ее до 20 минутможно сделать вывод о том, что модифицированные чугуны обладают при облучении НЭМИ более высокой коррозионностойкостью, чем немодифицированный;

— на жаростойкость чугуна влияют ПОН расплава и количество лигатуры ФСМг-6- до температуры 500 °C ПОН расплава практически не влияет на окалиностойкость неи модифицированных чугуновв интервале температур 550.700°С наблюдается незначительный прирост массы образцапри высокой температуре 1000 °C жаростойкость модифицированных чугунов, облученных НЭМИ в жидком состоянии, значительно выше, чем немодифицированногопри этом увеличение добавки лигатуры приводит к более высокой жаростойкости чугуна:

• в немодифицированном чугуне Am/s=100 г/м2- в модифицированных 1,5 и 2,5 мас.% ФСМг-6 соответственно Am/s = 34 г/м2 и 16 г/м2- таким образом, в немодифицированном. чугуне облучение расплава НЭМИ оказывает отрицательное влияние не его жаростойкость при высоких температурах испытания (450.1000°С), а в модифицированных, наоборот, способствует существенному повышению жаростойкости.

— установлено, что облучение модифицированного ФСМг-6 (2,5 мас.%) чугуна ухудшает форму шаровидного графита из-за угара магния в процессе длительного облучения расплава НЭМИ.

8. Дополнительное модифицирование заранее облученного в жидком состоянии НЭМИ' магниевого чугуна (2,5 мас.% ФСМг-6) лигатурой АКЦе (1,25 мас.%о) привело к следующим результатам:

— при облучении расплава НЭМИ в течение 5 минут температура начала кристаллизации аустенита tj, повышается примерно на 20 °C, а температуры начала tH3 (на 15°С) и конца tK3 (на 10°С) эвтектической кристаллизации увеличиваютсяпри этом также повышается температура начала кристаллизации tHA) эвтектоида (на 20°С) — при дальнейшем облучении расплава НЭМИ все кристаллизационные параметры 1: л, tH3, tK3, tHA), tKA1 уменьшаются;

— степень уплотнения расплава от 1350 °C до температуры начала кристаллизации аустенита —А1Ж и коэффициент термического сжатия аж в этом интервале температур изменяются по экстремальной зависимости от ПОН с максимумами этих параметров при 5-минутном облучении расплава НЭМИ;

— степень уплотнения гетерофазного расплава (А+Ж) и продолжительность кристаллизации избыточного аустенита монотонно возрастают от ПОН из-за расширения температурного интервала кристаллизации аустенита (1-л -1″ :));

— степени уплотнения при эвтектическомAJ3 и эвтектоидномAJa1 превращениях увеличиваются от ПОН до 20-минутного облучения расплава НЭМИ;

— аномальное уменьшение твердости и микротвердости структурных составляющих (П, Ф) также наблюдается при 5-минутном облучении расплава НЭМИ с дальнейшим повышением этих свойств до 20-минутного облучения расплава НЭМИпри облучении расплава в течение 20 минут чугун отбеливается;

— максимальная теплопроводность чугуна также наблюдалась при 5-минутном облучении расплава и она возросла в 1,40 раз по сравнению с необлученным чугуномследовательно, теплопроводность чугуна с шаровидным графитом выше, чем теплопроводность исходного магниевого чугуна с пластинчатым графитом без облученияпри дальнейшем облучении расплава магниевого чугуна, дополнительно модифицированного лигатурой АКЦе, происходит одновременное снижение теплопроводности и ухудшение формы графитаследовательно, общепринятое мнение о низкой теплопроводности высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по сравнению с серым чугуном (более 2,0 раза) вызывает сомнения;

— предварительная обработка расплава НЭМИ с определенной продолжительностью и последующее модифицирование лигатурой — единственный путь повышения теплопроводности высокопрочного чугуна с шаровидным графитомскорее всего, эффект повышения теплопроводности металлических сплавов, в том числе чугунов, под воздействием НЭМИ является следствием энергетического взаимодействия локальных короткоимпульсных.

