Обработка стали электрическим током в литейной форме
Цель работы – анализ влияния электроимпульсной обработки током переменной полярности расплава марганецсодержащих сталей в литейной форме в процессе кристаллизации. Установлено, что в результате улучшается структурная, химическая и физическая однородность структуры указанных сплавов, что обеспечивает...
Gespeichert in:
| Datum: | 2017 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2017
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/163234 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Обработка стали электрическим током в литейной форме / Е.Н. Жбанова, Л.Н. Саитгареев, И.Э. Скидин // Металл и литье Украины. — 2017. — № 8-10 (291-293). — С. 63-66. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-163234 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1632342020-01-27T01:25:44Z Обработка стали электрическим током в литейной форме Жбанова, Е.Н. Саитгареев, Л.Н. Скидин, И.Э. Цель работы – анализ влияния электроимпульсной обработки током переменной полярности расплава марганецсодержащих сталей в литейной форме в процессе кристаллизации. Установлено, что в результате улучшается структурная, химическая и физическая однородность структуры указанных сплавов, что обеспечивает повышение предела прочности соответственно на 7 и 19 %, ударной вязкости – на 21 и 17 % без изменения химического состава. Впервые установлены параметры обработки электрическим током сменной полярности расплавов марганецсодержащих сталей в литейной форме в процессе кристаллизации, которые обуславливают дробление зерен карбида марганца и металлической основы сплавов. Метою роботи є аналіз впливу електроімпульсної обробки струмом змінної полярності розплаву марганцевмісних сталей в ливарній формі в процесі кристалізації. Встановлено, що в результаті поліпшується структурна, хімічна і фізична однорідність структури зазначених сплавів, що забезпечує підвищення межі міцності відповідно на 7 та 19 %, ударної в'язкості – на 21 і 17 % без зміни хімічного складу. Вперше встановлено параметри обробки електричним струмом змінної полярності розплавів марганцевмісних сталей в ливарній формі в процесі кристалізації, які обумовлюють дроблення зерен карбіду марганцю і металевої основи сплавів. The purpose of the research is to analyze the effect of the electro-pulse treatment of the melt of manganese-containing steel in the foundry form during the crystallization process under the influence of alternating current. It was found that as a result of this treatment, structural, chemical and physical homogeneity of the compositions of these alloys improves, which provides an increase in the ultimate tensile strength by 7 and 19 %, respectively, and the impact strength by 21 and 17 % without changing the chemical composition. For the first time, the parameters for the treatment of the melts of manganese-containing steels in the foundry form during the crystallization process by applying the alternating current, which causes crushing of the grains of manganese carbide and the metal base of the alloys, are established. 2017 Article Обработка стали электрическим током в литейной форме / Е.Н. Жбанова, Л.Н. Саитгареев, И.Э. Скидин // Металл и литье Украины. — 2017. — № 8-10 (291-293). — С. 63-66. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/163234 669-178 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Цель работы – анализ влияния электроимпульсной обработки током переменной полярности расплава марганецсодержащих сталей в литейной форме в процессе кристаллизации. Установлено, что в результате улучшается структурная, химическая и физическая однородность структуры указанных сплавов, что обеспечивает повышение предела прочности соответственно на 7 и 19 %, ударной вязкости – на 21 и 17 % без изменения химического состава. Впервые установлены параметры обработки электрическим током сменной полярности расплавов марганецсодержащих сталей в литейной форме в процессе кристаллизации, которые обуславливают дробление зерен карбида марганца и металлической основы сплавов. |
| format |
Article |
| author |
Жбанова, Е.Н. Саитгареев, Л.Н. Скидин, И.Э. |
| spellingShingle |
Жбанова, Е.Н. Саитгареев, Л.Н. Скидин, И.Э. Обработка стали электрическим током в литейной форме Металл и литье Украины |
| author_facet |
