Розробка технологічних прийомів управління процесом утворення зональної ліквації у великих сталевих зливках

Автор(и)

  • Анатолій Васильович Нарівський Фізико-Технологічний Інститут Металів та Сплавів Національної Академії Наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-1596-6401
  • Abdi Nuradinov Фізико-Технологічний Інститут Металів та Сплавів Національної Академії Наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7286-8648
  • Ibrahim Nuradinov Фізико-Технологічний Інститут Металів та Сплавів Національної Академії Наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-8916-5247

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.232496

Ключові слова:

фізичне моделювання, великий зливок, зональна ліквація, конвективний і капілярний масоперенос

Анотація

Методом фізичного моделювання вивчено вплив зовнішніх дій на процеси кристалізації і формування структури зливків. Проведено короткий аналіз існуючих гіпотез про розвиток фізичної, структурної та хімічної неоднорідностей у великих сталевих зливках. Визначено параметри структури і двофазної зони, а також характер розподілу лікватів по перетину зливків в залежності від умов їх затвердіння. Доведено вирішальне значення конвективного і капілярного масопереносу в міждендритних каналах зливків, що тверднуть, на формування зональної неоднорідності по їх перетину.

Експериментально при кристалізації модельного середовища (камфена) наочно підтверджено, що потік лікватів в междендритних каналах виникає при накопиченні в них певної кількості домішок. Встановлена чітка залежність швидкості цього потоку від швидкості кристалізації розплаву. Зі збільшенням затверділої частини розплаву швидкість переміщення лікватів (Vл) збільшується, при цьому швидкість кристалізації (R) зменшується через погіршення умов тепловідведення. На певній відстані від поверхні зливка ці швидкості стають рівними один одному і домішки виносяться на кордон затвердіння, що є головною причиною утворення зональної ліквації.

Отримані результати показують, що розвитком зональної ліквації в зливках можна управляти, використовуючи різні прийоми зовнішнього впливу на розплав, що твердіє. Як показали проведені дослідження, в якості таких інструментів можуть бути використані: регульована інтенсивність тепловідведення від зливка, а також додаток зовнішнього надлишкового тиску на розплав, що твердіє. У даних дослідженнях для отримання зливків з мінімальним рівнем хімічної неоднорідності досить забезпечити такі умови затвердіння сплаву: значення швидкостей кристалізації сплаву на рівні Rкр≥9·10-2 мм/с або зовнішній тиск на вільну поверхню зливків Рзовн.≥135 кПа.

Впровадження отриманих результатів у виробництво дозволить удосконалити технологію отримання великих ковальських зливків, забезпечить економію матеріалів та енергоресурсів, підвищення виходу придатного металу і поліпшення його якості

Біографії авторів

Анатолій Васильович Нарівський, Фізико-Технологічний Інститут Металів та Сплавів Національної Академії Наук України

Доктор технічних наук, член-кореспондент Національної Академії Наук України, директор інституту

Abdi Nuradinov, Фізико-Технологічний Інститут Металів та Сплавів Національної Академії Наук України

Доктор технічних наук, провідний науковий співробітник

Відділ безперервного лиття та деформаційних процесів

Ibrahim Nuradinov, Фізико-Технологічний Інститут Металів та Сплавів Національної Академії Наук України