5 7 электромагнитных полей высокой напряженности (10 .10 Вт/м) с частицами расплава (кластерами), приводящего к глубокой перестройке рассматриваемых микрогетерогенных систем на атомном уровне.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.Н. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении / С. Н. Леках, Н. И. Бестужев // Минск: Наука и техника, 1992. — 266 с.
  2. К.П. Основы металлографии чугуна / К. П. Бунин, Я. Н. Малиночка, Ю. Н. Таран // М.: Металлургия, 1969. 416 с.
  3. Ю.Н. Структура эвтектических сплавов / Ю. Н. Таран, В. И. Мазур // М.: Металлургия, 1978. 312 с.
  4. Ю.Г. Легированные чугуны / Ю. Г. Бобро // М.: Машиностроение, 1976.-287 с.
  5. Ю.Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны / Ю. Г. Бобро // М.: Машгиз, 1960.-201 с.
  6. Е. Высококачественный чугун / Е. Пивоварский // М.: Металлургия, 1965. Т1. 650 с.
  7. Е. Высококачественный чугун / Е. Пивоварский // М.: Металлургия, 1965. Т2. 1184 с.
  8. Н.Г. Кристаллизация и свойства чугунов в отливках / Н. Г. Гиршович. -М.: Машиностроение, 1986. 582 с.
  9. Ри Хосен. Влияние температурных режимов плавки, модифицирующих и легирующих элементов на свойства чугунов в жидком и твердом состояниях / Хосен Ри // Владивосток- Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 1997. -149 с.
  10. Ри Хосен. Влияние компонентов на свойства жидкой фазы и структурообразование чугунов / Хосен Ри // Владивосток- Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 1997. 196 с.
  11. Ри Хосен. Комплексно-легированные чугуны специального назначения / Хосен Ри, Э. Х. Ри // Владивосток: Дальнаука, 2000. 286с.
  12. Н.Н. // Тр. ин-та / ВДИИТМАШ. М., 1960. № 5.
  13. Высококачественные чугуны для отливок / Под ред. Н. Н. Александрова // М.: Машиностроение, 1982. 222 с.
  14. Н.И. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом / Н. И. Клочнев // М.: Машгиз, 1963.
  15. Л.Г. Знаменский. Электроимпульсные нанотехнологии в литейных процессах / Л. Г. Знаменский, В. В. Крымский, Б. А. Кулаков // Челябинск: Изд-во ЦНТИ, 2003. 130 с.
  16. В.И. Применение пульсирующего дутья при производстве стали / В. И. Явойский, А. В. Явойский, А. М Сизов // М.: Металлургия, 1985.
  17. A.M. Газодинамика и теплообмен сверхзвуковых газовых струй в металлургических процессах / A.M. Сизов // М.: Металлургия, 1987.
  18. Schmidt R. Secondary steelmaking technology for small heats / R. Schmidt, D. Polzin, G. Briickmann, H. Kemmer // Inst. Congr. New Dev. Met. Process. METEC 89. Proc. V. 3. Dusseldorf, 1989. — С. VII 4/1-VII 4/23.
  19. Schiirmann E. Stickstoffbewegung von Roheisen des Hochofens dis zum Rohstahl des Konverters / E. Schiirmann, F. Miinscher, R. Hammer // Stahl undEisen, 1989.-B. 109.-№ 7.-P. 43.
  20. В.А. О наследственности и способах воздействия на нее / В. А. Курганов, JI.A. Краузе, А. А. Кинаш // Генная инженерия в сплавах: тез. докл. VI Междунар. науч-практ. конф. Самара, 1998. — С. 41 — 42.
  21. БаумБ.А. О взаимосвязи свойств жидких и твердых сталей / Б. А. Баум, Г. В. Тягу нов // Пробл. Стального слитка. 1976. — № 6. — С. 37.
  22. М.Х. Теория неравновесной кристаллизации плоского слитка. / М. Х. Шоршоров, А. И. Манохин // М.: Наука, 1992. С. 6 — 22.
  23. Ри Хосен. Выбор температурных режимов обработки на основе анализа структурно-чувствительных свойств расплавов / Хосен Ри, Д. Н. Худокормов, Н. И. Клочнев // Литейное производство. 1982. -№ 5.-С. 13.
  24. Ри Хосен. Об упорядочении структуры ближнего порядка жидких чугунов при охлаждении / Хосен Ри, В. А. Тейх // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1980.-№ 11. — С. 123 — 126.
  25. В.И. Изготовление литых заготовок в авиастроении / В. И. Муравьев, В. И. Якимов, Хосен Ри // Владивосток: Дальнаука, 2003. 611 с.
