Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек
Изложены основные характеристики процесса центробежной электрошлаковой выплавки полых отливок ∅ 600/350 мм, Н = 290 мм, массой 0,4 т из конструкционной стали 20Х2Н4А Приведены сведения о химическом составе, структуре и механических свойствах этих отливок. Показано, что отливки ЦЭШЛ из стали 20Х2Н4А...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Процессы литья |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31702 |
| 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: | Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Процессы литья. — 2009. — № 5. — С. 57-61. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-31702 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-317022012-03-14T12:07:55Z Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. Новые методы и прогрессивные технологии литья Изложены основные характеристики процесса центробежной электрошлаковой выплавки полых отливок ∅ 600/350 мм, Н = 290 мм, массой 0,4 т из конструкционной стали 20Х2Н4А Приведены сведения о химическом составе, структуре и механических свойствах этих отливок. Показано, что отливки ЦЭШЛ из стали 20Х2Н4А характеризуются высокой химической и физической однородностью, могут применяться как в литом, так и деформированном состоянии для раскатных колец и обечаек. Викладено основні характеристики процесу відцентрової електрошлакової виплавки порожнистих виливків ∅ 600/350 мм, Н = 290 мм, масою 0,4 т з конструкційної сталі 20Х2Н4А. Приведено відомості про хімічний склад, структуру і механічні властивості цих виливків. Показано, що виливки ВЕШЛ із сталі 20Х2Н4А характеризуються високою хімічною і фізичною однорідністю, можуть застосовуватися як в литому, так і деформованому стані для розкатних кілець і обичайок. Basic descriptions of process of the centrifugal electroslag smelting of the hollow foundings of are expounded ∅600/350 mm, H = 290 mm, mass of 0,4 t from construction steel of 20Х2Н4А. Information is resulted about chemical composition, structure and mechanical properties of these foundings. It is rotined that foundings of CESС from steel of 20Х2Н4А characterized high chemical and physical homogeneity. They can be used both in саst and in the deformed state for roll rings and purflings. 2009 Article Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Процессы литья. — 2009. — № 5. — С. 57-61. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31702 669.187.56 ru Процессы литья 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 |
| topic |
Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| spellingShingle |
Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек Процессы литья |
| description |
Изложены основные характеристики процесса центробежной электрошлаковой выплавки полых отливок ∅ 600/350 мм, Н = 290 мм, массой 0,4 т из конструкционной стали 20Х2Н4А Приведены сведения о химическом составе, структуре и механических свойствах этих отливок. Показано, что отливки ЦЭШЛ из стали 20Х2Н4А характеризуются высокой химической и физической однородностью, могут применяться как в литом, так и деформированном состоянии для раскатных колец и обечаек. |
| format |
Article |
| author |
Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. |
| author_facet |
Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. |
| author_sort |
Скрипник, С.В. |
| title |
Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек |
| title_short |
Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек |
| title_full |
Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек |
| title_fullStr |
Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек |
| title_full_unstemmed |
Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек |
| title_sort |
прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31702 |
| citation_txt |
Прогрессивная технология изготовления полых электрошлаковых заготовок для раскатных колец и обечаек / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Процессы литья. — 2009. — № 5. — С. 57-61. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT skripniksv progressivnaâtehnologiâizgotovleniâpolyhélektrošlakovyhzagotovokdlâraskatnyhkoleciobečaek AT černegadf progressivnaâtehnologiâizgotovleniâpolyhélektrošlakovyhzagotovokdlâraskatnyhkoleciobečaek |
| first_indexed |
2025-07-03T12:10:25Z |
| last_indexed |
2025-07-03T12:10:25Z |
| _version_ |
1836627657763061760 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 5 57
ноВые методы и прогрессиВные технологии литья
УдК 669.187.56
с. В. скрипник, д. Ф. Чернега*
НПФ «Титан», Киев
*Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
прогрессиВная технология изготоВления полых
элеКтрошлаКоВых заготоВоК для расКатных
Колец и обеЧаеК
Изложены основные характеристики процесса центробежной электрошлаковой выплавки
полых отливок ∅ 600/350 мм, Н = 290 мм, массой 0,4 т из конструкционной стали 20Х2Н4А.
Приведены сведения о химическом составе, структуре и механических свойствах этих от-
ливок. Показано, что отливки ЦЭШЛ из стали 20Х2Н4А характеризуются высокой химической
и физической однородностью, могут применяться как в литом, так и деформированном со-
стоянии для раскатных колец и обечаек.
Викладено основні характеристики процесу відцентрової електрошлакової виплавки по-
рожнистих виливків ∅ 600/350 мм, Н = 290 мм, масою 0,4 т з конструкційної сталі 20Х2Н4А.
