Semenov O. Establishing the kinetics of the formation of liquid-solid and solid-liquid zones in castings from iron-carbon alloys and rarefaction in thermal nodes of castings

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0823U101228

Thesis Registration Form

0823U101228.pdf

Applicant for

Specialization

  • 136 - Металургія

11-12-2023

Specialized Academic Board

ДФ 08.820.013

Ukrainian State University of Science and Technologies

Essay

Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in specialty 136 - Metallurgy. – Ukrainian State University of Science and Technology, Dnipro, 2023. The dissertation summarizes the theoretical concepts of the processes of forming castings and controlling their solidification processes within the framework of solving the scientific and technical problem of establishing the kinetics of solidification of the casting fronts, solidus and liquidus along the thickness of castings made of iron-carbon alloys cooled in the mold and the mold, the development of modes of influence on metal hardening in liquid-solid zone of castings, establishing the causes of the "shrinkage depression" casting defect and developing recommendations for its prevention. Curves of the duration of solidification are constructed for the fronts of pouring of the liquid metal residue, liquidus and solidus in the coordinates of the relative thickness of the solidified metal layer x/R and the parametric criterion τ/R2 for Fe-C alloys with a carbon content of 0.04...4.83% were plotted, the kinetics of the fronts were calculated forsolidification of steel castings containing carbon 0.15%, 0.20%, 0.25%, 0.30%, 0.45%, 0.55%, 0.80%, 1.2%, 1.8%. The obtained results make it possible to reduce the time of finding castings in cast iron molds and foundries, to increase the reversibility of the mold and shell equipment, establish the time of safe movement of the foundry with the ingot from the caisson to the area of cooling or knocking out the casting and moving it to the thermal furnace for the implementation of the hot position technology. Examples of the use of the results of work by scientists and technologists in foundries are given. Setting the pouring boundary for Fe–C alloys allows the production of ingots using a technology in which: after solidification of the given working layer of the metal on the casting, the necessary amount of modifier or deoxidizer is calculated for introduction into the axial part of the casting, which has not yet solidified. The gradual melting of these chemical compounds will ensure a smooth change of the macro- and microstructure between the working layer and the axial zone. It is proposed to use the results obtained in the work on the position of the casting border, which is more accurate than based on calculations on the solidus borderto develop modes of influence on metal hardening in the axial zone of the casting. This happens due to the lack of shrinkage power from the center of the casting to the zone of microscopic movements. Therefore, the introduction of the modifier into the axial zone of the casting should be calculated based on the mass of the liquid section and the liquid-solid part of the casting. Calculations of the kinetics of the advance of liquidus, solidus and liquid metal pouring fronts from the surface to the center of castings obtained from experimental studies should be used to assess the accuracy of computer modeling of Fe-C alloy solidification processes and further adaptation of mathematical models thanks to the correction of thermophysical coefficients for the metal of castings and material foundry mold. A method for calculating the mass of the liquid and liquid-solid part in cast iron rolling rolls of various sizes after solidification of the working layer on the mold was developed, which ensured the introduction of a graphitizing modifier (aluminum) into the axial zone of castings. Practical testing of the development during the casting of a roll with a rough mass of 1619 kg in the conditions of a foundry confirms the feasibility of calculating the working layer at the pouring boundary in comparison with the assessment of the formation of the working layer at the solidus temperature, which was previously used. The process of melting aluminum and its distribution along the height of the roll has also been improved due to the rotation of aluminum by an electric motor and its movement by centrifugal forces to the solidifying front of the barrel and the necks of the rolling roll. A promising direction for the further development of the obtained results is the development of new methods of manufacturing iron castings due to physical, chemical and mechanical effects on the two-phase zone, deoxidation and alloying of the liquid and liquid-solid zones of castings during the solidification process to improve their physical, mechanical and operational properties. It was experimentally established that the cause of the casting defect "shrinkage depression" is the formation of heat nodes in the massive parts of castings, from the center of which the melt is filtered to feed the shrinkage of the solidifying layer on all the nearest surfaces of the casting

Read more

Research papers

V. Khrychikov, O. Semenov, H. Meniailo, Y. Aftandiliants, S. Gnyloskurenko. The Process of Vacuum Formation in the Shrinkage Cavity at Castings Crystallization. Archives of Foundry Engineering. Vol. 2022, Issue 4, 2022, P. 79-84. The Katowice Branch of the Polish Academy of Sciences. Scopus. DOI: 10.24425/afe.2022.143953.

