Спосіб фізичного моделювання процесів пророблення структури в безперервнолитих злитках при пластичній деформації

Спосіб фізичного моделювання процесів пророблення литої структури в безперервнолитих злитках, що включає виливання свинцевих моде CM ю (О CD 6652 Таблиця Результати експериментів для осьового елемента, що має трубчастий перетин Спосіб Питомий опір моделюючої вставки, Рвст'робр Відомий Позамежний Пропонуємий Пропонуємий Позамежний Базовий 0,80 0,85 0,90 0,95 Величина відмітки відносно до загальної шкали, % 64,0 50,0 35,0 14,2 27,0 Контролюємі параметри Величина витяж- Бал осьової' пористоки насичення сті при Мі=Ю (по масигналу, /дх« кроструктуре) 2,0 15,3 3,0 10,5 0,5 9,7 0,5 7,5 0 1,5 * - під величиною витяжки насичення сигналу розуміють таке опорів зразка в двох суміжних проходах не перевищує 5% Таким чином, пропонований спосіб забезпечує досягнення технічної задачі удосконалення способу фізичного моделювання процесів пророблення структури в безперервнолитих злитках за рахунок застосування електронного методу, підвищується точність зняття параметрів питомого опору зразків, Комп'ютерна верстка Н. Лисенко значення р ь при якому різниця питомих можливість дослідження динамічних складових процесу прокатки безперервнолитих злитків, можливість попередньої задачі необхідних розмірів і конфігурації осьових дефектів у модельних зразках. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601 УКРАЇНА (19) UA (11)6652 (із) U (51)7 G01 N3/28 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ ФІЗИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПРОРОБЛЕННЯ СТРУКТУРИ В БЕЗПЕРЕРВНОЛИТИХ ЗЛИТКАХ ПРИ ПЛАСТИЧНІЙ ДЕФОРМАЦІЇ 1 (21)20041008637 (22)22.10.2004 (24)16.05.2005 (46) 16.05.2005, Бюл. № 5, 2005 р. (72) Мінаєв Олександр Анатолійович, Смирнов Євген Миколайович, Мітьєв Анатолій Петрович, Григор'єв Михайло Володимирович, Демидова Ірина Анатоліївна, Слупн Олексій Олексійович, Мягков Володимир Михайлович (73) ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (57) Спосіб фізичного моделювання процесів пророблення литої структури в безперервнолитих злитках, що включає виливання свинцевих моде льних зразків спеціальною осьовою вставкою і їхню наступну деформацію, а також вимірювання питомого опору моделюючого зразка, який відрізняється тим, що формування необхідного виду осьової пористості в модельних зразках здійснюють за рахунок заливання попередньо виготовленої свинцево-коркової осьової вставки, що має питомий опір на рівні 0,85-0,90 питомого опору основного матеріалу, пластичну деформацію здійснюють на гладкій бочці й у сполучених ящикових калібрах за реверсивною схемою, а вимір питомого опору модельних зразків ведуть у процесі прокатки між вогнищем деформації і кінцем зразка, що задається. Корисна модель відноситься до металурги, а точніше - до галузі процесів обробки металів тиском і може бути використаний при дослідженні процесу деформування безперервнолитих злитків (у першу чергу блюмів і заготовок) в обтискних проходах сортових прокатних станів. Відомий спосіб формозміни безперервнолитої заготовки при прокатці рейок Р65 з використанням фізичних моделей, у якому для визначення граничних геометричних розмірів осьової пористості й осьової лікваци виготовляли і прокатували в масштабі 1:5 складену свинцеву заготовку, яку збирали з окремих квадратних брусочків [Формоизменение непрерывнолитой заготовки при прокатке рельсов Р65/ Перетятько В.Н., Фастыковский А.Р., Пятайкин Е.М., Фаменкова М.В. // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением. Межрегиональный сборник научных трудов." Магнитогорск.-2002- с 180-185] Недоліком запропонованого способу є його дискретність, що виражається в тому, що оцінити осьову пористість і ліквацію можливо тільки для суворої КІЛЬКОСТІ спочатку заданих квадратних брусочків. При цьому, шляхом перерахування геометричних параметрів брусочка (початкових і кінцевих) можливо оцінити лише ступінь деформації (висотну і поперечну), що одержав той або інший моделюючий брусочок. Судити ж про величину осьової пористості і лікваци можна лише після травлення і при візуальному огляді, що різко знижує точність експериментальних даних. Другим істотним недоліком розглянутого способу є його надзвичайна трудомісткість, що вимагає як великої підготовчої роботи з виготовлення зразків (пресування брусочків, паяння і таке інше), так і роботи з одержання експериментальних даних1 прокатка, вирізка темплетів, травлення, обмір і т.