Способ вибрационного воздействия на затвердевающий металл

 

Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к методам обработки жидкого металла в процессе его кристаллизации. Цель изобретения - повышение качества металла и подавление усадочных дефектов. В способе вибрационного воздействия на затвердевающий металл путем сообщения изложнице с расплавом колебаний различной частоты обработку ведут циклически плавным изменением частоты колебаний, при этом диапазон изменения частоты составляет (0,3 - 0,5) - (80 - 100) Гц, причем частота минимальна в начале и конце цикла и максимальна в середине цикла, а длительность цикла изменения частоты колебаний во всем диапазоне равна 0,02 - 0,04 периода затвердевания слитка или отливки. 1 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (5() 4 В 22 D 27/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1(21) 4299256/31-02 (22) 29.06.87 (46) 30, 12.89. Вкл . Р 48 (71) Донецкий политехнический институт (72) А.Я. Шварцер, А.Н. Смирнов, 10.В. Петтик, С.8. Пасечник и В.И. Вакланов (53) 621.746.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 846091, кл. В 22 D 27/08, 1979.

Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизуюшийся металл, Киев, ИПЛ AH УССР, 1978, с. 198. (54) СПОСОБ ВИВРАЦИО1ШОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ЗАТВЕРДЕВАЮЩИЙ МЕТАЛЛ (57) Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно к метоИзобретение относится к черной металлургии, преимущественно к методам обработки жидкого металла в процессе его кристаллизации.

Цель изобретения — повышение качества металла и подавление усадочных дефектов.

С этой целью в способе вибрационного воздействия на затвердевающий металл путем сообщения изложнице с расплавом колебаний различной частоты обработку ведут циклически плавным изменением частоты колебаний, при этом диапазон изменения частоты составляет (0,3-0,5) †(80-100) Гц, причем частота минимальна в начале и конце цикла и максимальна в середине цикла, а )(лительность цикла издам обработки жидкого металла в процессе его кристаллизации. Цель изобретения — повышение качества металла и подавление усадочных дефектов. В способе вибрационного воздействия на затвердевающий металл путем сообщения изложнице с ра сплавом колебаний различной частоты обработку ведут циклически плавным изменением частоты колебаний, при этом диапазон изменения частоты составляет (0,3-0,5)— (80-100) Гц, причем частота минимальна в начале и конце цикла и максимальна в середине цикла, а длительность цикла изменения частоты колебаний во всем диапазоне равна 0,02-0,04 периода затвердевания слитка или отливки, 1 ил., 1 табл. менения частоты колебаний во всем диапазоне равна 0,02-0,04 периода затвердевания слитка или отливки.

1„

На чертеже представлен характер изменения колебаний во времени ..

Обработку начинают с минимальных частот, так как при этом в расплаве

)вел прекращается термогравитационная (, конвекция, а его перемешивание осу- °, ) ществляется за счет воздействия стоячих волн. При этом наиболее интенсивно расплав перемешивается в голон— ной части слитка, что дает возмож- Зм ность изменить характер продвижения фронта кристаллизации, так как обра— зовавшиеся в жидкой фазе кристаллы (твердая фаза) оседают на дно слитка и, как следствие, увеличивают с п1532197 рость движения фронта кристаллизации в вертикальной плоскости. Это, в конечном счете, сникает глубину проникновения усадочной раковины.

То, что частота минимальна в нача5 ле и конце цикла и максимальна в се" редине цикла, обеспечивает, с одной стороны, интенсивное перемешивание расплава, а, с другой стороны, наиболее эффективное разрушение формы- рующихся дендритов. Более высокие значения частот колебаний способствуют. разрушению формирующихся дендритов, перемешиванию жидкой и твердой фаз в зоне фронта кристаллизации, а также снятию внутренних напряжений в твердой оболочке слитка. Диапазон изменения частоты колебаний, составляющий (0,3-0,5)-(80-100) Гц, обеспе- 20 чивает наиболее полное повышение качества металла и подавление усадочных дефектов.

Нижний предел частоты колебаний определяется возможностью формирования на поверхности расплава одноузловых стоячих волн. Так как глубина перемешивания расплава стоячими волнами примерно соответствует длине стоячей волны, то именно одноузловые волны наиболее эффективно перемешивают жидкую фазу слитка. Уменьшение частоты колебаний менее (0,3-0,5) нерационально, так как при этом никаких дополнительных эффектов виброобработки не достигается.

Верхний предел частоты колебаний

80-100 Гц определяется из условия неразрушения затвердевающего металла.Увеличение частоты колебаний свыше 80-100 Гц нецелесообразно, так

40 как при этом повышается количество горячих трещин в зоне фронта кристаллизации, что в значительной степени снижает качество металлической структуры.