Жбанова, Е.Н. Саитгареев, Л.Н. Скидин, И.Э. |
| author_sort |
Жбанова, Е.Н. |
| title |
Обработка стали электрическим током в литейной форме |
| title_short |
Обработка стали электрическим током в литейной форме |
| title_full |
Обработка стали электрическим током в литейной форме |
| title_fullStr |
Обработка стали электрическим током в литейной форме |
| title_full_unstemmed |
Обработка стали электрическим током в литейной форме |
| title_sort |
обработка стали электрическим током в литейной форме |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/163234 |
| citation_txt |
Обработка стали электрическим током в литейной форме / Е.Н. Жбанова, Л.Н. Саитгареев, И.Э. Скидин // Металл и литье Украины. — 2017. — № 8-10 (291-293). — С. 63-66. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT žbanovaen obrabotkastaliélektričeskimtokomvlitejnojforme AT saitgareevln obrabotkastaliélektričeskimtokomvlitejnojforme AT skidinié obrabotkastaliélektričeskimtokomvlitejnojforme |
| first_indexed |
2025-07-14T15:45:38Z |
| last_indexed |
2025-07-14T15:45:38Z |
| _version_ |
1837637764263182336 |
| fulltext |
63ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2017. № 8-10 (291-293)
Работы по обработке расплавов электрическим
током в процессе кристаллизации, в основном, про-
водились на цветных металлах и сплавах [2–4]. Есть
положительные результаты применения электро-
обработки при изготовлении отливок из чугунов [5].
Для указанных сплавов обработка электрическим то-
ком оказывает позитивное влияние на процессы те-
пломассопереноса и структурообразования, а также
обусловливает направленную кристаллизацию в ме-
жэлектродном пространстве [6]. Это особенно важно
при получении тонкостенных литых изделий.
Следует отметить, что действие тока на марганец-
содержащие стальные отливки ранее не изучалось,
поэтому требуется проведение комплекса иссле-
дований по изучению влияния обработки током на
структуру стального расплава при кристаллизации.
В лабораторных условиях плавильного павильо-
на ГВУЗ «Криворожский национальный универси-
тет» была опробована технология получения опыт-
ной партии отливок из металлического сплава 35ГЛ
и 110Г13Л, которая включает обработку в процессе
кристаллизации расплава электроимпульсным током
переменной полярности.
Полученные металлографические шлифы образ-
цов изучали под микроскопом МИМ-8М, оснащен-
ным видеокамерой, соединенной с компьютером.
Контроль микроструктуры сплава осуществлялся по
ГОСТ 10243-75.
Результаты и обсуждение. Обработка отливок из
марганецсодержащих сталей осуществляется в ре-
зультате пропускания электрического тока через туго-
плавкие электроды, заформованные в песчано-глини-
стой форме, которые контактируют непосредственно с
металлом в процессе нахождения его в жидком, твер-
дожидком состоянии и до окончания кристаллизации.
Переменная полярность положительно влияет на
уменьшение химической неоднородности благодаря
В
ведение. Актуальной задачей металлургических
предприятий является улучшение физико-ме-
ханических свойств сталей. Наиболее целесо-
образным, по мнению авторов статьи, является
улучшение этих свойств еще на этапе формирования
изделий и заготовок, вследствие уменьшения физи-
ческой неоднородности (микротрещины, пористость,
раковины), структурной неоднородности (размер и
расположение зерен), а также химической неодно-
родности (распределение компонентов). Влияние
на указанные параметры структуры без изменения
химического состава расплава и без применения
затратных и трудоемких способов возможно, вслед-
ствие электроимпульсной обработки металла при
его кристаллизации. Но параметры тока, которые
бы обеспечили необходимый эффект обработки для
стальных отливок не обоснованы, что подтверждает
актуальность исследований.
Целью работы является обоснование возмож-
ности повышения качества отливок из конструкцион-
ной стали 35ГЛ и износостойкой стали 110Г13Л, без
введения дополнительных легирующих элементов в
результате обработки электроимпульсным током в
процессе кристаллизации расплава.
Материалы и методы. Для повышения качества
отливок все большее применение находит метод воз-
действия электрического тока на расплав при кри-
сталлизации. Такие технологические решения позво-
ляют получать литые изделия с повышенным содер-
жанием необходимых компонентов в поверхностном
слое и снижать их содержание в теле отливки [1].
