Семенов О. Д. ВСТАНОВЛЕННЯ КІНЕТИКИ ФОРМУВАННЯ РІДКО-ТВЕРДОЇ ТА ТВЕРДО-РІДКОЇ ЗОН У ВИЛИВКАХ ІЗ ЗАЛІЗОВУГЛЕЦЕВИХ СПЛАВІВ ТА РОЗРІДЖЕННЯ В ТЕПЛОВИХ ВУЗЛАХ ВИЛИВКІВ

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U101228

Облікова картка дисертації

0823U101228.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 136 - Металургія

11-12-2023

Спеціалізована вчена рада

ДФ 08.820.013

Український державний університет науки і технологій

Анотація

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 136 – Металургія. – Український державний університет науки та технологій, Дніпро, 2023. У дисертації узагальнено теоретичні уявлення процесів формування виливків і керування процесами їх затвердіння у рамках рішення науково-технічної задачі встановлення кінетики твердіння фронтів виливання, солідус і ліквідус по товщині виливків із залізовуглецевих сплавів, що охолоджуються в кокілі і виливниці, розробки режимів впливу на твердіння металу в рідко-твердій зоні виливків, встановлення причин появи ливарного дефекту «утяжина» і розробленні рекомендацій його попередження. Побудовані криві тривалості твердіння для фронтів виливання рідкого залишку металу, ліквідус та солідус в координатах відносної товщини затверділого шару металу х/R і параметричного критерію τ/R2 для Fe-С сплавів з вмістом вуглецю 0,04…4,83%, розраховано кінетику фронтів твердіння для сталевих виливків, що містять вуглець 0,15%, 0,20%, 0,25%, 0,30%, 0,45%, 0,55%, 0,80%, 1,2%, 1,8%. Отримані результати дозволяють скоротити час находження виливків у чавунних кокілях та виливницях, збільшити зворотність кокільно-опокового оснащення, встановити час безпечного переміщення виливниці зі злитком з кесону до ділянки охолодження або вибивання виливка і переміщення його в термічну піч для реалізації технології гарячого посаду. Наведено приклади використання результатів роботи науковцями і технологами в ливарних цехах. Встановлення границі виливання для сплавів Fe–C дозволяє реалізувати виробництво виливків і злитків за технологією, у якій: після твердіння заданого робочого шару металу на виливниці, розраховується необхідна кількість модифікатора або розкислювача для введення в осьову частину виливка, яка ще не затверділа. Поступове розплавлення цих хімічних сполук забезпечить плавну зміну макро- і мікроструктури між робочим шаром і осьовою зоною. Для розроблення режимів впливу на твердіння металу в осьовій зоні виливка запропоновано використати отримані в роботі результати про положення границі виливання, що більш точне, ніж за розрахунками по границі солідус. Обумовлено це відсутністю живлення усадки з центру виливка в зону мікроскопічних переміщень. Тому введення в осьову зону виливка модифікатора необхідно розраховувати по масі рідкої ділянки та рідко-твердої частини виливка. Отримані за експериментальними дослідженнями розрахунки кінетики просування фронтів твердіння ліквідус, солідус і виливання рідкого металу від поверхні до центру виливків доцільно використовувати для оцінки точності комп'ютерного моделювання процесів твердіння сплавів Fe-C і подальшої адаптації математичних моделей завдяки корегуванню теплофізичних коефіцієнтів для металу виливків і матеріалу ливарної форми. Розроблено методику розрахунку маси рідкої та рідко-твердої частини в чавунних прокатних валках різних розмірів після твердіння робочого шару на кокілі, що забезпечило введення в осьову зону виливків графітизуючого модифікатора (алюмінію). Практичне випробовування розробки при литті валка з чорновою масою 1619 кг в умовах ливарного цеху підтверджує доцільність розрахунку робочого шару по границі виливання у порівнянні з оцінкою формування робочого шару по температурі солідус, що раніше використовували. Також удосконалено процес розплавлення алюмінію і його розподіл по висоті валка за рахунок обертання електричним двигуном алюмінію і його переміщення відцентровими силами до фронту твердіння бочки і шийок прокатного валка. Перспективним напрямком подальшого розвитку отриманих результатів є розробка нових способів виготовлення чавунних виливків за рахунок фізичного, хімічного і механічного впливу на двофазову зону, розкислення і легування рідкої та рідко-твердої зон виливків в процесі твердіння для підвищення їх фізико-механічних і експлуатаційних властивостей. Експериментально встановлено, що причиною виникнення ливарного дефекту «утяжина» є формування в масивних частинах виливків теплових вузлів, з центру яких розплав фільтрується для живлення усадки на всі найближчі поверхні виливка. При переміщенні розплаву з теплового вузла в його центрі утворюються усадкова раковина та розрідження. Тому атмосферний тиск спричиняє втягування і викривлення шару металу, що твердіє, на частині поверхні виливка з меншою міцністю. Розроблено пристрій для вимірювання розрідження в усадковій раковині, який засновано на використанні голки медичної спинальної із неіржавіючої сталі, встановлено кінетику утворення розрідження в усадковій раковині виливка у формі куля діаметром 120 мм та процес твердіння центру кулі у піщано-глинистій формі. Відповідно отриманим експериментальним результатам запропоновано провести корегування визначення ливарного дефекту «утяжина» в ДСТУ 9051:2020 (Виливки з чавуну і сталі. Дефекти

Читати повністю

Публікації

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.

Читати повністю

Файли

Semenov O D PhD 07-11-23.pdf

autoreferat-АНОТАЦІЯ.docx

Семенов О-Д- PhD.doc

Схожі дисертації

0824U000052

Ліхацький Річард Федорович

ОДЕРЖАННЯ ЖАРОМІЦНИХ СПЛАВІВ СИСТЕМ Cu-V ТА Cu-Cr-Zr-V В УМОВАХ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОЇ ЛИВАРНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

0823U101723

Рубан Володимир Олександрович

Розробка енергозберігаючої технології обробки металу на установці «ківш-піч» при використанні графітованого порожнистого електрода

0823U101508

Довбенко Володимир Віталійович

Оптимізація технології одержання алюмінію з вторинної сировини

0823U100439

Вейс Валентин Ілларіонович

Закономірності впливу термокінетичних параметрів кристалізації на структуроутворення і підвищення властивостей сталевих виливків

0823U100168

Тишковець Марія Вячеславівна

Створення неорганічних зв'язувальних компонентів і процесів формоутворення ливарних стрижнів на їх основі.