На правах рукописи

Петраков Олег Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОТЛИВОК ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ С ВЫСОКОЙ

ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ РАБОЧЕГО СЛОЯ

Специальность: 05.02.01 Материаловедение в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Брянском государственном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кульбовский Иван Кузьмич

Официальные оппоненты:

1. доктор технических наук, профессор Баранов Юрий Викторович 2. кандидат технических наук, доцент Симочкин Василий Васильевич

Ведущая организация:

Закрытое акционерное общество Управляющая компания «Брянский машиностроительный завод» (г. Брянск)

Защита состоится «_»2007 г. в _ часов на заседании диссертационного совета Д212.129.01 Московского государственного индустриального университета по адресу: 115280, г. Москва, ул. Автозаводская, д.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного индустриального университета

Автореферат разослан _ _ 2007года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.129. к.т.н., доцент Ю.С. Иванов

Общая характеристика работы

.

Актуальность работы. Многие отрасли народного хозяйства РФ, в том числе машиностроительный комплекс, имеют постоянный спрос на прокат различного сортамента. Основным рабочим инструментом прокатного стана, влияющим на качество и стоимость проката, является прокатный валок. В настоящее время нашли широкое применение литые стальные и чугунные прокатные валки различного химического состава и структуры из легированных и низколегированных сплавов. Изготавливается еще один тип прокатных валков – биметаллические валки, которые могут быть как литыми, так и сборными.

Сборные прокатные валки представляют собой запрессованное соединение втулки из одного сплава на сердечник из другого сплава. Данный тип биметаллических валков обладает недостатками, присущими соединениям, не имеющим переходной зоны и работающим при циклических нагрузках в условиях нагрева (биение, перераспределения нагрузок). Кроме того, производство сборных прокатных валков технологически сложное. Литые биметаллические прокатные валки изготавливают из чугунов и представляют собой втулку из отбеленного чугуна и сердечник из серого. Эти валки имеют такие недостатки как неравномерность толщины отбела, износостойкости и механических параметров по длине и глубине рабочей части валка, малую прочность сердцевины. Все это приводит к выходу таких прокатных валков из строя по причине износа и выкрашивания рабочих поверхностей валка, отслоения отбеленного слоя, поломки треф.

В связи с этим актуальной является проблема отыскания новых технологических решений, которые могут повысить стабильность механических свойств и износостойкости по длине и сечению бочки валка, и тем самым увеличить работоспособность и снизить себестоимость литых биметаллических прокатных валков по сравнению с монометаллическими валками из стали и чугуна.

Закрытое акционерное общество Управляющая компания «Брянский Машиностроительный Завод» имеет собственное прокатное производство, занимающееся изготовлением проката небольшого сечения (прут, полоса, уголок и т.д.). В прокатных станах этого завода используют покупные литые прокатные валки из серого чугуна с отбеленным рабочим слоем. Однако их качество невысокое, и с учетом наличия на заводе достаточно развитого литейного производства существует потребность в разработке новой технологии получения высококачественных биметаллических прокатных валков для собственного прокатного производства. В связи с этим была предложена технология производства литого биметаллического прокатного валка, заключающаяся в формировании рабочей части валка из белого износостойкого чугуна, а сердцевины из высокопрочного чугуна. Эта технология может быть использована и для изготовления валков различным потребителям.

Цель работы. Разработка технологического процесса получения литых биметаллических прокатных валков из железоуглеродистых сплавов, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойствами рабочей поверхности и высокую прочность сердцевины прокатного валка.

Задачи работы:

1. Построение физической модели взаимодействия различных железоуглеродистых сплавов при образовании переходной зоны в литых биметаллических изделиях, в том числе:

железоуглеродистых сплавов и технологических параметров производства биметаллических изделий на образование в них переходной зоны, и формирование комплекса технологических показателей, определяющих качество полученной переходной зоны;

2. Исследование влияния химического состава, технологии выплавки и термической обработки легированного хромом белого износостойкого чугуна на формирование его структуры и свойств и разработка оптимального его состава для рабочего слоя литого биметаллического прокатного валка, в том числе:

– исследование морфологии строения карбидов в структуре легированного хромом белого износостойкого чугуна;

– разработка математических моделей зависимости механических и эксплуатационных параметров белых износостойких легированных хромом чугунов от его химического состава и термической обработки;

– оптимизация химического состава белого легированного хромом износостойкого чугуна к условиям работы прокатных валков чистовых клетей горячего прокатного стана.

