Исследование и совершенствование процессов горячей обработки давлением сплошных и полых заготовок из высокопрочного чугуна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Лисовский, Александр Владимирович

• Лисовский, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лисовский, Александр Владимирович

Введение

Глава 1. Обзор исследований по деформированию

1.1. Способы горячего пластического деформирования чугунов

1.2. Деформируемость чугуна и пути ее повышения

1.3. Влияние деформации на структуру и свойства ВЧШГ

1.4. Области применения деформированного чугуна

1.5. Выводы по главе

1.6. Цель работы и задачи исследования

Глава 2 Материалы, оборудование и методики проведения 21 эксперимента

2.1. Выбор химического состава, структуры ВЧШГ, способного воспринимать деформацию и температурных режимов прокатки

2.2. Материалы, используемые для исследований

2.3. Методы исследований и оборудование

2.4. Выводы по главе

Глава 3. Структура и свойства ВЧШГ, подвергнутого 58 деформированию

3.1. Влияние вида обработки давлением на структуру высокопрочного чугуна

3.1.1 Прессование

3.1.2. Продольная прокатка

3.1.3 Радиально-сдвиговая прокатка сплошных 71 осесимметричных профилей.

3.1.4. Винтовая прокатка полых осесимметричных изделий

3.2. Влияние термической обработки на структуру и свойства чугунов.

Содержание Стр.

3.3 Физические и механические свойства ВЧШГ после 95 обработки давлением

3.5. Выводы по главе

Глава 4. Прогнозирование механических свойств ВЧШГ, подвергнутого деформированию

4.1. Разработка методики прогнозирования изменения 113 механических свойств ВЧШГ, подвергнутого деформированию. 4.2 Особенности выбора способа получения заготовок из ВЧШГ

4.3.Прессование труб из ВЧШГ

4.4 Винтовая прокатка гильз и сплошного профиля из ВЧШГ 136 4.5.Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и совершенствование процессов горячей обработки давлением сплошных и полых заготовок из высокопрочного чугуна»

Традиционная классификация материалов на стали и чугуны, основанная на количественном содержании в них углерода, предполагает, что пластическая деформация применима только для сплавов, содержащих менее 2% С. Чугун как материал, содержащий в своей структуре свободный графит можно разделить на следующие группы в зависимости от формы графитовых включений.

1. Чугуны с пластинчатым графитом (ЧПГ) или серые чугуны

СЧ).

2. Чугуны с хлопьевидным графитом (ЧХГ) или ковкие чугуны (КЧ)

3. Высокопрочные чугуны (ВЧ), которые в свою очередь делятся на чугуны с шаровидным графитом (ЧШГ) и чугуны с вермикулярным графитом (ЧВГ).

Начиная с 30-х годов прошлого века, были постепенно опробованы различные способы деформирования чугуна. Было установлено, что процесс деформирования чугуна обладает определенной спецификой и существенно изменяет структуру и свойства литых заготовок. Однако разработку способов деформирования вели по образцу стальных изделий, то есть без учета особенностей чугуна, как графитосодержащего материала. Практически отсутствуют исследования, направленные на регулирование формы и распределения графитных включений в объеме деформированного изделия; не использованы возможности управления анизотропией структуры и свойств деформированного чугуна применительно к условиям работы конкретной детали (прилагаемым нагрузкам, техническим условиям и т. п.).

В настоящее время стоит задача коренного улучшения качества изделий из чугуна. Чугуны используются: для изготовления гильз в моторостроении и при производстве компрессоров, при производстве пальцев траков гусеничных машин, шестерен, распределительных и коленчатых валов, зубчатых колес, и других изделий. Традиционно эти изделия изготавливались методами литья. При литье этих изделий образуется большое количество брака, кроме того детали полученные литьем обладают большим количеством литейных дефектов, которые частично устраняются методами обработки металлов давлением. Поэтому замена литых заготовок из чугуна на деформированные открывает широкие перспективы по повышению надежности и долговечности машин и механизмов, снижению их массы.

Наиболее радикальным способом повышения прочностных и пластических свойств чугунных изделий является отливка их из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ), объем производства отливок из которого с каждым годом возрастает. Этот материал по сравнению с углеродистой сталью или серым чугуном обладает рядом преимуществ. ЧШГ характеризуется лучшими литейными свойствами, более плотная структура его по сравнению с серым препятствует проникновению кислорода вглубь отливки, что повышает его коррозионную стойкость. ЧШГ обладает высоким сопротивлением износу. Для него характерны высокая теплостойкость, хладостойкость, он может подвергаться сварке и автогенной резке. Он с успехом используется для отливок, работающих под большим давлением.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Лисовский, Александр Владимирович

Основные результаты и выводы

1. Установлены и обоснованы требования, предъявляемые к структуре, химическому составу и поверхности, литой заготовки из ВЧШГ необходимые для дальнейшей обработки давлением.