Импульсно-периодическая токовая нагрузка сплава
при кристаллизации имеет определенные преимуще-
ства перед режимами постоянного и переменного то-
ка. Прежде всего, – это более низкие энергозатраты
при одновременном уменьшении потерь на нагрев
металла.
УДК 669-178
Е. Н. Жбанова, ст. преп., e-mail: zhbanova.olena@gmail.com
Л. Н. Саитгареев, канд. техн. наук, доц.
И. Э. Скидин, ст. преп.
ГВУЗ «Криворожский национальный университет», Кривой Рог
Обработка стали электрическим током в литейной форме
Цель работы – анализ влияния электроимпульсной обработки током переменной полярности расплава
марганецсодержащих сталей в литейной форме в процессе кристаллизации. Установлено, что в результате
улучшается структурная, химическая и физическая однородность структуры указанных сплавов, что обеспечивает
повышение предела прочности соответственно на 7 и 19 %, ударной вязкости – на 21 и 17 % без изменения
химического состава.
Впервые установлены параметры обработки электрическим током сменной полярности расплавов
марганецсодержащих сталей в литейной форме в процессе кристаллизации, которые обуславливают дробление
зерен карбида марганца и металлической основы сплавов.
Практическая значимость работы заключается в повышении качества структуры литого сплава, которая
позволяет получать лучшие физико-механические свойства стали после ее термической обработки.
Ключевые слова: литье, электроимпульсная обработка, структура, кристаллизация, неметаллические
включения, физическая однородность, карбиды марганца.
64 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2017. № 8-10 (291-293)
мер ферритных зерен уменьшается на 53 %, карбиды
марганца расположены в центре зерен (рис. 1, б) и
занимают в 1,46 раза меньшую площадь (табл. 1). В
обработанных образцах стали 110Г13Л размеры зе-
рен уменьшаются на 60 % по сравнению с базовыми
образцами, площадь карбидов марганца уменьшает-
ся почти в 2,9 раза (см. табл. 1).
Для определения физико-механических свойств
для всех образцов применялся следующий режим
термической обработки: нагрев от 600 до 950 °С и
выдержка при этой температуре в течение 40 минут.
Закаливание проводилось в воде 18 °С.
Анализ микроструктур закаленных образцов пока-
зал, что избыточные карбиды растворяются в зернах
феррита или расположены исключительно в их цен-
трах. Обработка током с указанными параметрами
обеспечивает уменьшение размера ферритных зе-
рен и зерен карбидов марганца соответственно в 2
и 1,5 раза.
Микроструктурные перестройки в расплавах при
их обработке электроимульсным током обеспечива-
ют значительное повышение уровня физико-меха-
нических свойств для закаленных образцов сталей
35ГЛ и 110Г13Л, прежде всего, предел прочности (на
7 и 19 % соответственно) и ударной вязкости (на 21
и 17 % соответственно), без изменения химического
состава сплавов (табл. 2).
Такой эффект обработки, по мнению авторов
статьи, достигается вследствие микроструктурных
перестроек в расплаве под действием тока пере-
менной полярности с длительностью импульсов
больше 10-3 с в пределах частоты 5–33 Гц, скважно-
сти 5–24 меандров, силы 30–40 А, при напряжении
180–240 В, который меняет ближний порядок атомов
отсутствию электропереноса химических элементов
между анодом и катодом. Длительность импульсов
больше 10-3с тока обеспечивает улучшение струк-
турной однородности, вследствие уменьшения раз-
меров зерен феррита. Сила тока 30–40 А является
оптимальной для процесса обработки. Большие зна-
чения силы тока способствуют увеличению размеров
зерен карбидов марганца, ток меньше 30 А имеет не-
значительное влияние на микроструктуру образцов
марганецсодержащих сталей. Диапазон частоты тока
5–33 Гц является оптимальным, поскольку меньшая
частота тока не обеспечивает удаление неметалли-
ческих включений, а частота свыше 33 Гц способ-
ствует скоплению карбидов марганца на границах
зерен металлической основы. Скважность меньше
5 меандров не влияет на структуру и физико-механи-
ческие свойства исследуемых образцов.