Аспірант

Відділ безперервного лиття та деформаційних процесів

Посилання

  1. Efimov, V. A. (1976). Razlivka i kristallizatsiya stali. Moscow: Metallurgiya, 552.
  2. Efimov, V. A., El'darhanov, A. S. (2004). Tekhnologii sovremennoy metallurgii. Moscow: Novye tekhnologii, 784.
  3. Balandin, G. F. (1979). Formirovanie kristallicheskogo stroeniya otlivok. Moscow: Mashinostroenie, 288.
  4. Golikov, I. N., Maslenkov, S. B. (1977). Dendritnaya likvatsiya v stalyah i splavah. Moscow: Metallurgiya, 224.
  5. Flemings, M. C. (2000). Our Understanding of Macrosegregation. Past and Present. ISIJ International, 40 (9), 833–841. doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.833
  6. Wu, M., Ludwig, A., Kharicha, A. (2018). Simulation of As-Cast Steel Ingots. Steel Research International, 89 (1), 1700037. doi: https://doi.org/10.1002/srin.201700037
  7. Timofeev, G. I. (1977). Mekhanika splavov pri kristallizatsii slitkov i otlivok. Moscow: Metallurgiya, 160.
  8. Sang, B. G., Kang, X. H., Liu, D. R., Li, D. Z. (2010). Study on macrosegregation in heavy steel ingots. International Journal of Cast Metals Research, 23 (4), 205–210. doi: https://doi.org/10.1179/136404610x12665088537374
  9. Chen, Z., Shen, H. (2020). Simulation of macrosegregation in a 36-t steel ingot using a multiphase model. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 27 (2), 200–209. doi: https://doi.org/10.1007/s12613-019-1875-9
  10. Lan, P., Zhang, J. Q. (2013). Numerical analysis of macrosegregation and shrinkage porosity in large steel ingot. Ironmaking & Steelmaking, 41 (8), 598–606. doi: https://doi.org/10.1179/1743281213y.0000000172
  11. Pickering, E. J. (2013). Macrosegregation in Steel Ingots: The Applicability of Modelling and Characterisation Techniques. ISIJ International, 53 (6), 935–949. doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.53.935
  12. Efimov, A. V., El'darhanov, A. S. (1998). Sovremennye tekhnologii razlivki i kristallizatsii splavov. Moscow: Mashinostroenie, 360.
  13. Elliot, R. (1987). Upravlenie evtekticheskim zatverdevaniem. Moscow: Metallurgiya, 257–260.
  14. Froberg, G. (1989). Kosmicheskoe modelirovanie. Moscow: Mir, 110.
  15. Haaze, R. (1969). Termodinamika neobratimyh protsessov. Moscow: Mir, 544.
  16. El'darhanov, A. S., Efimov, V. A., Nuradinov, A. S. (2001). Lit'e stali pod davleniem. Metallurgiya mashinostroeniya, 3, 37–46.
  17. Natsume, Y., Takahashi, D., Kawashima, K., Tanigawa, E., Ohsasa, K. (2014). Evaluation of Permeability for Columnar Dendritic Structures by Three-dimensional Numerical Flow Analysis. ISIJ International, 54 (2), 366–373. doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.366
  18. Santos, R. G., Melo, M. L. N. M. (2005). Permeability of interdendritic channels. Materials Science and Engineering: A, 391 (1-2), 151–158. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.08.048
  19. Li, W., Shen, H., Liu, B. (2012). Numerical simulation of macrosegregation in steel ingots using a two-phase model. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 19 (9), 787–794. doi: https://doi.org/10.1007/s12613-012-0629-8
  20. Tu, W., Shen, H., Liu, B. (2014). Two-Phase Modeling of Macrosegregation in a 231 t Steel Ingot. ISIJ International, 54 (2), 351–355. doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.351
  21. Skvortsov, A. A., Akimenko, A. D., Ul'yanov, V. A. (1991). Vliyanie vneshnih vozdeystviy na protsess formirovaniya slitkov i zagotovok. Moscow: Metallurgiya, 216.
  22. El'darhanov, A. S., Efimov, V. A., Nuradinov, A. S. (2001). Protsessy formirovaniya otlivok i ih modelirovanie. Moscow: Mashinostroenie, 208.
  23. Skrebtsov, A. M., Kladiti, A. T. (2000). Razmyvanie potokom rasplava tverdoy poverhnosti iz togo zhe materiala. Protsessy lit'ya, 3, 37–43.
  24. Batyshev, A. I. (1977). Kristallizatsiya metallov i splavov pod davleniem. Moscow: Metallurgiya, 152.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-10

Як цитувати

Нарівський, А. В., Nuradinov, A., & Nuradinov, I. (2021). Розробка технологічних прийомів управління процесом утворення зональної ліквації у великих сталевих зливках. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1 (111), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.232496

Номер

Том 3 № 1 (111) (2021): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Анатолий Васильевич Наривский, Abdi Nuradinov, Ibrahim Nuradinov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.