ін. У практиці дослідження властивостей металів відомий спосіб визначення пластичних властивостей по ЗМІНІ питомого електричного опору р/р 0 для сталей з різним вмістом вуглецю в залежності від режимів деформаційної обробки [Герасимов В.Я., Третьяков А.П. // Оценка пластических свойств стали для стержневых изделий методом электрического сопротивления / Сталь.- 2003. №3. -с.53-54]. Основним недоліком даного способу є його статичний характер, що виражається в тому, що вимір питомого опору зразків вироблявся винятково після застосування деформації (волочіння і редукування у твердих конічних матрицях, тобто в наклепаному стані), а не в процесі застосування самої деформації. У цьому випадку з поля зору випадають усі закономірності, що зв'язані з проце CM ю CD (О 6652 сом ущільнення металу, зменшенням осьової ліквації і пористості. Крім того, при статичному характері реалізації експерименту пропадає можливість оцінити вплив швидкості деформації U (1/с) на процес пророблення литої структури. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі є спосіб моделювання прокатки, що включає виготовлення свинцевих заготовок зі штучно створеною осьовою ліквацією і наступною експериментальною прокаткою заготовок з метою визначення поводження осьової ліквації [Завьялов А.А., Логинов А.В., Тулупов А.Н. // Лабораторные методы моделирования ликвации при деформации непрерывно-литой сортовой заготовки / Обработка сплошных слоистых материалов: Межвузовский сборник научных трудов. Магнитогор. гос. техн. ун-т.- Магнитогорск. -2001]. Методика моделювання прокатки в лабораторних умовах пропонує спосіб опису геометричних параметрів ліквації в поперечному перерізі і використання ефективних цифрових методів обробки зображень, що дозволило одержати зручну для аналізу базу даних про деформації заготовок з ліквацією. Недоліком цього способу є крайня трудомісткість в обробці експериментальних даних: одержання недокатів, вирізка темплетів, травлення і т.ін. Крім того, до недоліків даного способу варто віднести складності, зв'язані з прогнозуванням місця розташування того або іншого досліджуваного дефекту макроструктури після прокатки. У цьому випадку виникає необхідність у виготовленні великого числа темплетів з невеликим кроком (2-Змм). До недоліків даного методу, так само як і попереднього варто віднести його статичний характер, що не дозволяє оцінити вплив саме динамічної складової процесу застосування деформації, що не дозволяє підвищити точність експериментальних даних. Загальні ознаки способу, що заявляється, і прототипу: 1. Виливок свинцевих модельних зразків зі спеціальною осьовою вставкою. 2. Наступна деформація модельних зразків. 3. Вимір питомого опору моделюючого зразка. В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача такого удосконалення способу фізичного моделювання процесу пророблення структури в безперервнолитих злитках при пластичній деформації за рахунок застосування електронного методу оцінки макроструктурного стану злитків, як у процесі додатка деформації, так і після, у результаті чого підвищується точність експериментальних даних, особливо в частині оцінки динамічних складової процесу. Поставлена задача досягається тим, що спосіб фізичного моделювання процесів пророблення литої структури в безперервнолитих злитках включає виливок свинцевих модельних зразків зі спеціальною осьовою вставкою і їхньою наступною деформацією, а також вимірювання питомого опору моделюючого зразка, відповідно до корисної моделі, формування необхідного виду осьової пористості в модельних зразках здійснюють за рахунок заливання попередньо виготовленої свинцевокоркової осьової вставки, що має питомий опір на рівні (0,85-0,90) питомого опору основного матеріалу, пластичну деформацію здійснюють на гладкій бочці й у сполучених ящикових калібрах за реверсивною схемою, а вимір питомого опору модельних зразків ведуть у процесі прокатки між вогнищем деформації і кінцем зразка, що задається. Новим у пропонованому рішенні є: 1. Зразки відливають зі свинцево-корковою осьовою вставкою, питомий опір якої складає (0,85-0,90) питомого опору основного матеріалу (свинцю). 