Обработка конструкционной стали марки 35ГЛ и
износостойкой стали марки 110Г13Л при кристалли-
зации расплава электроимпульсным током перемен-
ной полярности с длительностью импульсов больше
10-3 с в пределах частоты 5–33 Гц, скважности 5–24
меандров, силы 30–40 А, при напряжении 180–240 В
обеспечивает уменьшение объема и протяженности
трещин, снижение содержания газов, существенное
(в 1,4–2,5 раза) уменьшение неметаллических при-
месей FeP, MnP, Fe3P, Mn3P, что в целом, свидетель-
ствует о значительном улучшении физической одно-
родности сплавов, по сравнению с базовыми (необ-
работанными) образцами.
Микроструктура базового образца стали 35ГЛ сви-
детельствует о наличии больших скоплений карбидов
марганца на границах зерен феррита (рис. 1, а). В об-
работаном по предложенной методике образце, раз-
Таблица 1
Количественный анализ карбидной составляющей стали
Марка
сплава
Обработка
электрическим током
Длина
кристаллов
марганца,
мкм
Площадь
кристаллов
марганца,
мкм2
Размер зерен
макрозерно, мм микрозерно, мкм
35ГЛ
нет
12 11 15 60
110Г13Л 10,1 14 16,1 154
35ГЛ
да
3,2 7,5 11 28
110Г13Л 2,8 4,8 4,0 93
Микроструктура стали 35ГЛ: а – базовый образец;
б – образец после обработки
Микроструктура стали 110Г13Л: а – базовый обра-
зец; б – образец после обработки
Рис. 1. Рис. 2.
а баб
65ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2017. № 8-10 (291-293)
в кластерах и уменьшает их размер вследствие ре-
зонансных явлений, которые происходят в процессе
энергетического воздействия.
Выводы
Результаты исследований показали, что элек-
троимпульсная обработка расплава стали 35ГЛ и
110Г13Л током переменной полярности с длитель-
ностью импульсов больше 10-3 с в пределах частоты
5–33 Гц, скважности 5–24 меандров, силы 30–40 А,
при напряжении 180–240 В во время кристалли-
зации способствует существенному уменьшению
физической и структурной неоднородности и повы-
шению физико-механических свойств сплавов 35ГЛ
и 110Г13Л: предела прочности – на 37 и 106 МПа,
ударной вязкости – на 53 и 33 кДж/м2 соответственно.
Таблица 2
Физико-механические свойства сталей
Обработка током Марка стали Предел прочности, МПа Ударная вязкость, кДж/м2
нет
35ГЛ 503 243
110Г13Л 553 190
да
35ГЛ 540 296
110Г13Л 659 223
1. Иванов А. В., Синчук А. В., Цуркин В. Н. Электротоковая обработка жидких и кристаллизующихся сплавов в литейных
технологиях // Электронная обработка материалов. – 2011. – № 5. – том 47. – С. 89–98.
2. Кіщенко О. М., Ткач В. В. Сучасні методи регулювання процесу кристалізації ливарних сплавів // Вісник Криворізького
національного університету. – 2012. – Вип. 30. – С. 221–223.
3. Миненко Г. Н. Об энергетическом воздействии на металлический расплав // Металлургия машиностроения. – 2006. –
№ 3. – С. 10–12.
4. Якимов В. И., Марьин Б. Н., Зелинский В. В., Заплетин М. А. Воздействие электрического тока на жидкий алюминие-
вый сплав // Металлургия машиностроения. – 2003. – № 3. – С. 36–39.
5. Миненко Г. Н., Смирнова Ю. А. Физическая модель воздействия электрического тока на процесс кристаллизации спла-
ва // Металлургия машиностроения. – 2009. – № 3. – С. 48–49.
6. Ткач В. В., Кищенко Е. Н. Влияние электровоздействия в процессе кристаллизации на свойства стали 110Г13Л //
Электрометаллургия. – 2015. – № 7. – С.9–11.