3. Оптимизация технологического процесса получения литых биметаллических прокатных валков с высокими эксплуатационными характеристиками рабочего слоя и сердцевины.

4. Исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего в отливке при производстве биметаллических прокатных валков, построение модели теплофизического взаимодействия металлов в переходной зоне валка и определение на их основе оптимальных физико-механических показателей взаимодействующих сплавов.

Общая методология исследований. Основные результаты работы получены на основе проведения экспериментальных и опытно-промышленных исследований. В ходе исследований использовались математические методы планирования экспериментов, компьютерные программы и методы моделирования и оптимизации для построения физической модели взаимодействия в зоне контакта сплавов. Изучаемые параметры и выходные данные получены с помощью комплекса мер по определению основных механических и структурных характеристик материалов. Для чего проводилось металлографическое исследование структуры и микрорентгеноспектральный анализ состава и структуры сплавов с целью выявления их влияния на изучаемые параметры биметаллического изделия.

Достоверность выводов и практические рекомендации подтверждаются применением современных математических методов и компьютерного моделирования, проверенных методик структурного анализа и обработки данных, экспериментальными исследованиями.

Научная новизна:

– построены теплофизическая и физическая модель образования переходной зоны при производстве биметаллических отливок из железоуглеродистых сплавов;

– построены математические и графические зависимости, номограммы совместного влияния химических элементов легированного хромом белого износостойкого чугуна на его механические и эксплуатационные параметры и количество структурных составляющих;

– на основе данных микроанализа хромистых белых чугунов установлены границы влияния хрома на формирование в них карбидов различного типа;

выявлено, что уже при содержании 10% хрома в белых износостойких чугунах образуются карбиды Me7C3 и Me23C6, дальнейшее увеличение содержания хрома увеличивает содержание карбида Me23C6, но не дает значительного увеличения износостойкости чугунов, поэтому для получения износостойких белых чугунов содержание хрома достаточно удерживать на уровне 10-12%;

Практическая значимость и реализация результатов работы:

– предложена физическая модель процессов взаимодействия различных железоуглеродистых сплавов при производстве литых биметаллических изделий, позволяющая определить оптимальные технологические параметры для получения качественной переходной зоны в разных биметаллических отливках;

– разработан оптимальный химический состав белого износостойкого чугуна, легированного хромом, для биметаллических прокатных валков;

– разработана технология получения биметаллических прокатных валков из железоуглеродистых сплавов с высокими эксплуатационными свойствами и рабочей поверхностью из белого износостойкого чугуна, легированного хромом, и сердцевиной из высокопрочного чугуна;

– разработана оригинальная технология выплавки сложнолегированных белых чугунов в индукционных печах.

Автор защищает:

1. Физическую и теплофизическую модели взаимодействия различных железоуглеродистых сплавов при формировании переходной зоны в литых биметаллических прокатных валках.

2. Оптимизированный химический состав белого износостойкого чугуна, легированного хромом, обеспечивающего формирование рабочей поверхности биметаллического прокатного валка с высокими эксплуатационными свойствами.

3. Зависимость влияния хрома на образование его карбидов различных типов в белых износостойких чугунах, легированных хромом, и связанное с этим изменение его износостойкости.

4. Установленные оптимальные уровни содержания хрома в белых износостойких чугунах, легированных хромом, обеспечивающие требуемый уровень износостойкости чугуна.

сложнолегированных чугунов в индукционных печах.

6. Разработанный технологический цикл получения литых биметаллических прокатных валков с высокими эксплуатационными свойствами рабочей поверхности и сердцевины.