2. Вимір питомого опору зразків під час прокатки ведуть між кінцем розкату, що задається, і вогнищем деформації. Виготовлення модельних зразків зі свинцю є раціональним, оскільки він добре зарекомендував себе при дослідженні процесів пластичної деформації в лабораторних умовах. Крім того, даний матеріал у первісному стані має гарну чистоту, а так само має питомий опір на рівні, що не вимагає застосування спеціальної апаратури. У цьому випадку цілком виправданим є використання свинцево-коркової осьової вставки спеціальної конструкції, оскільки при правильному підборі товщини листової основи або трубчастої оболонки можливо лише часткове оплавлення останньої. При цьому буде утворюватися спільний шар, що буде гарантувати надійну спайку моделюючої вставки й основного тіла зразка. Другим позитивним моментом використання свинцевого модельного зразка з осьовою свинцево-корковою вставкою спеціальної форми є той факт, що в цьому випадку підвищується точність експерименту з позиції більш коректного виконання співвідношення: _|Ч.ш Vc (1) Де VSm- опір деформації поверхневих шарів металу; Vs ц - опір деформації центральних шарів металу; м, н - індекси, що відносяться до моделі або натури відповідно. У цьому випадку частки коркового дерева гарантують виконання співвідношення (1) для свинцю, що добре зарекомендувався при вивченні процесів обробки металів тиском. Крім того, позитивним моментом є і той факт, що кромка дозволяє моделювати як різну конфігурацію пір, так і їхнє розташування по довжині модельного зразка. При цьому використання свинцевої підкладки або у виді стрічки, або у виді трубчастого елемента дозволяє попередньо фіксувати різні види дефектів по довжині зразка. У цьому випадку, відбувається різке зниження числа зразків, що виготовляються. Здійснення пластичної деформації на гладкій бочці й у сполучених калібрах за реверсивною схемою стосовно до прокатки безперервнолитих заготовок здається раціональним, оскільки зміна напрямку прокатки після кожного пропуску буде приводити до більш інтенсивного дроблення дендритної структури. У цьому випадку, при додатку навантаження в кожнім із проходів дендрити будуть згинатися за напрямком прокатки, тобто випробувати циклічне знакозмінне навантаження. 6652 При цьому відбувається більш інтенсивне дроблення литої структури, що є неодмінною умовою одержання якісного готового прокату. Крім того, використання прокатки на гладкій бочці й у сполучених калібрах так само забезпечує більш якісне пророблення, тому що в цьому випадку передбачені кантування через кожні два проходи. Зміна напрямку застосування навантаження так само буде сприяти процесові ущільнення литої структури. Все вищевикладене буде забезпечувати більш інтенсивний сигнал, що гарантує більш високу точність вимірів. Вимір питомого опору між кінцем розкату, що задається, і вогнищем деформації забезпечує, з одного боку, динамічне дослідження процесу ущільнення структури, а з іншого боку - дозволяє мінімізувати число зразків, що виготовляються, так само підвищити наочність і коректність реалізованого експерименту. Мінімізація на використання зв'язана в першу чергу з тим, що в одному зразку одночасно можуть розташовуватися кілька видів дефектів, обумовлених осьовою пористістю і ліквацією. Таку можливість надає саме форма виплавлюваної осьової вставки. У цьому випадку з'являється можливість коректної оцінки впливу параметрів процесу прокатки на пророблення литої структури: той самий матеріал зразка, ті самі параметри деформації, та сама температура і т.ін. Використання осьової вставки, що має питомий опір на рівні (0,85-0,90) питомого опору зразка, забезпечує стабільне одержання експериментальних даних, що добре корелюють із промисловими результатами. Зокрема, при використанні вставки, що має питомий опір більш ніж 0,90, виникає необхідність у застосуванні спеціальної особливо чуттєвої апаратури, тому що виходить украй невелика оцінка на екрані осцилографа. Крім того, у цьому випадку зростає похибка обробки отриманої інформації (точність обмірювання осцилографа). У свою чергу, використання осьових вставок з питомим опором менш чим 0,85 небажано, оскільки будуть досліджуватися процеси, що мають позамежний характер. Натурним аналогом таких заготовок будуть браковані (які мають наскрізні отвори по довжині, павукоподібні тріщини і т.