2. Установленные режимы горячей обработки давлением способствуют стабильному проведению процесса прокатки и прессования заготовок из высокопрочного чугуна. Горячая обработка чугуна давлением совместно с термической обработкой способствует регулированию механических свойств ВЧШГ в достаточно широких пределах. Применение окончательной термической обработки деформированного чугуна может существенно улучшить его механические и эксплуатационные свойства, как в продольном, так и в поперечном направлении.

3. Экспериментально установлено, что прессование и продольная прокатка с обжатием от 0 до 80% и винтовая прокатка с 8 от 0 до 60% приводит к увеличению всего комплекса свойств деформированного чугуна: ав на 40 - 45%, Ст на 40 - 48%, 8 на 50%, КС на 50%. Отмечено, что переход от перлитно-ферритной основы в структуре деформированного чугуна к перлитной существенно улучшает свойства, как в продольном, так и в поперечном направлении.

4. Установлено, что горячая обработка давлением приводит к глубоким изменениям в структуре чугунов, которые затрагивают как графитовые включения, так и металлическую основу. Кроме того пластическая деформация способствует увеличению плотности заготовок до 5 %, за счет залечивания мелких литейных дефектов.

5. Суммарное упрочнение чугуна после деформации, наблюдаемое на продольных образцах с перлитно-ферритной структурой, складывается из действия нескольких противоположных структурных факторов: формы графитовых включений (Фгв), количества перлита в структуре (Фмм), размера зерен (Фнз) и увеличения физической плотности (Фпс)-Отклонение формы графита от шаровидной снижает прочность, увеличение количества перлита, уменьшение размера зерен и увеличение плотности повышают прочность. Предложена методика количественной оценки влияния этих факторов на механические свойства деформированного чугуна.

6. Разработана методика прогнозирования механических свойств в зависимости от режимов горячей обработки давлением, позволяющая оценивать их уровень в связи с трансформацией структурных составляющих чугуна.

7. Механические и эксплуатационные свойства деформированного ВЧШГ зависят от выбора технологической схемы обработки давлением. Комбинация различных способов ОМД (продольной прокатки, винтовой прокатки, прессования) позволяет значительно повысить эксплуатационные свойства изделий.

8. Разработаны деформационные технологические схемы получения изделий различного назначения с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами из высокопрочного чугуна, включающие в себя нагрев заготовок, основные виды обработки давлением (прессование, продольную и винтовую прокатку) и термообработку изделий. Данные схемы обеспечивают производство изделий различного назначения повышенного качества.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лисовский, Александр Владимирович, 2008 год

1. Баранов С.А. // Сообщения всес. ин-та металлов: Сб.; M-JI: Гос. научно-технич. изд-во, - 1931. - № 8, С. 22 - 25.

2. Погодин-Алексеев Г.И. // Вестн. машиностроения. 1951. -№ 4. - С. 57 - 60.

3. Wadswort J., Sherby O.D. // Foundry manag and technol. -1978. № 10. - P. 59-64.

4. Жуков A.A., Сильман Г.И. и др. Износостойкие отливки из комплексно-легированных белых чугунов. М: Машиностроение, 1984, - 104с.

5. А.с.1139760 СССР, МКИ4 С 21 D 9/38 / М.Е. Фрейдензон, Б.Г. Ветров, и др.; Днепропетр. металлург, ин-т. № 3588007/2202; Заявл. 28.04.83; Опубл. 15.02.85, Бюл. № 6 // Открытия. Изобретения. 1983. - № 6.

6. A.c.1046302 СССР, МКИ3 С 21 D 5/04 / Ю.Н. Таран, П.Ф. Нижниковская, и др.; Днепропетр. металлург, ин-т. № 3390552/22-02; Заявл. 26.02.82; Опубл. 07.10.83, Бюл. № 37 // Открытия. Изобретения. - 1983. - № 37.

7. Унксов Е.П., Бережковский Д.И. // Вестник машиностроения. 1953. - № 12. - С. 29 - 35.

8. П.Ключников С.И. // КШП. 1961. - № 3. - С. 19 - 23.

9. Губкин С.И., Юшков A.B. и др. // Сб. научн. трудов Физико-техн. ин-та АН БССР. Минск: Изд. АН БССР. - 1955. -Вып. 2. - С. 3 - 15.

10. Скобло Т.С., Воробьева Э.Л. // Сортопрокатное пр-во: Отраслевой сб. научн. трудов 1978. Вып. 6. С. 105 - 111.