  26. Ри Хосен. Зависимость механических свойств алюминиевых сплавов от термоскоростной обработки жидкой фазы / Хосен Ри, Е. М. Баранов // Литейное производство. 1986. -№ 11. — С. 5 — 7.
  27. Ри Хосен. Свойства алюминиевых сплавов (силуминов) в жидком и твердом состояниях / Хосен Ри, Е. М. Баранов, В. И. Шпорт // Владивосток: Дальнаука, 2002. 142 с.
  28. В.А. О вибрационном и виброимпульсном воздействиях на формирование слитка / В. А. Ульянов, В. Н. Гущин, М. А. Ларин, Н. В. Макарова // Металлы. 1991. — № 6. — С. 45 — 48.
  29. Г. А. О структурных превращениях в металлах и сплавах под действием импульсной обработки / Г. А. Воробьева, А. Н. Иводитов, A.M. Сизов//Металлы. 1991.-№ 6.-С. 131 — 137.
  30. И.И. Введение ультразвуковых колебаний в обрабатываемые среды / И. И. Теумин // М.: Машиностроение, 1968. 35 с.
  31. JI.Я. Электрическая и ультразвуковая обработка / Л. Я. Попилов // М.-Л.: Машгиз, 1960. 138 с.
  32. М.М. Электрическая и ультразвуковая обработка материалов / М. М. Бронштейн // Куйбышев: Кн. изд., 1960. 30 с.
  33. В.А. Ультразвуковая обработка / В. А. Волосатов // Л.: Лениздат, 1973.-248 с.
  34. А.В. Ультразвук и диффузия в металлах / А. В. Кулемин // М.: Металлургия, 1978. 199 с.
  35. А.И. Ультразвуковая обработка материалов / А. И. Марков // М.: Машиностроение, 1980. 237 с.
  36. О.В. Ультразвуковая обработка материалов / О. В. Абрамов, И. Г. Хорбенко, Ш. Швегла // М.: Машиностроение, 1984. 280 с.
  37. О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле / О. В. Абрамов // М.: Металлургия, 1972. 256 с.
  38. В.Ю. Ультразвуковая обработка материалов / В. Ю. Вероман, А. Б. Аренков // Библиотечка электротехнолога. Вып. 4. — М.: Машиностроение, 1971. — 168 с.
  39. АгранатБ.А. Физические основы технологических процессов, протакающих в жидкой фазе с воздействием ультразвука / Б. А. Агранат // М.: Металлургия, 1969.
  40. B.C. Повышение качества литых мелющих тел электрофизическим воздействием на кристаллизацию чугуна / B.C. Шкляр, М. Б. Солодкин, Л. Г. Алексеев // Литейное производство. 1994. — № 8. С. 23 — 24.
  41. Глинков Г. М. Изучение динамики перемешивания жидкой ванны на модели / Г. М. Глинков, Е. К. Шевцов // Изв.вузов. Черная металлургия, 1969.-№ 11.-С. 174−178.
  42. Г. М. Изучение гидродинамики сталеплавильной ванны на модели / Г. М. Глинков, Е. К. Шевцов // Изв.вузов. Черная металлургия, 1970.-№ 7. -С. 159−169.
  43. К.В. Влияние ультразвука на структуру и механические свойства ковкого чугуна при литье в кокиль / К. В. Горев, JI.H. Белозерский // Минск: Наука и техника, 1964. С. 15−21.
  44. Л.И. Ультразвуковая обработка белого и ковкого чугуна / Л. И. Леви, С. К. Кантеник // Изв. Вузов. Черная металлургия. 1969. — № 1. -С. 155 — 158.
  45. В.П. Ультразвуковая обработка металлов / В. И. Северденко, К. В. Горев, Е. Г. Коновалов, В. И. Ефремов, Л. А. Шевчук, В. В. Клубович, В. А. Лабунов // Минск: Наука и техника, 1966.-158с.
  46. А.И. Снижение зональной ликвации в слитках стали У7 и 1Х18Н9Т электроимпульсной обработкой при затпердевании / А. И. Манохин, Г. Т. Мальцев // Сталь. 1990. — № 9. — С. 65 — 67.
  47. Г. А. Научные основы разрядноимпульсных технологий / Г. А. Гулый // Киев: Наукова думка, 1990.
  48. Е.М. Обработка металлов импульсами электрического тока / Е. М. Левинсон, Л. В. Саулович // M.-JL: Машгиз, 1961.
  49. Г. Б. Технология и оборудование обработки металлов концентрированными потоками энергии / Г. Б. Вильский // Л: Ин-т повыш. квалиф. рук. работников и спец-тов судостр. пром-ти, 1991. — 130 с.
  50. И.В. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов/ И. В. Белый, С. М. Фертик, Л. Т. Хименко // Харьков: Вища школа, 1977. -168 с.
  51. А.В. Крупин. Обработка металлов взрывом / А. В. Крупин // М.: Металлургия, 1991. 494 с.