7. Достигнутый технико-экономический эффект от внедрения научных разработок на производстве.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на региональных и международных научно-технических конференциях: «Современные технологии и материаловедение» (Магнитогорск, 2003г., 2004г.), «Износостойкость. Технологическое обеспечение» (Брянск, 2003г.), «Материаловедение и производство» (Брянск, 2003г.), «Вклад ученых и специалистов в национальную экономику» (Брянск, 2002г.), «57-й научной конференции профессорско-преподавательского состава» (Брянск, 2005г.), VIII съезд литейщиков (Ростов-на-Дону, 2007г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, 5 из которых в изданиях рекомендованных ВАК: журналах «Литейщик России» №3, 2004, с.41стр. 10-12, «Заготовительные производства в машиностроении» №8, 2004, с.3-6, №6, 2007, с.38-41, «Металловедение и термическая обработка металлов», №8, 2007, с.30-35.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 100 наименований и приложений. Она содержит 145 страниц текста, 47 рисунков и 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены цель и задачи работы, представлена ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе выполнен аналитический обзор условий эксплуатации прокатных валков. На основе проведенного анализа определены требования к свойствам и качеству прокатных валков.

Показано, что в производстве используются стальные (из нелегированной и низколегированной стали с содержанием углерода 0,45-1,8% по массе) и чугунные (из нелегированных, низколегированных и высоколегированных чугунов с отбеленным поверхностным слоем и без такового) прокатные валки. При этом стальные валки подвергаются нормализации, для получения более мелкозернистой структуры или, валки из высокоуглеродистых сталей, отжигу с целью сфероидизации карбидов. Показано, что по структуре чугунные прокатные валки можно разделить на три основные группы: валки с отбеленным слоем, перлито-карбидо-графитные и перлито-графитные. Наибольшее распространение получили чугунные прокатные валки с отбеленным рабочим слоем бочки прокатного валка, характеризуемые следующими недостатками: нестабильностью механических свойств и износостойкости по длине бочки валка и глубине рабочего слоя, недостаточной прочность цапф валка, что определяется как применяемыми материалами для изготовления валков, так и технологическими особенностями их получения.

Находят применение также биметаллические прокатные валки которые могут быть сборными и литыми. Сборные валки представляют собой втулку из белого или отбеленного износостойкого чугуна, формирующего рабочую поверхность валка, посаженную по горячему на стальную ось. Для компенсации усадки между втулкой и осью в сборных валках устанавливают слой из пластичного материала (например, листовой алюминий). Получаемое механическое соединение имеет недостатки, особенно проявляющиеся в условиях циклических нагрузок и нагрева.

Литые биметаллические прокатные валки изготавливаются несколькими способами. Первый – метод «полупромывки», заключающийся в модифицировании сердцевины кристаллизующегося валка с целью получения в ней структуры серого чугуна. Бочка такого валка кристаллизуется в кокиле, а цапфы – в песчано-глинистых формах. Заливка происходит вертикально одним металлом, в определенный момент в струю которого добавляется графитизирующий модификатор. Недостаток способа заключается в невысокой стабильности свойств валка. Более высокое качество дает метод «промывки». В точно такую же форму заливают чугун, формирующий отбеленный слой рабочей поверхности прокатного валка. Затем, после некоторой выдержки, производят заливку чугуна другого состава, который замещает ранее залитый металл в сердцевине валка. Данный способ технологически сложен, стабильность получаемых эксплуатационных характеристик не высока. Наиболее высокое качество позволяет получать центробежный способ изготовления биметаллических прокатных валков, имеющий несколько разновидностей. Первая заключается в отливке валка из различных металлов во вращающуюся изложницу через технологически обоснованную паузу, обеспечивающую формирование рабочей поверхности бочки прокатного валка. Поэтому для повышения качества переходной зоны используют специальные шлаки или промежуточный слой из нелегированного чугуна. В другом случае износостойкая втулка для биметаллического прокатного валка изготавливается центробежным способом, после ее кристаллизации изложница поворачивается в вертикальное положение и происходит заливка сердцевины. Рассмотренные центробежные методы получения валков имеют недостатки, связанные с центробежными силами воздействия на расплав. Данная группа методов требует использования сложного технологического оборудования. Все перечисленные методы получения литых биметаллических прокатных валков имеют различные технологические или эксплуатационные недостатки.

Показано влияние технологических параметров производства литых прокатных валков из одного сплава (химический состав, температура взаимодействия, диффузионные процессы и т.д.) на их качество. Рассмотрены общие проблемы и задачи получения качественных биметаллических прокатных валков.