Приведено відомості про хімічний склад, структуру і механічні властивості цих виливків. По-
казано, що виливки ВЕШЛ із сталі 20Х2Н4А характеризуються високою хімічною і фізичною
однорідністю, можуть застосовуватися як в литому, так і деформованому стані для розкатних
кілець і обичайок.
Basic descriptions of process of the centrifugal electroslag smelting of the hollow foundings of
are expounded ∅600/350 mm, H = 290 mm, mass of 0,4 t from construction steel of 20Х2Н4А.
Information is resulted about chemical composition, structure and mechanical properties of these
foundings. It is rotined that foundings of CESС from steel of 20Х2Н4А characterized high chemical
and physical homogeneity. They can be used both in саst and in the deformed state for roll rings
and purflings.
Ключевые слова: центробежное электрошлаковое литье, раскатные кольца, макрострук-
тура, микроструктура, конструкционная сталь.
В производстве раскатных колец и обечаек из конструкционных и жаропрочных
сталей в большинстве случаев используют полые заготовки, полученные рядом де-
формационных методов: биллетирование слитков, осадка, прошивка и раскатка [1].
Технологические схемы, предусматривающие большое количество металлургических
переделов, отличаются сложностью и трудоемкостью. Опробован также метод получения
заготовок под горячую раскатку колец электрошлаковой прошивкой слитков ЭШП с
использованием подвижных дорнов [2]. Такой метод существенно сокращает цикл из-
готовления заготовок, но требует наличия сложного оборудования и высокой квалифи-
кации плавильщиков. Кроме того, диаметр полых слитков ЭШП ограничен мощностью
источников электрошлаковых печей. Альтернативным решением технологии получения
полых заготовок для раскатных колец и обечаек является метод центробежного электро-
шлакового литья, разработанный в ИЭС им. Е. О. Патона [3, 4]. Он сочетает рафиниро-
вание металла от вредных примесей, направленное и последовательное затвердевание
металла под слоем шлака в поле центробежных сил. Такая технология достаточно проста,
58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 5
новые методы и прогрессивные технологии литья
не требует наличия сложного оборудования и обеспечивает получение полых электро-
шлаковых заготовок больших размеров как простой, так и сложной конфигурации.
В качестве материала для исследования была выбрана легированная конструкцион-
ная сталь 20Х2Н4А, которая широко используется для изготовления раскатных колец,
шестерен, вал – шестерен и других особо ответственных высоконагруженных деталей,
к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости
[5]. Технология получения заготовок заключалась в следующем: расходуемые электроды
диаметром 230 мм, длиной 1350 мм и массой 0,42 т получали из металлоотходов рас-
плавлением их в электродуговой сталеплавиль-
ной печи с последующей заливкой металла в
неохлаждаемые изложницы. Затем электроды
переплавляли в стальном футерованном тигле
на комплексе центробежного электрошлакового
литья КЦЭШЛ-1 с вертикальной осью вращения.
Переплав осуществляли под флюсом АН 295 в ко-
личестве 20 кг на плавку. Ток переплава составлял
5,6-6 кА, напряжение – 40-45 В. По ходу плавки
металл раскисляли путем ввода дозированных
порций (0,2 кг) силикокальция марки СК-25, в
%: (Ca - 25-30, Al - 2, Fe <10, C - 0,5,
остальное - Si), ГОСТ 476271. Ме-
таллическую форму перед заливкой
подогревали до 180 °C. Температуру
металла по ходу переплава контро-
лировали платино-платинородиевой
термопарой типа ТПР 30/6. При из-
мерениях использовали вторичный
прибор типа КСП-3. Температура
металла перед заливкой во вращающуюся форму
составляла 1520 °C. Начальная частота вращения
формы - 300, конечная – 700 об/мин. Выдержка
отливки во вращающейся форме длилась 20 мин.
В результате получена партия (10 шт) заготовок
размерами ∅ 600/350 мм, Н = 290 мм, массой 0,4 т
(рис.1). Толщина гарнисажа составляла 2,0-2,5 мм.
Заготовки имели хорошую наружную и внутреннюю
поверхности, пригодные для горячей раскатки
без предварительной механической обработки.
Из полученных заготовок вырезали темплеты
и образцы для исследования состава, структуры
и механических свойств литого металла опытных
отливок (рис. 2).
Исследование химического состава металла за-
готовок показало (табл. 1), что он практически иден-
тичен исходному металлу электродов. Произошло
лишь значительное обессеривание, характерное
для электрошлакового металла, а также некоторый
угар кремния. Никель, хром и марганец остались в
исходной концентрации. Макроструктура металла
(рис. 3) представлена зоной мелких кристаллов у
поверхности, за ней расположена зона столбча-
тых, вблизи свободной поверхности находится
Рис. 1. Электрошлаковые заготовки из стали
20Х2Н4А
Рис. 3. Макроструктура отливки (продольное
сечение)
Рис. 2. Схема вырезки образцов из электрошлаковой заготовки
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 5 59
новые методы и прогрессивные технологии литья
зона равноосных кристаллов. С внутренней стороны наблюдаются усадочные дефекты,
глубина залегания которых на контролируемой плоскости не превышает 10 мм. Изучение
отпечатка по Бауману показало равномерное распределение серы по всей поверхности.