11. Технология получения сортового проката из белого чугуна: Информ. листок /Днепропетр. металлург, ин-т. Киев: Реклама, 1986. 2 с.

12. Агапова Л.И. Дис. . канд.техн. наук: 05.16.01 М: 1981. -180 с.

13. Агапова Л.И., Ветрова Т.С. и др. // МиТОМ. -1982. № 5. -С. 55 - 58.

14. Онуки Тэру, Накамура Кауудзи и др. // Tetcy to hagane, J Iron and Steel Inst. Jap. 1977. - 63. - № 4 - P.349.

15. Титенский Э.Г., Петрушин Г.Д. // Вопросы металловедения и физики металлов: Сб. ст. Тула, 1977. - С. 142 - 146.

16. Пат. 53-20448 Япония, МКИ С 21 D 7/14. / Ханаи Кэнъити, Фукимура Цукасса / Ниппон киндзоку к.к. Заявл. 06.09.71; Опубл. 27.06.78; 4 с.

17. И.Г.Морозва, С.П.Галкин, Н.И.Потапов, Н.В. Доренский. Структура и свойства литого и деформированного хромистого чугуна. МИСиС. Обработка металлов давлением. Теория и технология. 1984г. Сборннк научных трудов №153

18. А.с. 969759 СССР, МКИ3 С 21 D 5/00. / К.П. Замула, Л.А. Солнцев и др. № 2994652/22-02; Заявл. 21.10.80; Опубл. 30.10.82, Бюл. № 40 // Открытия. Изобретения. - 1982. - № 40.

19. Козлов Л.Н., Власов Н.Г. и др. // КШП. 1983. - № 2. - С. 12 - 13.

20. Бриджмен П.А. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. М.: ИЛ. 1955. - 129 с.

21. Бойцов В.В., Бахарев A.B. и др. // КШП. 1973. - № 8. - С. 12 - 14.

22. Могучий JI.H. // Пластическая деформация металлов: Сб. / Ин-т металлургии им. Байкова. М.: Наука. 1964.

23. А.с. 1285025 СССР МКИ4 С 21 D 5/00. / А.Х.Белов, М.Н.Клейнер и др.; ЦПКБ Главсантехпрома. № 3861761/22-02; Заявлено 04.03.85; Опубл. 23.01.87, Бюл. № 3 // Открытия. Изобретения. - 1987. - № 3.

24. Булычев Д.К., Береснев Б.И. // ФММ. 1962 - Том 13, вып. 6, Свердловск: Металлургиздат. С. 943 - 944.

25. Гветадзе Р.Г. Дис. .д-ра. техн. наук: 05.16.01: Киев, 1990. - 254 с.

26. А.с 133039 СССР МКИ 7Ъ, 2/50 / Б.И. № 21 от i960. В.Г. Шиян., A.A. Шевченко и др. / № 666874/22; Заявл. 16.05.60; Опубл. Бюл. № 21 за 1960 // Бюл. изобретений 1960. - № 21.

27. Бойцов В.В., Бахарев A.B. и др. // КШП. 1973. - № 8. - С. 12 - 14.

28. Антонишин Ю.Т. Технология изготовления изделий из чугуна комбинированным методом пластической деформации: Информ. Листок / БелНИИНТИ. Минск, 1982. - 4 с.

29. Антонишин Ю.Т. Дис. .канд. техн. наук: 05.16.01. Минск, 1985. 213 с.

30. A.c. 829693 СССР, МКИ3 С 21 D 5/02. / Ю.Т.Антонишин, Г.И.Хаблак; Физико-техн. ин-т АН БССР. № 2791190/22-02; Заявлено 06.07.79; Опубл. 15.05.81, Бюл. № 18 // Открытия. Изобретения. - 1981. - № 18.

31. Богачев И.Н., Ветрова Т.С. // Литейн. пр-во. 1972. - № 6. - С. 28-29.

32. Ващенко К.И., Софрони JI. Магниевый чугун. М - Киев: Машгиз, 1960. - 194 с.

33. Мигачев Б.А., Потапов A.PI. Пластичность инструментальных сталей и сплавов: Справочник. М.: Металлургия. - 1980. - 88 с.

34. Мигачев Б.А. Дис. .канд. техн. наук: 05.16.01. Свердловск, 1971. 118 с.

35. Пластичность и разрушение / В.Л.Колмогоров, А.А.Богатов и др.; под ред. В.Л.Колмогорова. М.: Металлургия, 1977. 336 с.

36. Таран Ю.Н., Миронова Т.М. и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1981. - № 1. - с. 26 - 27.

37. Таран Ю.Н., Нижниковская П.Ф., и др. // МиТОМ 1989. -№ 5. - С. 35 - 42.

38. Нижниковская П.Ф. // МиТОМ. 1984. - № 9. - С. 5 - 9.