В результате проведенного анализа установлено, что для формирования рабочей поверхности прокатного валка наиболее рационально использовать износостойкий белый чугун, а сердцевину получать из стали или высокопрочного чугуна. Наиболее высокие эксплуатационные свойства прокатных валков достигаются в литых биметаллических валках, работоспособность которых зависит от качества полученной переходной зоны. Качество переходной зоны в литых биметаллических соединениях на основе железоуглеродистых сплавов зависит от таких показателей, как химический состав взаимодействующих сплавов, температура в зоне взаимодействия, качество поверхности, скорость охлаждения расплава и др.

Во второй главе описывается методика проведения теоретических, экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, используемое при проведении исследований оборудование, материалы, методики измерений и измерительные приборы.

Целью теоретических и лабораторных исследований являлось получение математических моделей зависимости механических и эксплуатационных свойств легированных хромом белых износостойких чугунов от химического состава, а также получение экспериментальных данных для построения физической модели и модели теплофизического взаимодействия различных железоуглеродистых сплавов в биметаллических отливках.

Для подтверждения правильности полученных в ходе работы выводов и рекомендаций и отработки технологических параметров производства литых биметаллических прокатных валков проводились опытно-промышленные исследования.

В третьей главе представлены построенные на основе экспериментальных и теоретических исследований физическая модель и модель теплофизического взаимодействия различных металлов при производстве литых биметаллических соединений. На основе модели теплофизического взаимодействия рассчитано возникающее при литье биметаллических отливок напряженно-деформированное состояние.

Приведенная физическая модель базируется на рассмотрении основных видов взаимодействий при образовании биметаллических соединений: твердый металл с расплавом другого металла, твердый металл с твердым металлом, расплав с расплавом. Рассмотрены различные этапы формирования переходной зоны с точки зрения термодинамических и физико-химических законов.

Основным типом взаимодействия при производстве биметаллических отливок является взаимодействие твердого металла с расплавом другого металла.

Для этого случая рассмотрены следующие этапы взаимодействия: 1-й этап – соприкосновение материалов, возникновение внутренних термических напряжений в поверхностном слое твердой подложки, начало роста фронта кристаллизации; 2-й этап – замедление роста фронта кристаллизации вследствие высокой тепловой энергоемкости системы, снижение градиента внутренних термических напряжений; 3-й – интенсификация диффузионных процессов в зоне взаимодействия; снижение температурного градиента в подложке; 4-й – характеризуется дальнейшим снижением температурного градиента положки, стабилизацией протекающих диффузионных процессов; 5-й этап – начинается с момента полной кристаллизации отливки и характеризуется протеканием диффузионных процессов во всем объеме изделия, выравниванием перепада температур по сечениям изделия.

Проведен расчет напряженно-деформированного состояния, возникающего в биметаллической отливке при производстве. Предложены две схемы (рис. 1) производства литых биметаллических прокатных валков. Исходя из технологических параметров производства, физико-механических характеристик материалов, на основе построенной теплофизической модели определены максимальные температуры и напряжения, возникающие при данных схемах производства. Модель базируется на проведенных исследованиях, в ходе которых был изготовлен экспериментальный кокиль для определения граничных и начальных условий моделирования, проверки полученной модели. На основе биметаллического прокатного валка: износостойкого чугуна, легированного а) твердый сердечник–жидкая втулка; хромом, используемого для формирования б) жидкий сердечник–твердая втулка рабочей поверхности литого биметаллического прокатного валка. Для этого получены математические зависимости его основных механических и эксплуатационных параметров от химического состава. Для получения математических зависимостей использовали метод планирования дробного многофакторного эксперимента. При этом в качестве независимых переменных факторов приняты следующие химические элементы износостойкого легированного хромом белого чугуна: C, Cr, Ni, Mn, Mo, Ti, B (табл. 1). Исследовалось 7 выходных параметров: в(МПа), HRC, И (относительная износостойкость, Ед.), количество первичных карбидов (ПК, %), вторичных карбидов (ВК, %), аустенита (А, %), троостита или мартенсита (Т, М, %).