V.E. Khrychikov, H.V. Meniailo, O.D. Semenov, Y.G. Aftandiliants, S.V.Gnyloskurenko. Graphitizing modification of the axial zone of cast iron rolling rolls in the liquidus-solidus temperature range. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. Dnipro, Ukraine. 2023, № 1. P. 67-73. Scopus. https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-1/067

Семенов О.Д., Хричиков В.Є., Куцова В.З., Меняйло О.В. Розрахунок кінетики просування фронту твердіння ізосолідус залізовуглецевих сплавів у кокільних циліндричних формах. Процеси лиття. 2021. № 2 (144). C. 31-38. https://doi.org/10.15407/plit2021.02.023.

Хричиков В.Є., Семенов О.Д., Меняйло О.В., Шалевська І.А., Мяновська Я.В. Усунення утяжини у художніх виливках з різною товщиною стінки. Процеси лиття. 2021. № 4 (146). с. 14-21. https://doi.org/10.15407/plit2021.04.014.

Семенов О.Д., Хричиков В.Є., Меняйло О.В., Афтандилянц Є.Г., Гнилоскуренко С.В. Вплив вмісту вуглецю на тривалість твердіння фронту ізоліквідус сплавів Fe-C у кокільних циліндричних формах. Теорія і практика металургії. 2022. №3. с. 57-62. https://nmetau.edu.ua/file/zh_03_2022_site.pdf

Семенов О.Д., Іванова Л.Х. Розрахунок процесу модифікування осьової зони прокатних валків із заевтектоїдної сталі з вмістом вуглецю 1,80%. Теорія і практика металургії. 2022. № 6 (137). C. 5-12. https://nmetau.edu.ua/file/zh_06_2022_v1.pdf

Семенов А.Д. Влияние кремния на формирование зародышей шаровидного графита в чугуне. Металлургическая и горнорудная промыш-ленность. 2015. № 4. С. 53-55. http://nbuv.gov.ua/UJRN/MGRP_2015_4_15

Чавун для прокатних валків. Патент України № 116726. Іванова Л.Х., Колотило Є.В., Хричиков В.Є., Семенов О.Д. МПК7 С22С 37/08, С22С 37/10, заявл. 29.11.16. власник НМетАУ; опубл.25.04.18, Бюл. № 8. 4с. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=246236&chapter=description

Чавун. Патент України № 116725. Іванова Л.Х., Колотило Є.В., Хричиков В.Є., Семенов О.Д. МПК7 С22С 37/10, заявл. 29.11.16. № а201612102; власник НМетАУ; опубл. 25.04.18, Бюл. № 8. 4с. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=246235

Спосіб усунення утяжин у виливках з потовщеними частинами стінки. Патент України № 127278. Хричиков В.Є., Семенов О.Д., Меняйло О.В. (in Ukrainian). Дата подання заявки 09.03.2021. МПК (2021.01) B22D 27/13 (2006.01), B22D 25/00. Опубл. 05.07.2023, Бюл. №27. https://base.uipv.org/searchInvStat/showclaimdetails.php?IdClaim=336807&resId=1

Семенов О.Д., Куцова В.З., Хричиков В.Є. Технологічні особливості формування утяжин у фасонних виливках. Збірник тез Міжнародної науково-технічної конференції «Литво-2021». XVII міжнародна науково-практична конференція «Литво-2021». X міжнародна науково-практична конференція «Металургія-2021». 18-20 травня. Запоріжжя. Козак-Палац. с. 175. https://nmetau.edu.ua/file/lite._metallurgiya._2021.pdf

