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

Аналіз фазового складу і розміру евтектичних колоній модифікованого робочого шару високохромистого чавуну показав, що при зменшенні останніх на 54% характеристики міцності підвищуються в середньому на 8%.

Виявлено спільний вплив додатку V і маси виливка на первинну структуру сплаву і механічні властивості робочого шару. Вплив цих чинників виявляється на глибині 20 мм від литої поверхні. Вони ≈ на 30% можуть змінити довжину стовбура дендритів і розмір його гілок другого порядку, а твердість – у межах від 70 до 74 HS. Менш значний вплив цих чинників на міцність при розтяганні і вигині (3, 0 і 6, 0% відповідно). Приблизно такий же вплив має маса виливка. Модифікування і оптимізація технологічних параметрів лиття забезпечили достатню однорідність робочого шару.

Для підвищення якості валків, що відливаються відцентровим методом на машині з вертикальною віссю обертання, виконані порівняльні дослідження зі застосуванням різних типів заливальних систем: стаціонарної і рухливої. Встановлено перевага останньої. Її застосування дозволяє вирівнювати температуру металу, що кристалізується, по висоті робочої поверхні виливка, уникнути негативних явищ, пов'язаних з незварюваністю робочого шару і серцевини з одного боку та пригаром нижньої шийки – з іншого. 

Застосування рухливої ливникової системи дозволило збільшити однорідність твердості по перетину і довжині робочого шару за рахунок рівномірного заповнення форми рідким металом.

У четвертому розділі наведено теоретичне моделювання теплопереносу і тверднення валків при відцентровому литті. Запропонована методика моделювання процесу, що враховує безліч технологічних чинників. Розроблена програма розрахунків “CBHEАТ” для чисельного моделювання лиття двошарових валків. Програма вирішує двомірні нестаціонарні рівняння тепло – і масопереносу, а також формування параболоїда обертання для визначення положення вільної поверхні рідкого металу у формі. При розробленні математичної моделі процесу прийняті наступні допущення: форма і рідкий метал знаходяться у відносному спокої (кутові швидкості у всіх точках простору рівні) ; під час заливання частки металу “миттєво” отримують значення кутових швидкостей форми; при наступній зміні числа обертань форми після заливання утворений шар не змінює геометричної поверхні; конвективні потоки в рідкому металі враховували у виді ефективних коефіцієнтів теплопровідності.

Геометрію вільної поверхні металу в порожнині форми описували відповідно до відомого рівняння параболоїда обертання:

 

 ;  , (4)

 

де g=9, 81 м/с2;  - частота обертання форми, об/хв;  - поточні координати параболоїда обертання;  - центр параболоїда обертання. Для визначення координат   необхідно завдати масу залитого металу й опис конфігурації внутрішньої порожнини форми.

На границі контакту між виливком і кокілем враховували нерівномірну по її висоті товщину теплоізоляційного покриття. Розрахунок розміру газового зазору між виливком і кокілем робили з умови її усадки і визначення товщини формованої кірки, здатної протистояти феростатичному і відцентровому тиску рідкого металу.

Розрахунок, відповідно до програми, робили на основі систем двомірних рівнянь, що описують тепло- і масоперенос (з урахуванням виділення теплоти кристалізації в інтервалі температур ліквідус-солідус і евтектики) у послідовності: завдання керуючих параметрів відповідно до технологічного процесу, визначення границі вільної поверхні параболоїда, пошарове заповнення порожнини форми рідким металом, визначення температурних полів і ліквації хрому. Контролювали товщину залитого шару, фронт тверднення, зміну хімічного складу по перетину виливка.

Виконано розрахунок можливості переходу хрому з робочого шару у серцевину валка. Показано, що у випадку, коли затверділо 70% металу робочого шару, при заливанні серцевини перехід хрому може складати 1, 45%. Регулювати процес зниження хрому в серцевині необхідно точним визначенням положення фронту кристалізації робочого шару, що твердне. Положення фронту кристалізації та ступінь переходу хрому в серцевину оцінювали з використанням теплофізичних розрахунків. При цьому враховували: термічний опір покриття форми; температуру заливання робочого шару і серцевини; коефіцієнт температуропроводності високохромистого чавуну; частоту обертання форми при кристалізації металу; тривалість технологічної витримки для тверднення робочого шару; масу металу для заливання.

Показано, що при визначеному поєднанні перерахованих параметрів можна забезпечувати необхідне підплавлення по нижньому торцю бочки на глибину до 10 мм, у верхній частині до 2 мм. Це обмежить переходові хрому в серцевину на рівні не більш 0, 2%.

У п'ятому розділі аналізуються якість валків, які мають робочий шар з високохромистого чавуну. Оцінку валків, які відлито відцентровим методом, проводили в литому і термообробленому стані. Для вибору параметрів термооброблення і регулювання якості, властивостей готової продукції було необхідним виявити закономірності, характерні для валків різної маси і типів, що відрізняються рівнем твердості і напруг, співвідношенням фаз у литому стані. Аналіз валків різної маси, але близького хімічного складу (один тип) показав, що властивості (твердість, коерцитивна сила) змінюються незначно. У різних типів відмінність властивостей більш істотна. Зі збільшенням маси виливка різниця суттєво значніша. Так, при зміні розміру валка від 815х2000 до 900х2000 твердість зростає на  5%, а коерцитивна сила на 27%, що пов'язано з формуванням більш грубої структури і підвищеного рівня напруг. Дослідження валків із хімічним складом, який відрізняється (К =Cr/C= 4, 68 і