ін.) заготовки, що не беруться в процес виробництва, тому що такі дефекти при наступній прокатці не заварюються. Межі обраного інтервалу в зв'язку з цим забезпечують, як повна фізична подоба, так і найбільшу точність проведення експерименту. Приклад. Перевірка способу фізичного моделювання процесів пророблення структури в безперервнолитих злитках здійснювалася в умовах лабораторії прокатки кафедри «Обробка металів тиском» Донецького національного технічного університету. Як досліджуваний об'єкт був обраний процес прокатки безперервнолитих заготовок перетином 125x125мм в обтискної кліті тріо стану 500/370 ВАТ «Донецький металопрокатний завод». Обтискна кліть має дві пари сполучених ящикових калібрів. Крім того, додатково розглядався процес прокатки вищезгаданої заготовок в гладких валках. Моделюючі зразки були виготовлені в масш табі 1:5 та 1:10. Як моделюючий матеріал був обраний свинець. Для створення осьової вставки використовувалися свинцева смуга товщиною 0,7 мм і частки коркового дерева. При цьому, в одній серії досвідів використовувалася підкладка зі смуги, а в другій серії виготовлявся трубчастий елемент із пережимами. Величина критерію, який характеризує усадкову раковину, у кожній серії була постійною і змінювалася від 1 (прокатка литих свинцевих зразків без усадкової раковини) до 12 (зразки зі свинцевокорковою осьовою вставкою): Ретзр (2) де р зр - питомий опір 1-го зразка серії з усадковою раковиною заданої форми і розміру, Ом м; Рет зр - питомий опір литого свинцевого зразка в серії, Омм. Прокатка модельних зразків здійснювалася на гладкій бочці й у сполучених ящикових калібрах за реверсивною схемою лабораторного стану 100 кафедри "Обробка металів тиском" ДонНТУ. Перед прокаткою кожного зразка проводилися наступні контрольні виміри: - ширина зразка В, мм; - висота зразка Н, мм; - довжина зразка L, мм; - електричний опір R, Ом. Після здійснення контрольних вимірів, зразки задавалися у валки, знежирені ацетоном, і прокатувалися разом з мідними провідниками, підключення яких здійснювалося по відповідним схемах до вимірювальної апаратури. Під час прокатки зразків у кожнім пропуску вироблявся запис динаміки зміни величини їхнього опору R. Як вимірювальний міст використовували стандартний міст постійного струму, сигнал від якого подавався на шлейфовий осцилограф Н145. Після пропуску робили повторне обмірювання зразків і дані заносили до таблиці. Обробка отриманих експериментальних даних дозволила розрахунковим шляхом визначити наступні величини: - витяжка \І; - площа перетину зразка після кожного проходу S, мм 2 , - питомий опір зразка р, Омм. Величину питомого опору зразка, а також розкатів після кожного проходу визначали за формулою: f •-рас де R - електричний опір зразка. Ом; р - питомий опір свинцю, Омм; S - площа поперечного перетину розкату, мм 2 ; Lpac - довжина розкату після пропуску, мм. Результати експериментів для осьового елемента, що має трубчастий перетин, представлені в таблиці 1. Для експериментів з осьовою вставкою, виготовленої з листової підкладки, були отримані близькі результати. 6652 Таблиця Результати експериментів для осьового елемента, що має трубчастий перетин Спосіб Питомий опір моделюючої вставки, Рвст/робр Відомий Позамежний Пропонуємий Пропонуємий Позамежний Базовий 0,80 0,85 0,90 0,95 Величина відмітки відносно до загальної шкали, % 64,0 50,0 35,0 14,2 27,0 Контролюємі параметри Величина витяж- Бал осьової пористоки насичення сті при Мі=Ю (по масигналу, І\ь? кроструктуре) 2,0 15,3 3,0 10,5 0,5 9,7 0,5 7,5 0 1,5 * - під величиною витяжки насичення сигналу розуміють таке її значення р 2 , при якому різниця питомих опорів зразка в двох суміжних проходах не перевищує 5% Таким чином, пропонований спосіб забезпечує досягнення технічної задачі удосконалення способу фізичного моделювання процесів пророблення структури в безперервнолитих злитках за рахунок застосування електронного методу, підвищується точність зняття параметрів питомого опору зразків, Комп'ютерна верстка Н. Лисенко можливість дослідження динамічних складових процесу прокатки безперервнолитих злитків, можливість попередньої задачі необхідних розмірів і конфігурації осьових дефектів у модельних зразках. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601