План дробного факторного эксперимента (ДФЭ) Основной уровень (x0i) Интервал варьирования (Ji) Код фактора (xi) В результате обработки данных были получены следующие математические зависимости.

Для данного класса чугунов при нормализации скорости охлаждения на воздухе превышают критические, что позволяет получить структуру мартенсита или троостита, то есть структуру закалки. Такие структуры с целью повышения свойств можно подвергать отпуску.

После нормализации с 1050-1100С (воздушная закалка) и отпуска с 630С зависимости принимают вид:

Полученные зависимости (1-12) использованы для построения номограмм и графиков (рис. 2-7), на основе которых была решена задача выбора оптимального химического состава легированного хромом белого износостойкого чугуна (табл.

2), формирующего рабочую поверхность литого биметаллического прокатного валка. При этом оптимальный состав выбирали из условий обеспечения высоких эксплуатационных свойств прокатного валка, обеспечения необходимой прочности и получения качественной переходной зоны в биметаллическом соединении.

На основе полученных уравнений анализировали влияние входящих в них переменных факторов на структуру и свойства белого легированного хромом чугуна. Направление влияния некоторых факторов на те или иные характеристики не совпадает с их физическим влиянием. Это связано с тем, что результатом проведения экспериментальных исследований является определение влияния комлекснолегированного состояния белого легированного хромом чугуна на его механические и эксплуатационные характеристики.

Полученные данные сопоставляли с другими известными (Справочник по чугунному литью, под ред. Н.Г.Гиршовича; справочник «Чугун» под ред А.Д.Шермана и др.) данными по достижению высокой износостойкости в белых чугунах. Установлено, что наши данные и данные других источников отличаются по химическому составу. Так, содержание хрома в хромистых износостойких чугунах по известным данным рекомендуется держать на уровне 17-26%Cr. В оптимизированном чугуне (табл. 2) содержание хрома принято 10-12%. С целью подтверждения правильности наших данных о достаточном количестве хрома для получения износостойких структур в износостойком легированном хромом чугуне был проведен его металлографический и рентгеноспектральный микроанализ. В результате были получены структуры (рис. 8, 9) и химический состав различных структурных составляющих этого чугуна и тип образующихся в нем карбидов.

Рис.2. Зависимость предела прочности (в) отливок из белого легированного чугуна от содержания хрома (Cr) и углерода (C) после проведения нормализации и отпуска, при постоянном содержании остальных элементов на нижнем уровне отливок из белого легированного чугуна Рис.4. Зависимость твердости (HRC) отливок Рис.5. Влияние содержания никеля (Ni), из белого легированного чугуна от марганца (Mn), молибдена (Mo), титана содержания хрома (Cr) и углерода (C) после (Ti) и бора (B) на твердость (HRC) проведения нормализации и отпуска, при отливок из белого легированного постоянном содержании остальных чугуна после нормализации и отпуска элементов на нижнем уровне плана (табл. 1) Рис.6. Зависимость относительной износостойкости (И) отливок из белого Рис.7. Влияние содержания никеля (Ni), легированного чугуна от содержания хрома марганца (Mn), молибдена (Mo), титана (Cr) и углерода (C) после нормализации и (Ti) и бора (B) на относительную отпуска, при постоянном содержании износостойкость (И) отливок из белого остальных элементов на нижнем уровне легированного чугуна после нормализации Оптимизированный химический состав легированного хромом белого износостойкого чугуна для износостойкой втулки литого биметаллического 2,8-3,0 10-11 3-4 4-5 1,0-1,2 0,5-0,7 0,5-0,7 0,8-1,0 500-570 55-57 3,2-3, Рис.8. Микроструктура белого легированного чугуна после легированного чугуна в литом нормализации и отпуска на участке состоянии на участке веерообразных веерообразных зерен (200) зерен (200) Проведенные исследования позволили рекомендовать для формирования втулки биметаллического прокатного валка чугун следующего химического состава, % по массе: C 2,8-3,0; Cr 10-11; Ni 3-4; Mn 4-5; Mo 1,0-1,2; Ti 0,5-0,7; B 0,5-0,7; Si 0,8-1,2. Для снижения остаточных внутренних напряжений и повышения эксплуатационных свойств втулки рекомендуется провести ее термическую обработку, заключающуюся в нормализации (воздушной закалке) с 1050-1100С и последующем отпуске с 630-650С.