Микроструктура (рис. 4) соответствует литому со-
стоянию и состоит из грубопластинчатого перлита.
Детально исследовано качество литой заготов-
ки из стали 20Х2Н4А. В табл. 2 приведены меха-
нические свойства сортового проката сечением
свыше 80 до 150 мм (ГОСТ 4543–71). Получен-
ные результаты показывают, что механические
свойства литого металла несколько превышают
нормы ГОСТа 4543–71 на деформированный
металл открытой выплавки. Твердость по Бри-
неллю находится в пределах 3100-3310 МПа.
Степень загрязнения металла неметаллически-
Образец
Элемент, массовая доля, %
С Si Mn Cr Ni Mo Al Cu S P
Верх, № 1
№ 2
№ 3
0,16
0,16
0,15
0,27
0,25
0,25
0,51
0,49
0,49
1,34
1,29
1,29
3,30
3,26
3,22
0,05
0,04
0,04
0,005
0,008
0,007
0,15
0,14
1,13
0,011
0,007
0,007
0,021
0,014
0,014
Середина, №1
№ 2
№ 3
0,15
0,16
0,15
0,28
0,28
0,29
0,49
0,51
0,49
1,36
1,35
1,39
3,35
3,28
3,48
0,05
0,05
0,05
0,003
0,002
0,002
0,15
0,15
0,15
0,012
0,010
0,013
0,023
0,021
0,026
Низ, № 1
№ 2
№ 3
0,16
0,16
0,15
0,27
0,25
0,25
0,52
0,49
0,48
1,35
1,28
1,29
3,28
3,15
3,18
0,05
0,04
0,04
0,005
0,005
0,006
0,14
0,13
0,13
0,012
0,008
0,008
0,022
0,013
0,014
Исходный
электрод
0,16 0,32 0,49 1,35 3,22 0,15 0,016 0,020
ГОСТ 4543-71 0,16-
0,22
0,17-
0,37
0,30-
0,60
1,25-
1,66
3,25-
3,66
≤ 0,30
Примечание: 1 - наружная поверхность; 2 - середина; 3 - внутренняя поверхность
таблица 1. химический состав отливки цэшл из стали 20х2н4а
Рис. 4. Микроструктура отливки в термообра-
ботанном состоянии, ×100
Объект
испытаний
Направление
вырезки образцов
σв,
МПа
σв,
МПа δ5
, % ψ, % KCU,
Дж/см2
Отливка
ЦЭШЛ
осевое
радиальное
тангенциальное
1310-1320
1315
1320-1330
1325
1315-1325
1320
1100-1110
1105
1105-1115
1110
1120-1130
1125
8,7-9,4
9,0
8,4-9,1
8,7
8,5-9,2
8,8
42,5-44,8
43,6
42,1-44,5
43,3
42,4-45,1
43,7
72,0-73,6
72,8
71,8-72,9
72,3
71,5-73,0
72,2
Требования
ГОСТа 4543-71
на прокат сече-
нием 80-150 мм
1270 1080 7 40 70
Примечание: 1 - гомогенизация проводилась при 1200 °C, 10 ч, закалка от 860 °C, воздух, отпуск при 180 °C,
воздух; 2 - в числителе – наименьшее и наибольшее значение свойств по трем образцам, в знаменателе -
среднее
таблица 2. механические свойства стали 20х2н4а полого слитка цэшл
массой 0,4 т
60 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 5
новые методы и прогрессивные технологии литья
ми включениями определяли методом Ш по ГОСТу 1778-70 на девяти образцах, вырезан-
ных из трех горизонтов по высоте отливки (верх, середина, низ) и в трех точках по сечению
(наружная поверхность, 1/2 толщины, внутренняя поверхность). Результаты сведены в
табл. 3. Подтверждена более низкая по сравнению с металлом электродов загрязненность
заготовки неметаллическими включениями: пластичные силикаты полностью отсут-
ствуют, значительно снизилось содержание хрупких и недеформирующихся силикатов.
На следующем этапе работ две полые отливки ЦЭШЛ массой 0,4 т из стали 20Х2Н4А
диаметром 600 мм были подвергнуты горячей раскатке на кольцераскатном стане с вер-
тикальной осью вращения до 700
мм. Перед раскаткой механическая
обработка отливок не проводилась.
