Введение к работе
з
Актуальность работы. В настоящее время деформируемые медно-никелевые сплавы широко используются в различных отраслях нашей страны и за рубежом. Часть медно-никелевых сплавов идет на изготовление труб ответственного назначения, которые применяются в теплообменных аппаратах, используемых в судостроении, атомной энергетике, поэтому к этим сплавам предъявляются высокие требования по химическому составу, механическим свойствам и коррозионной стойкости. Промышленная плавка медно-никелевых сплавов осуществляется в индукционных канальных печах, где в качестве покрова используется древесный уголь. Разливка производится на установках полунепрерывного литья вертикально вниз в кристаллизаторы скольжения, при этом для предотвращения окисления поверхность расплава защищается слоем прокалённой сажи. Сажа и древесный уголь являются источниками углерода и серы, а углерод является нежелательной примесью в медно-никелевых сплавах. Конкурентная способность из этих сплавов определяется не только их качеством, но и стоимостью. В последнее время возросла доля ломов в составе шихтовых материалов. Анализ качества слитков показал повышенное содержание серы в сплавах. Сера является вредной примесью в медно-никелевых сплавах. Сера образует с никелем легкоплавкую эвтектику Ni-Ni3S2, которая, располагаясь по границам кристаллов, нарушает связь между ними и способствует разрушению слитков при дальнейшей обработке давлением. Следует отметить, что в связи с низкой теплопроводностью сажи теплоотвод с поверхности расплава практически отсутствует. Это приводит к тому, что перепад температуры по сечению слитка достигает значительных величин (свыше 700 С на выходе слитка из кристаллизатора) и способствует возникновению внутренних напряжений и образованию трещин в центральной зоне слитка. Как правило, предельная скорость литья ограничивается вероятностью образования горячих трещин и является достаточно низкой.
Известно, что измельчение зерна являёт^с.эфДщкшвишл'опусобом борьбы с
08 WQ/^nj
горячими трещинами. Кроме того, слитки со структурой, состоящей из мелких равноосных кристаллов, более благоприятны для дальнейшей обработки давлением. Содержащийся в сплавах никель растворяет значительное количество водорода, поэтому медно-никелевые сплавы склонны к образованию газовой пористости. В этой связи, совершенствование существующего технологического регламента производства литых заготовок из медно-никелевых сплавов без газовой пористости, внутренних горячих трещин, с мелкозернистой структурой и минимальным содержанием серы и углерода является актуальным.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение качества литых заготовок из медно-никелевых сплавов за счет устранения внутренних горячих трещин, пористости, а также повышения механических свойств литых заготовок и продукции из них Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Выполнить исследование влияния технологических факторов на процесс формирования структуры и глубину лунки слитков медно-никелевых сплавов с целью выявления возможности интенсификации процесса затвердевания этих сплавов при полунепрерывном способе литья и получения качественных литых заготовок.
-
Обосновать выбор модификаторов для медно-никелевых сплавов на примере сплавов МНЖ5-1, МНЖМцЮ-1-1 и МНЖМцЗО-1-1. Определить наиболее приемлемый тип модификатора и выполнить сравнительное исследование структуры и механических свойств слитков, отлитых по стандартной технологии и с применением модифицирования, и изделий из этих сплавов.
-
Исследовать особенности затвердевания слитков, склонных к образованию газовой пористости и трещин, по стандартной технологии и с использованием флюсов.
-
На основании выполненного исследования разработать технологический регламент плавки и литья медно-никелевых сплавов.
5 Научная новизна работы.
1. Экспериментально установлены взаимосвязи скорости
кристаллизации, глубины лунки жидкого металла от скорости литья слитков из медно-никелевых сплавов при полунепрерывном литье в прямоточный кристаллизатор.
-
Впервые предложен комплексный модификатор Ni-Mg-Ce для медно-никелевых сплавов с целью измельчения структуры и одновременной десульфурации сплавов, а также увеличения степени усвоения магния и церия.
-
Установлено, что затекающий в зазор между слитком и кристаллизатором жидкий флюс устраняет неравномерность фронта затвердевания при кристаллизации слитка, особенно в нижней части лунки жидкого металла.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментального исследования и теоретического анализа, на основании которых выявлена зависимость глубины лунки жидкого металла от скорости литья и диаметра слитка для медно-никелевых сплавов на примере МНЖ5-1, МНЖМцЮ-1-1 иМНЖМцЗО-1-1.
-
Результаты исследования влияния различных модификаторов на структуру и свойства лабораторных образцов из этих сплавов.
-
Результаты исследования влияния различных покровных материалов в печи и кристаллизаторе, применяемых взамен сажи и древесного угля, на структуру и свойства медно-никелевых сплавов на примере МНЖМцЗО-1-1.
-
Результаты промышленного опробования усовершенствованной технологии производства слитков из медно-никелевых сплавов на примере МНЖ5-1,МНЖМцЮ-1-1 иМНЖМцЗО-1-1.
Практическая ценность работы.
1. Из выведенной зависимости глубины лунки жидкого металла от скорости литья и диаметра слитка построена номограмма, позволяющая прогнозировать появление внутренних горячих трещин в отливках из медно-
никелевых сплавов на примере МНЖ5-1, МНЖМцЮ-1-1, МНЖМцЗО-1-1 и назначить технологические параметры литья.
2. Усовершенствован существующий технологический регламент производства слитков из медно-никелевых сплавов на примере МНЖ5-1, МНЖМцЮ-1-1 и МНЖМцЗО-1-1.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 6 Международной научной конференции, г. Вроцлав (Польша), 2004 г.; на 1 Российской конференции по трубному производству «Трубы России - 2004», г. Екатеринбург, 2004 г.; на 4 отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО «Уральский государственной технический университет - УПИ», г. Екатеринбург, 2003 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 статьи и 2 тезисов докладов, получен 1 патент РФ и 1 патентная заявка.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографического списка из 119 наименований и 12 приложений. Она изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков и 14 таблиц.