В пятой главе рассмотрены результаты опытно-промышленных работ.

Данные исследования были разбиты на два этапа. На первом этапе проводилась апробация разработанной новой технологии получения литых биметаллических прокатных валков на модели прокатного валка. При этом было произведено несколько валков: с втулкой из белого чугуна и сердцевиной из серого и высокопрочного чугуна, втулкой из белого чугуна и сердцевиной из стали. Данные валки подвергались разрушению на гидравлическом прессе с целью определения наилучшей схемы комбинирования железоуглеродистых сплавов и определения качества полученного биметаллического соединения. В результате проведенных исследований было установлено, что наилучшими механическими свойствами обладают литые биметаллические прокатные валки, изготовленные из близких по содержанию химических элементов сплавов. Установлено, что наибольшую нагрузку выдерживают валки с втулкой из белого износостойкого чугуна и сердечником из высокопрочного чугуна.

На втором этапе был детально разработан технологический процесс получения литого биметаллического прокатного валка в условиях мелкосерийного литейного производства. При этом технология производства биметаллического прокатного валка разбита на два этапа. На первом этапе изготавливалась втулка из легированного хромом белого износостойкого чугуна. Для формообразования использована сырая песчано-глинистая смесь (рис. 10). После охлаждения до 100С втулку извлекали из формы, подвергали очистке, обрубке и направляли на термообработку, заключающуюся в нормализации с 1050-1100С и последующем отпуске с 630-650С. После термообработки проводили зачистку внутренней поверхности втулки с целью повышения чистоты ее поверхности, влияющей на образование переходной зоны.

Подготовленнау таким образом втулку направляли на второй этап производства биметаллического прокатного валка. На данном этапе втулку нагревали до 350-400С. Нагретую втулку устанавливали в песчано-глинистую сырую форму (рис. 11) и осуществляли заливку сердцевины валка из ВЧ. После охлаждения валка до 100-120С его извлекли из формы, подвергли очистке, обрубке и затем направили на дальнейшую механическую обработку (обработка треф, шлифовка поверхности бочки и т.д.).

В ходе оценки технологии получения литого биметаллического прокатного валка возникла необходимость оптимизации технологии выплавки высоколегированных белых чугунов. В результате этого были определены следующие технологические параметры. Наиболее высокие физико-механические свойства и наименьшая стоимость металла достигаются при выплавке синтетического чугуна. Более эффективной является плавка чугуна на «болоте», количество жидкого расплава в печи составляет около 30-35% его емкости.

«Болото» перед загрузкой шихты нагревается до 1400-1450С и на него загружается карбюризатор, в качестве которого используется графитизированный коксик. Карбюризатор нагревается в течении 8-12 мин, на него загружается стальной лом, а затем другие составляющие шихты.

Рис.10. Технология изготовления износостойкой втулки из белого чугуна оптимизированного химического состава: 1– литниковая чаша, 2– литниковый стержень, 3– стержень, Рис.11. Технология изготовления После расплавления шихты температура расплава доводится до 1400-1450С и происходит загрузка необходимых добавок и ферросплавов. Наиболее рациональным с точки зрения величины изобарно-изотермического потенциала окислительных реакций в проведенных исследованиях установлена следующая последовательность введения в расплав легирующих элементов: C, Ni, P, Si, Mn, Cr, Mo, B, Ti. Это обеспечивает минимальный угар элементов и получение металла с высокой стабильностью химического состава. Во время доводки по химическому составу расплав подвергается термовременной обработке (ТВО) – нагреву до 1500С в течение 25-35 мин. Это обеспечивает гомогенизацию расплава и снижение его газосодержания. Соблюдение данных температурных и временных интервалов, а также последовательности добавления легирующих элементов позволяет уменьшить величину угара и повысить качество получаемого расплава.

Разработанная технология получения литых биметаллических прокатных валков находится на стадии внедрения на ЗАО УК «БМЗ».