  52. Г. Н. Строение металлов, деформированных взрывом / Г. Н. Эпштейн //2-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1988″ — 279 с.
  53. Дж. С. Взрывная обработка металлов / Дж. С. Райнхард, Дж. Пирсон // М.: Мир, 1966. 391 с.
  54. В.А. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. / В. А. Ефимов, А.С. Эльдарханов// М.: Металлургия, 1995. -272 с.
  55. В.И. О влиянии магнитного поля на вязкость и структуру металлических расплавов / В. И. Ладьянов, И. А. Новохатский, И. Я. Кожухарь, А. И. Погорелов, И. И. Усатюк // Металлы. 1982. — № 4. -С. 42 — 44.
  56. А.А. Литье в вибрирующие формы / А. А. Романов // М.: Машгиз, 1959.-63 с.
  57. А.Г. Воздействие низкочастотной вибрации на кристаллизующийся металл / А. Г. Панчук, Ю. П. Поручиков,
  58. B.В. Ушенин, В. А. Денисов // Литейное производство. 1994. — № 4. —1. C. 12−14.
  59. В.А. Виброобработка для повышения работоспособности пластин ленточных конвейеров и шлаковозных чаш / В. А. Белевитин, В. М. Снегирев // Литейное производство. — 1992. № 10. — С. 17.
  60. Г. В. О влиянии вибрации низкой частоты на скорость зарождения центров кристаллизации / Г. В. Сутырин // Металлы. 1977. -№ 4.-С. 108−110.
  61. Г. А. Улучшение качества стали путем принудительного обновления металла на границе со шлаком / Г. А. Вачугов, В. В. Хлынов, О. М. Чехомов // Сталь. 1976. — № 8. — С. 12 — 13.
  62. Д.П. О механизме проявления наследственности в сплавах при физических методах воздействия на расплав / Д. П. Ловцов // Генная инженерия в сплавах: тез. докл. VI Междунар. науч-практ. конф. — Самара, 1998.-С. 16−18.
  63. Р.С. Электромагнитное перемешивание жидкой стали в металлургии / Р. С. Айзатулов, А. Г. Кузьменко, В. Г. Грачев, Ф. С. Солодовник, А. Ф. Ермоленко // М.: Металлургия, 1996. С. 96 — 97.
  64. А.Э. Электротермическое возбуждение и изменение колебаний в металлах. / А. Э. Микельсон, З. Д. Черный // Рига: Знание, 1979.- 151 с.
  65. К. Вопросы электромагнитного перемешивания стали / К. Зюнненберг, X. Якоби // Черные металлы. 1984, № 9. — С. 3 — 9.
  66. Н.П. Улучшение качества металла в результате применения электромагнитного перемешивания при непрерывной разливке стали: Обзор по системе «Информсталь» / Н. П. Каменская // Ин-т «Черметинформация». М., 1983. — Вып. 7. — 36 с.
  67. Е.И. Повышение производительности процесса / Е. И. Марукович, А. В. Князев, JI.B. Чешко, А. П. Мельников // Литейное производство. 1990. — № 1. — С. 18 — 20.
  68. А.Ф. Продувка стали азотом в ковше / А. Ф. Володин, Н. М. Блащук В.И. Мичикин // Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». М., 1986. Вып. 23. — С. 45.
  69. Е.И. Газоимпульсная обработка чугуна при непрерывном литье / Е. И. Марукович, А. П. Мельников // Автоматизация, роботизация и применение ЭВМ в литейном производстве (Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф.). Минск: БелНИИНТИ, 1988. — С. 85 — 86.
  70. Е.И. Интенсификация непрерывного горизонтального литья чугуна продувкой инертным газом / Е. И. Марукович, А. П. Мельников, Э. Б. Тен // Литейное производство. 1991. -№ 11.-С. 14−15.
  71. Э.Э. Продувка высокомарганцовистой литейной стали азотом в ковше / Э. Э. Меркер, А. С. Тимофеева, А. Г. Свяжин, П. В. Тимофеев,
  72. A.А.Мещеринов // Литейное производство. 1994. — № 6. — С. 10 — 11.
  73. А.В. Фильтрование и флюсовая обработка алюминиевых расплавов / А. В. Курдюмов, С. В. Инкин, B.C. Чулков // М.: Металлургия, 1980.
  74. Г. И. Влияние тонкой фильтрации расплава в поле акустической кавитации на структуру полуфабрикатов из сплава Д 16 / Г. И. Эскин,
  75. B.Г.Кудряшов, П. Н. Швецов, З. К. Кузьминская, И. А. Скотников, А. Д. Петров // Изв. АН СССР. Металлы, № 1. 1990. — С. 53.
  76. В.И. Ультразвуковая обработка расплава цветных металлов и сплавов / В. И. Добаткин, Г. И. Эскин // М.: Наука, 1986. С. 6.
