Анотація до роботи:

Сінчук А.В. Підвищення якості литого металу методом електрогідроімпульсної обробки розплаву. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.07 – процеси фізико-технічної обробки. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, м. Київ, 2007.

Дисертація присвячена вивченню процесів, що відбуваються в розплаві в умовах імпульсного силового навантаження, визначенню технологічних факторів, які забезпечують покращення оброблюваності ливарних сплавів, та вдосконаленню на цій основі функціональних можливостей методу електрогідроімпульсної обробки розплаву (ЕГІО) щодо підвищення якості литого металу.

Теоретично та експериментально досліджено кавітаційні збурення в розплаві, вплив режимів електричного розряду та технологічних параметрів обробки на якість алюмінієвих, свинцевих та залізовуглецевих сплавів, сформульовано механізм електрогідроімпульсного впливу на термодинамічний стан розплаву.

Запропоновані технічні рішення дозволяють підвищити ефективність обробки за рахунок застосування коливального режиму розряду, оптимальних енергетичних параметрів та геометричних параметрів хвилеводу, скорочення часових витрат на обробку.

1. Показано, що на стан розплаву, кристалічну структуру і властивості литого металу переважно впливає розрядна стадія ЕГІО, відповідальна за розвиток в оброблюваній рідині кавітаційних процесів. Для різних режимів розряду отримано аналітичні залежності, котрі пов’язують ефективний тиск розрядного імпульсу з параметрами розрядного кола і спектральними характеристиками імпульсу. Встановлено, що максимальні рівні тиску в розрядному імпульсі та найбільш широкий акустичний діапазон відповідають коливальному режиму розряду.

2. Описано процес поширення хвилі тиску в розплаві та динаміка пульсацій газових включень на розрядній стадії ЕГІО. В діапазоні параметрів W₀ = 1,25-5пкДж і r_в = 5-50 мм, які застосовуються в розробленому технологічному обладнанні, визначено поле тиску в розплаві чавуну. Встановлено, що з переходом від узгодженого на коливальний режим розряду об’єм кавітаційної зони в розплаві збільшується до 3 разів.

3. Отримано експериментальні докази наявності кавітації в оброблюваному розплаві. Встановлено, що інтенсивність розвитку кавітаційних процесів в розплаві визначається акустичною жорсткістю розплаву, енергією одиничного імпульсу, кількістю імпульсів та об’ємом розплаву. Визначено, що в діапазоні значень радіусу хвилеводу r_в = 5-30 мм при коливальному режимі розряду діаметр кавітаційної зони в воді складає (2-4)r_в, в розплаві чавуну (3-4) r_в; довжина по осі хвилеводу в воді складає (4 - 5) r_в, в розплаві чавуну (5-10) r_в.

4. Встановлено, що в порівнянні з узгодженим коливальний режим розряду забезпечує скорочення приблизно в 1,4 рази часу, необхідного для видалення із розплаву газів. Отримано емпіричні залежності, які пов’язують тривалість цього процесу з об’ємом рідини та частотою розрядних імпульсів.

5. Розраховано термодинамічні характеристики підданого ЕГІО алюмінієвого розплаву, сформульовано уявлення про кавітаційний механізм впливу ЕГІО на структуру ближнього порядку металевої рідини та мікрогомогенізаційні процеси. Показано, що позиційна ентропія та термодинамічна рівноважність розплаву після ЕГІО підвищуються, розплав кристалізується при більших переохолодженнях, що є причиною зміни фазового складу та дисперсності структури.

6. Встановлено, що технологічна оброблюваність розплаву залежить від його акустичних характеристик, котрі визначають величину енергетичних втрат під час передачі розрядного імпульсу в розплав, і кластерної структури, яка визначає міру термодинамічної рівноваги розплаву. Із збільшенням об’ємної питомої енергії, затраченої на обробку, технологічна оброблюваність розплаву покращується.

7. Шляхом математичного моделювання описано процес плавлення сталевого хвилеводу у високотемпературному залізовуглецевому розплаві, що дозволяє прогнозувати зміну початкових геометричних параметрів хвилеводу і характеристик акустичного сигналу з плином часу. Отримано регресійну залежність, яка пов’язує стійкість хвилеводу з його геометричними параметрами та температурно-часовими умовами занурення в розплав. Міра відповідності розрахункових і експериментальних даних із стійкості хвилеводу становить 96-97%.

8. Експериментально на сплавах систем Al-Cu, Pb-Sb показано, що застосування коливального режиму розряду і оптимальних енергетичних параметрів обробки в порівнянні з узгодженим режимом забезпечує додаткове рафінування розплаву від небажаних домішок, подрібнення макро- і мікроструктури, підвищення густини металу і покращення його властивостей.

9. В промислових умовах із застосуванням коливального режиму розряду оброблено 50 тон розплаву сірого чавуну, з якого відлито 177 виливків загальномашинобудівного призначення. У виливках отримано зниження вмісту ливарних дефектів в 1,4 рази, збільшення межі міцності в 1,5 рази.