Основные выводы:

1. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований созданы физическая и теплофизическая модели взаимодействия расплава сердечника с твердой втулкой при производстве биметаллического прокатного валка с целью определения оптимальных условий образования качественной переходной зоны.

2. На основании созданной теплофизической модели построена математическая модель напряженно-деформированного состояния втулки, позволившая сформулировать требования к механическим свойствам материала втулки. Предел прочности материала для точек, удаленных от торца, должен быть не меньше 273МПа, а на свободных торцах 267МПа.

3. С целью обеспечения высоких эксплуатационных свойств рабочего слоя прокатного валка, на основании построенных математических зависимостей и номограмм, оптимизирован химический состав белого износостойкого чугуна, % по массе: C 2,8-3,0; Cr 10-11; Ni 3-4; Mn 4-5; Mo 1,0-1,2; Ti 0,5-0,7; B 0,5-0,7; Si 0,8-1,2.

4. Проведен рентгеноспектральный микроанализ белых износостойких чугунов оптимизированного химического состава, который позволил доказать целесообразным снижение содержания хрома в хромистых износостойких чугунах до 10-12% в отличие от 17-26%, рекомендованных известными различными источниками.

5. Полученная физическая модель позволила рекомендовать материал сердцевины прокатного валка (ВЧ-50 ГОСТ 7293-85) с условием получения качественной переходную зону с втулкой из легированного хромом белого износостойкого чугуна.

6. На основании проведенного анализа термохимического состояния расплава, разработана технология выплавки высоколегированного чугуна в индукционных печах, позволяющая уменьшить величину потерь добавок и модификаторов и повысить качество получаемого металла, за счет оптимизации ведения процесса плавки и отработки эффективной последовательности внесения добавок и модификаторов.

7. Выполненные экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать новую технологию получения литых биметаллических прокатных валков с высокой эксплуатационной стойкостью рабочего слоя и прочной сердцевиной.

1. Петраков О.В. Управление качеством массивных отливок типа втулок из чугуна.

[Текст] // И.К. Кульбовский, Е.А, Тупатилов, О.В. Петраков. // Заготовительные производства в машиностроении (кузнечно-штамповое, литейное и другие производства). Ежемесячный научно-технический и производственный журнал №8, 2004, с.3-6.

2. Петраков О.В. Новая технология производства биметаллических прокатных валков литьем в кокиль. [Текст] // О.В. Петраков. // Заготовительные производства в машиностроении (кузнечно-штамповое, литейное и другие производства). Ежемесячный научно-технический и производственный журнал №11, 2004, с.10-12.

3. Петраков О.В. Разработка системы управления качеством массивных отливок типа втулок судовых дизелей большой мощности с применением компьютерного моделирования.

[Текст] // И.К. Кульбовский, Е.А. Тупатилов, О.В. Петраков, Е.В. Попов. // Литейщик России, №3, 2004.- с.41-43.

4. Петраков О.В. Влияние содержания хрома на структуру белых легированных чугунов в биметаллических отливках. [Текст] / О.В. Петраков, А.Н. Поддубный, Е.А. Тупатилов // Заготовительные производства в машиностроении (кузнечно-штамповое, литейное и другие производства). Ежемесячный научно-технический и производственный журнал №6,2007, с.38Петраков О.В. Структура белых износостойких легированных чугунов. [Текст] / О.В.

Петраков, А.Н. Поддубный // Металловедение и термическая обработка металлов. №8, 2007.с.30-35.

6. Петраков О.В. Особенности технологии изготовления биметаллических прокатных валков. [Текст] / О.В. Петраков, И.К. Кульбовский // Современные технологии и материаловедение: Сб. науч. трудов. // Под ред. Ю. А. Баландина.- Магнитогорск: МГТУ, 2003.с. 189-191.

7. Петраков О.В. Новая технология получения биметаллических прокатных валков литьем в кокиль. [Текст] / О.В. Петраков // Износостойкость. Технологическое обеспечение.: Сб.

трудов международной научно-технической конференции в г. Брянске, 22-24 окт. 2003 г. // Под общ. ред. А.Г. Суслова.- Брянск: БГТУ, 2003.- с. 266-268.