1. Ivanov A. V., Sinchuk A. V., Tsurkin V. N. (2011). Elektrotokovaia obrabotka zhidkikh i kristallizuiushchikhsia splavov v liteinykh
tekhnologiiakh [Electro-current treatment of liquid and crystallizing alloys in foundry technologies]. Elektronnaia obrabotka
materialov, no 5, vol. 47, pp. 89–98 [in Russian].
2. Kishchenko O. M., Tkach V. V. (2012). Suchasni metody reguliuvannia protsesu krystalizatsii lyvarnykh splaviv [Modern
methods of regulation of the process of crystallization of foundry alloys]. Visnik Krivoriz’kogo national’nogo universitetu,
no. 30, pp. 221–223 [in Ukrainian].
3. Minenko G. N. (2006). Ob energeticheskom vozdeistvii na metallicheskii rasplav [On the energy impact on a metallic melt].
Metallurgiia mashinostroeniia, no. 3, pp. 10–12 [in Russian].
4. Yakimov V. I., Mar’in B. N., Zelinskiy V. V., Zapletin M. A. (2003). Vozdeistvie elektricheskogo toka na zhidkii aliuminievyi splav
[The effect of electric current on liquid aluminum alloy]. Metallurgiia mashinostroeniia, no. 3, pp. 36–39 [in Russian].
5. Minenko G. N., Smirnova Yu. A. (2009). Fizicheskaia model’ vozdeistviia elektricheskogo toka na protsess kristallizatsii splava
[The physical model of the effect of an electric current on the crystallization process of an alloy]. Metallurgiia mashinostroeniia,
no. 3, pp. 48–49 [in Russian].
6. Tkach V. V., Kishchenko E. N. (2015). Vliianie elektrovozdeistviia v protsesse kristallizatsii na svoistva stali 110G13L [Effect
of electrostatic action in the process of crystallization on the properties of 110G13L steel]. Elektrometallurgiia, no. 7, pp. 9–11
[in Russian].
ЛИТЕРАТУРА
REFERENCES
66 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2017. № 8-10 (291-293)
Метою роботи є аналіз впливу електроімпульсної обробки струмом змінної полярності розплаву марганцевмісних
сталей в ливарній формі в процесі кристалізації. Встановлено, що в результаті поліпшується структурна, хімічна і
фізична однорідність структури зазначених сплавів, що забезпечує підвищення межі міцності відповідно на 7 та 19 %,
ударної в'язкості – на 21 і 17 % без зміни хімічного складу.
Вперше встановлено параметри обробки електричним струмом змінної полярності розплавів марганцевмісних сталей
в ливарній формі в процесі кристалізації, які обумовлюють дроблення зерен карбіду марганцю і металевої основи
сплавів.
Практична значимість роботи полягає в підвищенні якості структури литого сплаву, яка дозволяє отримувати кращі
фізико-механічні властивості сталі після її термічної обробки.
Жбанова О. М., Саітгареєв Л. Н., Скідін І. Е.
Обробка сталі електричним струмом у ливарній форміАнотація
Ключові слова
Литво, електроімпульсна обробка, структура, кристалізація, неметалеві включення,
фізична однорідність, карбіди марганцю.
Zhbanova E., Saitgareev L., Skidin I.
Treatment of steel by electric current in the foundry formSummary
The purpose of the research is to analyze the effect of the electro-pulse treatment of the melt of manganese-containing steel
in the foundry form during the crystallization process under the influence of alternating current. It was found that as a result of
this treatment, structural, chemical and physical homogeneity of the compositions of these alloys improves, which provides an
increase in the ultimate tensile strength by 7 and 19 %, respectively, and the impact strength by 21 and 17 % without changing
the chemical composition.
For the first time, the parameters for the treatment of the melts of manganese-containing steels in the foundry form during the
crystallization process by applying the alternating current, which causes crushing of the grains of manganese carbide and the
metal base of the alloys, are established.
The practical significance of the research is in the improvements of the structural quality of the cast alloys, which allows
obtaining the best physical and mechanical properties of the steel after its heat treatment.
Casting, electro-pulse treatment, structure, crystallization, nonmetallic inclusions, physical ho-
mogeneity, manganese carbides. Keywords
Поступила 13.10.17
|