39. Palmer K.B. // Journal of Research and Development.- 1957. -№12.-P.638-660.

40. Sigg B. Schweiz. // Arch. wiss. techn.-1955.-№21 .-S. 148-150.

41. Шевченко A.A. и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1961. - № 1.

42. Шиян В.Г. // Высокопрочный чугун: Сб. докл. всес. совещания. Киев: Гостехиздат. 1964. С. 188 - 190.

43. Бунина Ю.К., Пузырьков-Уваров О.В., Ермолина И.Г., Бородулина В.В. // Литейное производство. 1977. №5. С. 25

44. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970. - 376 с

45. Соценко. О.В. // Литейное производство. 1982. №6. С 5-6.

46. Литовка В.И., Хубеиов Г.Н., Котовоа Л.А. // Литейное производство. 1979. №5. С. 11-12.

47. Юзвак В.М., Волчок И.П. // Литейное производство. 1981. №2. С. 7-8.

48. Шульте Ю.А., Шаломеев A.A., Волчок И.П., Лунев В.В. // Литейное производство. 1968. №1. С46-47.

49. Стадник М.М., Силованюк В.П. // Физ.-Хим.механика материалов. 1980. №4. 84-89.

50. Стадник М.М., Силованюк В.П. // Физ.-Хим.механика материалов. 1980. №5. 56-60.

51. Галкин С.П. Траекторное управление структурным состоянием металла при радиально-сдвиговой прокатке. Металлооборудование и инструмент ноябрь-декабрь 2004

52. Галкин С.П. Некоторые аспекты теории стационарной винтовой прокатки сплошных заготовок//Металлургическая и горнорудная промышленность. 2000. №8 — 9. С. 294—297

53. Потапов И. Н., Полухин П. И., Харитонов Е.А., Галкин С. П. Радиально-сдвиговая прокатка сортового металла. // Теория и технология металло— и энергосберегающих процессов обработки металлов давлением. Сб. науч. тр. / МИСиС. — М.: Металлургия, 1986

54. Чугун: Справ, изд. / Под ред. Шермана А. Д., Жукова А. А. М.: Металлургия, 1991. - 576 с

55. Гуляев А.П. Металловедение. M .Металлургия 1978

56. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Стадник М.М. // Докл АН УССР.1976 №.7 с. 637-640.

57. Грачев C.B., Бараз В.Р., Богатов A.A., Швейкин В.П. Физическое металловедение. Екатеринбург 2001. 534 с

58. Красовский А. Я., Руденко В. Н., Литовка В. И., Калаида В.В. Влияние микроструктуры и содержания марганца на механические свойства чугунов с шаровидным графитом. Проблемы прочности, Киев. 1984, №7 стр 68-72

59. Юсупов B.C. Повышение эффективности производства длинномерных изделий из стали и высокопрочного чугуна методами обработки металлов давлением. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва 2005.

60. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. Москва. Металлургия 1978г.

61. Гуляев Г.И, Притоманов А.Е., Дробич О.П., Верховод В.К. Прессование стальных труб и профилей. Москва «Металлургия» 1973. 192 стр.

62. Шевченко К.Н. Основы математических методов в теории обработки металлов давлением. Москва. «Высшая школа». 1970. 351стр.

63. Патент Р.Ф. №2293619. Способ винтовой прокатки. Галкин С.П. Опубликовано 20.02.2007 №5

64. ТЕХНИЧЕСКИЙ АКТ Внедрения Технологии производства труб из высокопрочного чугуна на гидравлическом прессе усилием 6300 т.е.

65. В 2001-2002 году на АО «МЗ «Электросталь» совместно с ЭПИ МИСиС разработана технология производства труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом методом горячего прессования.

66. В 2002 году по данной технологии на ОАО «МЗ «Электросталь» в условиях кузнечноггрессового цеха №2 на гидравлическом прессе усилием 6300 т.е. произведена партия труб БхБ 102x12мм из ВЧ1ТТГ.

67. Новая технология позволяет обеспечивать получение горячепрессованных труб различного назначения из ВЧТТТГ с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами.

68. Начальник КПЦ-2 Е А Изотов

69. Федеральное агентство по образованию

70. Внедрения в учебный процесс ЭПИ МИСиС результатов диссертационной работы Лисовского A.B. на тему «Исследование и совершенствование процессов горячей пластической деформации сплошных и полых заготовок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом».

71. Московский институт стали н сплавов»1. УТВЕРЖДАЮ:

72. Зав каф. ТиОПП проф. k.t.h.1. Р.И. Ахмедшин

73. Уч. секретарь кафедры ТиОППдоц. k.t.h.1. Б.Н.Брюхов