После раскатки отливок (рис. 5)
для проведения ультразвукового
контроля торцевые поверхности по-
требовалось обработать механиче-
ски для придания им необходимой
чистоты. Ультразвуковой контроль
сплошности колец произвели с по-
мощью прибора УД2-12 лучом с ча-
стотой 2,5 МГц. Внутренних дефек-
тов не обнаружили. Усадочные де-
фекты, глубина которых достигала
10 мм, в результате горячей раскатки
даже с минимальной степенью де-
формации (около 10 %) полностью
исчезли. Отсутствие таких дефектов
Место вырезки образца Оксиды Силикаты
Сульфиды
по длине по сечению строчечные точечные хрупкие пластич-
ные
недефор-
мирую-
щиеся
Верх
наружная
поверхность
0 0,5 0 0 0,5 0
1/2 толщины 0 0,5 0 0 0,5 0,5
внутренняя
поверхность
0 1,0 0,5 0 0,5 0,5
Середина
наружная
поверхность
0 0,5 0 0 0,5 0
1/2 толщины 0 0,5 0,5 0 0,5 0,5
внутренняя
поверхность
0 0,5 1,0 0 0,5 0
Низ
наружная
поверхност
0 0,5 0 0 0,5 0,5
1/2 толщины 0 0,5 0 0 0,5 0
внутренняя
поверхность
0 1,0 0,5 0 0,5 0,5
Электрод 1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 1,0
таблица 3. наличие неметаллических включений в стали 20х2н4а, в
баллах
Рис. 5. Электрошлаковые заготовки после прокатки и подготовки
к ультрозвуковому контролю
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 5 61
новые методы и прогрессивные технологии литья
после обработки давлением можно объяснить высокой чистотой электрошлакового ме-
талла по примесям, отсутствием окисленных пленок на поверхности усадочных микро-
полостей. В результате стала возможна так называемая твердофазная заварка микропор [6].
Таким образом, технология ЦЭШЛ применительно к кольцепрокатному произ-
водству позволяет получать заготовки из легированной стали 20Х2Н4А с хорошим
качеством поверхности и высоким комплексом механических свойств. При этом
прочность, пластичность и вязкость не зависят от направления вырезки образцов.
Это дает возможность использовать их в литом состоянии с незначительными при-
пусками на механическую обработку. Можно рекомендовать их использование в
кольцепрокатном производстве в ряде случаев в литом виде либо после раскатки.
Выводы
• Отливки ЦЭШЛ из конструкционных сталей типа 20Х2Н4А характеризуются высо-
кой химической и физической однородностью, высоким уровнем механических свойств
и изотропностью.
• Отливки ЦЭШЛ из стали 20Х2Н4А могут использоваться для изготовления раскатных
колец без предварительной механической обработки, что упрощает процесс их производ-
ства и снижает стоимость раскатных колец.
1. Электрошлаковый переплав на кулебакском металлургическом заводе им. С.М. Кирова
/ А. Я. Рабинович, Б. Р. Желнин, А. В. Маринин и др. // Электрошлаковая технология. – Киев:
Наук. думка, 1983. – С. 43-49.
2. Панин В. В., Смирнов Б. С., Лобжанидзе Р. Б. Выплавка полых заготовок для раскатных колец.
// Спец. электрометаллургия. - 1973. - Вып. 22. - С. 24-28.
3. Медовар Б. И., Маринский Г. С., Шевцов В. Л. Центробежное электрошлаковое литье. – Киев:
Знание, 1983. – 48 с.
4. Электрошлаковая тигельная плавка и разливка металла / Б. И. Медовар, В. Л. Шевцов,
В. И. Мартын и др. – Киев: Наук. думка, 1998. – 216 с.
5. Марочник сталей и сплавов /А. С. Зубчненко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский и др. / Под
ред. А. С. Зубченко. – М.: Машиностроение, 2003. - 784 с.
6. Медовар Б. И. Металлургия вчера, сегодня и завтра. - Киев: Наук. думка, 1986. – 131 с.
Поступила 15.01.2009
УдК 621.74.046:086.5
Ю. н. романенко, е. г. афтандилянц, о. а. пеликан, и. о. шинский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
моделироВание процесса распределения элементоВ
В переходных слоях биметаллиЧесКих отлиВоК
Представлены методика и результаты компьютерного моделирования процессов теплообме-
на и диффузионного перераспределения элементов в переходном слое при формировании
биметаллических отливок. Экспериментальными исследованиями подтверждена адекват-
ность разработанной методики. Установлены закономерности влияния температуры и хими-
ческого состава на теплопроводность, теплоемкость и плотность сплавов биметаллической
пары, а также на диффузию углерода, кремния, марганца, хрома и молибдена в твердом и
жидком состояниях. Приведена оценка точности аппроксимирующих зависимостей и рас-
считаны их погрешности.
|