10. В промислових умовах піддано ЕГІО доменний переробний чавун, з якого відлито 4 дослідні виливниці. Досягнуто збільшення експлуатаційної стійкості виливниць в 2,2 рази.

Публікації автора:

1. Грабовый В.М. Исследование процесса плавления стального волновода в железоуглеродистом расплаве /В.М. Грабовый, А.В. Синчук, В.В. Тульский //Процессы литья. 2001. №3. С.1519.

2. Волков Г.В. Обработка чугуна концентрированными потоками энергии /Г.В.Волков, В.М. Грабовый, А.В. Синчук //Литейное производство. 1998. №1. С.1214.

3. Синчук А.В. Интенсификация графитообразования в высокопрочных чугунах импульсными потоками акустической энергии //Импульсные процессы в механике сплошных сред: Материалы 111 Научной школы. с. Коблево, сентябрь 1999 г. – Николаев: Атолл, 1999. С.133.

4. Грабовый В.М. Механизм влияния электрогидроимпульсной обработки на состояние расплава перед разливкой и кристаллизацию высокоуглеродистых сплавов /В.М. Грабовый, А.В. Синчук, В.Н. Цуркин //Теория и практика металлургии. 2000. №6. С.2831.

5. Синчук А.В. Эффективность электрогидроимпульсной обработки жидкого доменного передельного чугуна (ДПЧ) для производства изложниц //Импульсные процессы в механике сплошных сред: Материалы 1V Международной Научной школы-семинара. с. Коблево, август 2001г. – Николаев: Атолл, 2001. С.113114.

6. Синчук А.В. Влияние электрогидроимпульсной обработки расплава на качество ваграночного чугуна //Сб. науч. тр. Украинского государственного морского технического университета. 2002. №8 (386). С.4347.

7. Получение немагнитных чугунов с использованием акустической обработки расплава /Г.В. Волков, А.В. Синчук //Металлургия машиностроения.2003.№2. С.46.

8. Об использовании электрогидроимпульсной обработки сплавов свинца /В.М.Грабовый, Г.В. Волков, Н.А. Федченко, А.В. Синчук и др. //Металлургия машиностроения. 2002. №3(6). – С.810.

9. Цуркин В.Н. Расчетная методика для определения влияния параметров разряда на характеристики акустического поля в расплаве при электрогидроимпульсной обработке /В.Н. Цуркин, А.В. Синчук, А.В. Иванов //Электронная обработка материалов. - 2004.- №1. – С.8287.

10. Влияние электрогидроимпульсной обработки на термодинамическое состояние расплава и процесс кристаллизации /В.Н. Цуркин, А.В. Синчук //Процессы литья. 2007. №1-2. – С.70-74.

11. Цуркин В.Н. Влияние режима электрического разряда на качество метала, подвергнутого электрогидроимпульсной обработке в жидком состоянии /В.Н. Цуркин, А.В. Синчук, А.В. Иванов //Электронная обработка материалов. 2005. №1. С.98103.

12. Цуркін В.М. Вплив електрогідроімпульсної обробки розплаву на елементи різних структурних рівнів в металі /В.М. Цуркін, Г.В. Волков, А.В. Сінчук //Металознавство та обробка металів. 2004. №4. С.3743.

13. Волков Г.В. Структура и свойства литейного сплава АЛ7, подвергнутого электрогидроимпульсной обработке /Г.В. Волков, А.В. Синчук, Н.А. Федченко //Процессы литья. 2005. №2. – С.51-54.

14. Цуркин В.Н. Функциональные возможности электрогидроимпульсной обработки расплава в ковше /В.Н. Цуркин, В.М. Грабовый, А.В. Синчук //Электронная обработка материалов. – 2006. –№5. – С.5561.

Особистий внесок здобувача в роботах, опублікованих у співавторстві. В [1] проведено регресійний аналіз результатів чисельного рішення матмоделі, експериментальні дослідження стійкості хвилеводу і отримано експериментальну поправку на оплавлення діючого хвилеводу. В [2] вивчено вплив ЕГІО на графітоутворення в сірому чавуні, в [4, 7] сформульовано механізм впливу ЕГІО на переохолодження та мікроструктуру чавуну. В [3] проведено аналіз металознавчих даних та досліджено вплив енергетичних параметрів ЕГІО на показники якості свинцевого сплаву. В [9] проведено експрес-аналіз ефективного тиску на торці хвилеводу та Фур’є - аналіз акустичних спектрів тиску, в [1113] розроблено методику та проведено експериментальні дослідження впливу режимів розряду на показники якості сплаву АЛ7. Виявлено ефективний режим розряду. В [10] розраховано термодинамічні характеристики розплаву після ЕГІО, запропоновано механізм впливу на структуру ближнього порядку і зародкоутворення в розплавах. В [14] проаналізовано фізичні процеси, що супроводжують розрядну стадію ЕГІО та виявлено фактори, що зумовлюють відмінності в технологічній оброблюваності сплавів.