  77. И.С. Измерение плотности жидкой стали по поглощению проникающего излучения / И. С. Ивахненко // Научно-техническая информация о работах ЦНИИТМАШа. М.: ОНТ ЦНИИТМАШ, 1966. Вып. 62.-С. 79−84.
  78. В.И. Измерение плотности жидких металлов с помощью гамма-излучений / В. И. Явойский // Изв. АН СССР. Металлы. 1974. — № 4.
  79. Г. В. Методика исследования плотности твердых и жидких металлов с использованием проникающих излучений / Г. В. Тягунов // Физические методы исследования твердого тела: Межвуз. сб. — Свердловск, 1977. Вып. 2. — С. 191−194.
  80. .С. Плотность жидкого чугуна и процессы структурообразования / Б. С. Мильман, Н. И. Клочнев, И. С. Ивахненко // Литейное производство. 1969. — № 5. — С 26−28.
  81. Гамма-метод в металлургическом эксперименте // Сб. научных трудов. -Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1981.
  82. Неразрушающие испытания. Справочник / Под. ред Р. Мак-Мастера. — М.: Энергия, 1965.-504 с.
  83. Л.А. Теплофизические свойства металлов при низких температурах / Л. А. Новицкий, И. Т. Кожевников // М.: Машиностроение, 1975.
  84. Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме / Е. С. Магунов // Л.: Энергия, 1973.
  85. В.В. Физико-механические свойства железоуглеродистых сплавов. Методы контроля и прогнозирования качества отливок / В. В. Белых, Хосен Ри // Владивосток: Дальнаука, 2003. 306 с.
  86. И.И. Железные сплавы. Твердые растворы железа / И. И. Корнилов // М.: Изд-во АН СССР, 1951.
  87. У. Термические методы анализа / У. Уэнланд // М.: Мир, 1978. -526 с.
  88. О. Окисление металлов и сплавов / О. Кубышевский, С.Б. ГокнинИМ.: Металлургия, 1965.
  89. В.И. О термодинамике и кинетике с участием активированных комплексов / В. И. Архаров // Защитные покрытия на металлах. 1972. -№ 6.-С. 24−28.
  90. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н. П. Жук // М.: Металлургия, 1976. 472 с.
  91. JI.И. Ускоренные методы коррозионных испытаний металлов/ И. Л. Розенфельд, К. А. Жителова // М.: Металлургия, 1966. 347 с.
  92. Л.И. Исследование процессов коррозии металлов / Л. И: Чекмарева // Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 1983.- 178 с.
  93. В.В. Методы исследования коррозии / В. В. Романов // М.: Металлургия, 1965. -280 с.
  94. ГОСТ 23.209−79. Метод испытания материалов на износостойкость о нежестко закрепленные абразивные частицы. — М.: Изд-во стандартов, 1980.-6 с.
  95. Структурообразование и интеллектуальные технологии синтеза наноматериалов: сборник научных трудов/ редкол.: Ю. Г. Кабалдин (отв. ред.) и др. Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2007. -С. 89 — 94.
  96. Ри Э. Х. Облучение при плавке жидкой меди и бронзы наносекундными электромагнитными импульсами / Э. Х. Ри, С. В. Дорофеев, Хосен Ри // М.: Металлургия машиностроения 2006. — № 4. — С. 13−17.
  97. Ри Э. Х. Свойства алюминия и силумина после облучения наносекундными электромагнитными импульсами / Э. Х. Ри, С. В. Дорофеев, Хосен Ри // М.: Металлургия машиностроения. 2006. — № 4.-С. 18−20.
  98. Ri Е.Н. Research of influence of an Irradiation of a liquid phase by nanosecond electromagnetic impulses (NEMI) on properties of metals and alloys / Ri E.H., Ri Hosen, Dorofeev S.V., Kuharenko E.B. // JCRSAMPT 2006. Joint China
  99. Russia symposium on advanced-materials processing technology. August 21— 22, Harbin, P.R. China, 2006.
  100. Патент № 2 287 605. Способ обработки расплава меди, ее сплавов наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) для повышения их теплопроводности / Ри Э. Х., Ри Хосен, Белых В. В. Заявл. 21.03.05.
  101. Справочник по чугунному литью. Изд-е 3-е, перераб. и доп. / Под редакцией Н. Г. Гиршовича // Л.: Машиностроение, 1978. 758 с.
Заполнить форму текущей работой