Технологія виробництва, якість і властивості відцентроволитих валків з високохромистим чавуном у робочому шарі

При проведенні досліджень використані методи математичного моделювання, планування експерименту, побудова математичних моделей з використанням регресійного аналізу. Експериментальні дослідження виконані за різними технологічними прийомами лиття і термооброблення для визначення параметрів та режимів відповідно до вимог замовників.

У роботі використані сучасні методи оцінки структури та властивостей сплавів. Розроблені норми та методика оцінки напруженого стану виготовлених валків.

Наукова новизна одержаних результатів:

 розроблені математичні моделі, які описують вплив умов кристалізації робочого шару відцентроволитих валків і хімічного складу високохромистого сплаву на рівень твердості, міцності та мікроструктуру, що дозволяє прогнозувати область використання та їх експлуатаційну стійкість;

 на основі комплексного дослідження зв'язку ступеня евтектичності сплаву та рівня напруг, сформованих при кристалізації виливків, розроблена нова методика їх регулювання хімічним складом високохромистого сплаву, а також додатковим модифікуванням ванадієм;

 встановлений зв'язок технологічних параметрів лиття зі зварюваністю різнорідних металів і з переходом хрому робочого шару в серцевину та шийки валків. Виконане моделювання процесу теплопереносу та тверднення виливків за умови їх кристалізації в обертовій формі, що дозволило регулювати товщину робочого шару та однорідність його властивостей;

 визначений вплив параметрів термічного оброблення масивних виливків на ступінь розпаду залишкового аустеніту і формування його продуктів (фаз), що регулюють рівень твердості, напруг і експлуатаційної стійкості валків.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробленні технологічних параметрів лиття та термооброблення валків на принципово новому устаткованні. Виробництво таких валків враховує різні вимоги замовників. Запропонована нова схема заливання металу в обертову форму з використанням рухомої ливникової системи, що забезпечує рівномірне піднімання металу вздовж її стінок і кристалізацію робочого шару, близького за розмірами у верхньому та нижньому торцях бочки, а також досягнення однорідної твердості. Запропонований технологічний процес впроваджений на Лутугинському державному науково-виробничому валковому комбінаті та захищений патентом України. Отримані акти експлуатаційних випробувань двошарових відцентроволитих валків зі високохромистого чавуну. Економічний ефект від впровадження нової технології виробництва відцентрового лиття на машині з вертикальною віссю обертання валків масою 8-16 т в об'ємі 289, 8 т склав 1, 257 млн. грн. на рік.

Особистий внесок здобувача полягає у наступному: вивченні існуючі технології виробництва валків з робочим шаром з високохромистого чавуну; виконанні аналізу результатів експериментів по відпрацьовуванню технологічного процесу відцентрового лиття двошарових валків; дослідженні впливу параметрів лиття на якість та властивості виливків; розрахунку процесів гідродинамічного заповнення форми металом і теплопереносу в умовах змін швидкості її обертання; аналізі впливу зміни хімічного складу на структуру та властивості матеріалу валків; розробленні рекомендацій по технології відцентрового лиття валків; дослідженні напруженого стану двошарових відцентроволитих валків з високохромистого чавуну.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми і перспективи розвитку ливарного виробництва” (м. Дніпропетровськ, 1999 р.) ; 15-й міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивні технології в машинобудуванні” (м. Одеса, 2000р.) ; І міжнародному симпозіумі “Устатковання і технології термічного оброблення металів і сплавів у машинобудуванні” (м. Харків, 2000 р.) ; III міжнародному симпозіумі з триботехніки (м. Пекін, Китай, 2000 р.) ; науково – практичній конференції “Проблеми та перспективи одержання конкурентноздатної продукції в гірничо-металургійному комплексі України” (м. Дніпропетровськ, 2000 р.) ; II міжнародному симпозіумі “Устатковання та технології термічного оброблення металів і сплавів у машинобудуванні” (м. Харків, 2001 р.).

Публікації. Результати досліджень викладені в 14 друкованих роботах, у тому числі 8 у наукових журналах і збірниках наукових праць (фахових виданнях за переліком ВАК України) ; 5 у матеріалах і тезах конференцій; у 1 патенті.

Об'єм роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, шістьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (146 найменувань), шістьох додатків. Загальний обсяг дисертації 350 сторінок. Основна частина викладена на 145 сторінках і містить 70 рис. і 49 табл.

 

 

В вступі обґрунтована актуальність теми, сформульована мета роботи, приведені її новизна і практична значність виконаних розроблень.

У першому розділі представлений аналіз виробництва двошарових валків. Наявні в літературі і патентах дані з хімічного складу робочого шару високохромистих двошарових валків суперечливі. Аналіз закордонних патентів, проспектів і літературних джерел показав, що при виробництві валків предчистових і чистових клітей листових станів гарячої прокатки для підвищення експлуатаційних властивостей (зносостійкості, зменшення схильності до окислення, термостійкості) для робочого шару за кордоном застосовують високохромисті сплави, що містять у своєму складі: 12-20% Cr, 0, 4-0, 6% Si, 0, 8-1, 2% Mn, 0, 8-3, 0% Ni, а також у невеликих кількостях додають ванадій, титан, ніобій або бор. У таких сплавах концентрація вуглецю змінюється в межах 2, 4-3, 4%.

На основі наявних відомостей про службові характеристики прокатних валків з робочим шаром з високохромистого чавуну і серцевиною з високоміцного або сірого показано, що їх надійна робота визначається фазовим складом сплаву. Особливість робочого шару високохромистих валків пов'язана з утворенням як звичайних карбідів [Fe, Cr]3C, так і спеціальних – [Cr, Fe]7C3, [Cr, Fe]23C6, причому підвищення експлуатаційних властивостей у першу чергу пов'язують з утворенням спецкарбідів [Cr, Fe]7C3. Підвищення стійкості