8. Петраков О.В. Технология получения биметаллических прокатных валков. [Текст] / И.К. Кульбовский, О.В. Петраков // Материаловедение и производство: Сборник научных трудов. Вып. 3 // Под ред. Г.И. Сильмана.- Брянск: Изд-во БГИТА, 2003.- с. 232-235.

9. Петраков О.В. Производство биметаллических прокатных валков. [Текст] / И.К.

Кульбовский, О.В. Петраков. // Вклад ученых и специалистов в национальную экономику:

Матер. регион. науч.-тех. конф., г.Брянск, 16-18 мая 2002г. // Под ред. Е.Н. Самошкина, И.М.

Барановой, А.В. Городкова, В.С. Жаденова, И.А. Кузовлевой, В.Н. Лобанова, В.М. Меркелова, А.П. Решетникова, Т.И. Рябовой, М.А. Сенющенкова, Г.И. Сильмана.- Брянск: БГИТА, 2002.

-с.123-125.

10. Петраков О.В. Повышение качества дизельного литья. [Текст] / И.К. Кульбовский, Е.А. Тупатилов, О.В. Петраков. // Современные технологии и материаловедение: Междунар. сб.

науч. тр. Вып.2 // Под ред. Ю.А. Баландина.- Магнитогорск: МГТУ, 2004.-с.126-127.

11. Петраков О.В. Изготовление биметаллических прокатных валков по новой технологии. [Текст] / О.В. Петраков. // Современные технологии и материаловедение:

Междунар. сб. науч. тр. Вып.2 // Под ред. Ю.А. Баландина.- Магнитогорск: МГТУ, 2004.-с.162Петраков О.В. Разработка системы управления качеством дизельного литья с помощью компьютерного моделирования. [Текст] / И.К. Кульбовский, Е.А. Тупатилов, О.В.

Петраков. // Вестник Брянского государственного технического университета. Научнотехнический журнал №1, 2004г. с.33-41.

13. Петраков О.В. Исследование влияния химического состава стали 20ГЛ на ее механические свойства. [Текст] / Ю.М. Иващенков, С.В. Булдин, О.В. Петраков. // Вестник Брянской государственной инженерно-технологической академии №1, 2005г. с.88-91.

14. Петраков О.В. Исследование диффузионных процессов в железо-углеродистых сплавах. [Текст] // О.В. Петраков. // Тезисы докладов 57-й научной конференции профессорскопреподавательского состава: в 2 ч. / Под ред С.П. Сазонова, И.В. Говорова.- Брянск: БГТУ, 2005.-ч.1.с.116-118.

15. Петраков О.В. Технология изготовления литых прокатных валков из износостойкого чугуна. [Текст] // О.В. Петраков. // Сборник тезисов 56-й студенческой научной конференции.

Брянск: БГТУ, 2001.-с.92-94.

16. Петраков О.В. Способы получения биметаллических прокатных валков. [Текст] // О.В. Петраков. // Сборник тезисов 57-й студенческой научной конференции. Брянск: БГТУ, 2002.-с.81-83.

17. Петраков О.В. Повышение качества оборудования, применяемого для размола строительных материалов. [Текст] // О.В. Петраков. // Международная студенческая научнотехническая конференция: Сб. тез. докл.- Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001.-ч.1.-с.280-282.

18. Петраков О.В. Способ получения чугуна с шаровидным графитом и бейнитной металлической матрице без применения магнийсодержащих модификаторов. [Текст] / О.В.

Петраков, И.К. Кульбовский, К.В. Макаренко, Р.А. Богданов // Труды восьмого съезда литейщиков России. – Ростов-на-Дону, 2007. – ч.1. – с.20-25.

19. Петраков О.В. Технология получения биметаллических отливок из железоуглеродистых сплавов. [Текст] / О.В. Петраков, И.К. Кульбовский, Ю.И. Пимонов, А.Н.

Поддубный // Труды восьмого съезда литейщиков России. – Ростов-на-Дону, 2007. – ч.1. – с.26Подписано в печать 27.09..2007. Формат 60х84 1/16 Бумага офсетная Офсета печать Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ № 779.

Бесплатно Издательство Брянского государственного технического университета 241035, Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7. БГТУ. 54- Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Харьковская,