Анотація до роботи:

Хитько О.Ю. Графітизуюче модифікування чавунних прокатних валків у ливарній формі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.16.04 – Ливарне виробництво. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертація присвячена рішенню науково-прикладної задачі, яка полягає у підвищенні якості виливків прокатних валків модифікуванням їх осьової зони, що забезпечує поліпшення їх фізико-механічних та експлуатаційних властивостей.

Одержані науково обґрунтовані та експериментально підтверджені результати. Сукупність цих результатів дозволила на рівні винаходу розробити високоефективну технологію внутрішньоформеної обробки чавунів графітизуючим модифікатором оптимального складу для валків с пластинчастим та кулястим графітом, механічні та експлуатаційні властивості котрих перевершують аналогічні властивості валків, виготовлених за серійними технологіями. Запропоновано і експериментально обґрунтовано застосування математичної моделі твердіння чавунного прокатного валка з введенням плавкого модифікатора. Модель описує стан елементів вказаної системи після заповнення ливарної форми та після модифікування, а також її стан та теплові процеси, які в ній проходять. За допомогою розробленої моделі можливо моделювання процесу твердіння розплаву з різними варіантами конфігурації модифікатора, діаметра валка, теплофізичних властивостей металу та ливарної форми. Складено алгоритм розрахунку процесу твердіння виливка, котрий реалізовано в виді ком’ютерної програми. Обробка розплавів запропонованим графітизуючим модифікатором дозволяє підвищити механічні та службові властивості матеріалу валків, утилізувати відходи, котрі раніше не використовувалися.

У дисертації наведені теоретичні узагальнення і нові рішення науково-технічної задачі, яка полягає у розробці наукових основ по визначенню параметрів технологічного процесу внутрішньоформеного модифікування, що забезпечує суттєвий вплив на осьову зону литої заготовки валка для поліпшення структури і підвищення міцнісних та експлуатаційних властивостей матеріалу цієї зони. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень отримані наступні наукові і практичні результати.

1. Аналіз сучасного стану вальцеливарного виробництва та експлуатаційної стійкості валків показав, що основною причиною передчасного виходу валків з ладу є поламки шийок та бочок, що пов’язано з транскристалічністю в структурі бочок і низькими показниками міцності осьової зони валків. Отож, робота, яка спрямована на дослідження впливу внутрішньоформеного графітизуючого модифікування чавунних прокатних валків на їх структуроутворення та механічні властивості, є актуальною.

2. Дослідження експлуатаційної стійкості, структури і властивостей матеріалу листо- і сортопрокатних валків серійного виробництва показали, що технологія їх виробництва потребує корегування для усунення транскристалічності в структурі бочок і підвищення міцності осьової зони валків.

3. Отримані залежності відбілу для сірого чавуну з пластинчастою формою графіту від кількості введених легкоплавких графітизуючих модифікаторів трьох типів - алюмінію і комплексів хімічних елементів Al+Si, Al+SiO₂ , згідно яких використання модифікатора Al+SiO₂ має найкращу графітизуючу здібність. За середнім показником підвищення твердості чавунів дослідні модифікатори можна розмістити у такий зростаючий ряд: алюміній, комплекс хімічних елементів Al+Si та модифікатор Al+SiO₂.

4. Використання модифікатора Al+SiO₂ при модифікуванні чавуну з кулястою формою графіту сприяло збільшенню графітної складової у структурі та не виявило демодифікуючої дії на фактор форми графіту.

5. Оптимізовано склад графітизуючого сумішного модифікатора, що містить комплекс «алюміній+кремній» у кількості 30…45% та УДП діоксиду кремнію – 55…70%. Склад розробленого модифікатора був запатентований.

6. Обробка модифікатором оптимізованого складу, як для чавуну з пластинчастим, так і кулястим графітом, сприяє усуненню відбілу та підвищенню міцнісних властивостей чавунів на 3…18%.

7. Розроблена математична модель технологічного процесу внутрішньоформеного графітизуючого модифікування розплаву легкоплавким модифікатором і твердіння литого валка у комбінованій ливарній формі та складений алгоритм розрахунку процесу його твердіння.

За допомогою розробленої математичної моделі визначені температурні параметри роботи легкоплавкого модифікатора при внутрішньоформеному модифікуванні осьової зони прокатних валків.

8. Розроблена нова конструкція пристрою для внутрішньоформеного графітизуючого модифікування легкоплавким модифікатором, який забезпечує необхідну точність початку процесу і стабільність ефекту модифікування. Розроблений пристрій відрізняється простотою і надійністю, а також можливістю багаторазового використання.

9. Визначені термочасові параметри процесу кристалізації валків, які відлиті із застосуванням внутрішньоформеного графітизуючого модифікування легкоплавким модифікатором, та розроблено методи реалізації цього технологічного процесу. Промислові випробування показали надійність примусового модифікування. Модифікування валкових розплавів дозволило одержати робочий шар гарантованої товщини, а структуру осьової зони практично без цементитної складової. Застосування внутрішньоформеного модифікування осьової зони бочки валка дозволило усунути транскристалічність структури.

10. Механічні властивості (_в^виг, _в^р) матеріалу бочок валків, що були промодифіковані за новою технологією, на 3…18, а верхніх та нижніх шийок – на 10…30% вищі у порівнянні з валками серійного виробництва.

11. Результати роботи пройшли випробовування у промислових умовах на ВАТ «Дніпропетровський завод прокатних валків» (акт від 17.10.07р.). Крім того, розроблені теоретичні положення використовуються в навчальному процесі в розділах лекційних курсів з дисциплін «Теоретичні основи ливарного виробництва» і «Виробництво виливків із спеціальних легованих та модифікованих чавунів і сталей» при підготовці бакалаврів та магістрів на кафедрі ливарного виробництва НМетАУ (акт від 15.01.09 р.).