A. D. Semenov. Removal of shrinkage depression in art castings with different wall thickness. 15th INTERNATIONAL SYMPOSIUM OF CROATIAN METALLURGICAL SOCIETY. SHMD ‘2022, Croatia, Zagreb, March 22nd – 23rd 2022. pg. 564. https://hrcak.srce.hr/file/386178

Семенов О.Д. Теплофизические процессы ввода ФС75 в чугун, модифицированный магнием. Збірник тез Міжнародної науково-технічної конференції Литье-2015. XI международная научно-практическая конференция. IV международная научно-практическая конференция Металлургия 2015. 26-28 мая. Запорожье. Козак-Палац. с. 215-216. https://repository.kpi.kharkov.ua/bitstreams/85d00a37-3e22-4cb5-a07b-099df25cae4a/download.

Хричиков В.Є., Меняйло О.В., Семенов О.Д. Твердофазне гідродинамічне модифікування Fe-C сплавів. Збірник тез. ХV Міжнародна науково-технічна конференція «Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах». Запоріжжя, 11–12 жовтня 2018 р. ЗНТУ. 2018. С. 67-68. http://eir.zp.edu.ua/bitstream/123456789/4347/4/Conf_non_metallic_inclusions_2018.pdf.

Семенов О.Д. Тепловые эффекты ввода магния в чугун, для поглучения шаровидной формы графита. Материалы ХII Международной научно-практической конференции «Литьё. Металлургия. 2016». 24-26 мая. Запорожье. ЗТПП. С. 445-446. https://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/30304/1/Litye_Metallurgiya_2016.pdf.

Семенов О.Д., Хричиков В.Є. Анализ кинетических кривых затвердевания с целью определения продолжительности затвердевания отливок из Fe-C сплавов. Перспективні технології, матеріали та обладнання у ливарному виробництві: матеріали VІ Міжнародної науково-технічної конференції, 25–28 вересня 2017 р. / ред. А. М. Фесенка, М. А. Турчаніна. Краматорськ: ДДМА, 2017. С. 112-114. http://www.dgma.donetsk.ua/docs/kafedry/tolp/publication/tolpkonf/%D0%A2%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%8B2017.pdf.

Хричиков В.Є., Семенов О.Д., Іванова Л.Х., Меняйло О.В., Афтанділянц Є.Г., Гнилоскуренко С.Г. Обговорення доцільності корегування терміну утяжина в ДСТУ:2020. Литво. Металургія. 2023: Матеріали XIX Міжнародної науково-практичної конференції (10-12 жовтня 2023 р., м. Харків - м. Київ) / Під заг. ред. д.т.н., проф. Пономаренко О.І. – Харків, НТУ «ХПІ». С. 220-221. https://doi.org/10.15407/foundry-metallurgy-2023.

Read more

Files

Semenov O D PhD 07-11-23.pdf

autoreferat-АНОТАЦІЯ.docx

Семенов О-Д- PhD.doc

Similar theses

0824U000052

Richard Likhatskyi

PRODUCTION OF HEAT-RESISTANT ALLOYS OF THE Cu-V AND Cu-Cr-Zr-V SYSTEMS IN THE CONDITIONS OF ELECTRON-BEAM CASTING TECHNOLOGY

0823U101723

Ruban Volodymyr Oleksandrovych

Development of an Energy-Efficient Metal Treatment Technology in a Ladle-Furnace Using Graphitized Hollow Electrodes

0823U101508

Volodymyr Dovbenko

Optimization of aluminum production technology from secondary raw materials

0823U100439

Veis Valentyn I.

Regularities of influence of thermokinetic parameters of crystallization on structure formation and properties of steel castings

0823U100168

Tyshkovets Mariia Viacheslavivna

The formation of inorganic binders and processes of production of foundry cores on their based.