Длительность цикла изменения частоты колебаний во всем диапазоне, составляющая 0,02-0,04 периода затвердевания слитка обеспечивает наУ

50 иболее равномерное формирование кристаллической структуры слитка. Уменьшение длительности цикла изменения частоты колебаний менее 0,02 периода затвердевания слитка или отливки снижает качество обработки вслед- 55 ствие того, что продолжительность воздействия на металл колебаниями определенной частоты не обеспечивает максимальную эффективность воздействия, что предопределяет увеличение

phsMepoa кристаллитов и глубины проникновения усадочных дефектов. Увеличение длительности цикла изменения частоты колебаний свыше 0,04 периода эатвердевания слитка или отливки нецелесообразно, так как возрастает неоднородность металла слитка, выражающаяся как в появлении кристаллитов различных размеров, так и в образовании концентрических ликвационных квадратов.

Способ реализуется следующим образом.

Отливают слитки массой 5 т из стали ШХ 15. Разливку стали производят сверху. Вибрационное воздействие начинают после окончания заливки металла. Вибрацию прикладывают к массивной стальной плите, установленной на упругих элементах. Изложницу жестко крепят к плите.

Контроль качества получаемых слитков осуществляют по глубине проникновения усадочной раковины, дефектам слитка (рванины, плены и трещины) и

l. дефектам проката (при прокатке в квадрат 80х80 мм) °

Результаты обработки по предлагаемому способу приведены в таблице.

Из таблицы следует, что при обработке металла предложенным способом уменьшаются дефекты проката на 0,33, снижается центральная пористость, а следовательно, повышается качество металла. формула изобретения

Способ вибрационного воздействия на эатвердевающий металл путем сообщения изложнице с расплавом колебаний различной частоты, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества металла и подавления усадочных дефектов, обработку ведут циклически плавным изменением . частотй колебаний, при этом диапазон изменения частоты составляет (0,3-0,5)-(80- 100) Гп, причем частота минимальна в начале и конце цикла и максимальна в середине цикла, а длительность цикла изменения частоты колебаний но всем диапазоне равна 0,02-0,04 периода затвердевания слитка или отливки.

1532 97

Рекимы обрвботки

Дефекты проката, Х

Дефекты слитка, 2

Глубине про пик новения усвдочной раковины, 2

Характеристика микроструктуры, балл

Длительность полуциклв иэменения Чвстоты колебаний, С

Дивпвэон иэме» нения частоты колебвний Гц

ТочечЛикввЦентра льнвя нвя цнонный неоднородность порнстость

Никний Верхний предел предел квадОтноси- Абсолюттельнвя нвя* рат

* Длительность периоде эвтнерденания слитка 1,7 ч.

** В числителе процентная доля рванин,a н энаменателе — трещин

О О О

0,15 90 0 15

0,25 90 0,015

0>30 90 0,015

0 50 90 0 015

0,60 90 0,015

1,00 90 0>015

0 40 60 0,015

0,40 75 0,015

0,40 80 0 015

0,40 100 0,015

0,40 105 0,015

0,40 115 0,015

0,40 125 0 015

0,30 100 О, 005

0 30 100 0,009

0,30 100 0,010

0 30 100 0 015

0 30 100 0,020

0 30 100 0,022

0>30 100 0,025

О

92

92

92

92

92

92

92

92

92

92

92

92

92

31

61

92

122

134

153

16, 17

13,0

9,0

8,5

11,5

14,0

14,8

11,6

8,5

9,5

12,0!

3,5!

4>7

15,9

12,5

9,0

8,5

9,5

12,0

15,6

0,40/0>35"*

0,20/0,20

0,10/0>08

0,08/0,05

0,08/0,06

О, 15/О, 12

0 25/0,30

О, lÜ/0,08

О, 13/О, 07

0,08/0,05

О 08/О, 10

0,12/0>20

0,20/0,40

0,35/0,58

0,20/О, 16

О, 12/О, 10

0,09/0,06

0,08/0,06

0,08/0,06

О, E6/0,18

0,24/0,20

1-2

1-2

О

О

1-0

1-2

2-3

1-2

О

О

0-1

0-1

0-1

1-2

1-2

О

О

О

3-4

1-2

1-2

О-!

0-1

1-2

1-2

1-2

1-2

0-1

0-1

0-1

0-1

О-!

2

О

2

3-4

1

О

О

2-3

2

0-1

О-!

О-l

0-1

0-1

1-2

0-1

О

О

О

1-2

1-2

0,4

0,10

0,08

0>06

0,06

0,15

0,2&

0,18

0,12

0> 06

0,07

0,12

0,25

0>40

0,36

0,12

0,07

0,06

0,07

0,12

0,27