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

Спосіб фізичного моделювання процесів пророблення литої структури в безперервнолитих злитках, що включає лиття свинцевих модельних зразків із спеціальною осьовою вставкою і їхньою наступною деформацією, а також вимірювання питомого опору модельного зразка, який відрізняється тим, що формування необхідного виду осьової пористості в модельних зразках здійснюють шляхом заливання попередньо виготовленої свинцево-коркової осьової вставки, питомий опір якої складає 0,85-0,90 питомого опору основного матеріалу, пластичну деформацію здійснюють на гладкій бочці у з’єднаних ящикових калібрах за реверсивною схемою, а вимірювання питомого опору модельних зразків здійснюють у процесі прокатки між осередком деформації і кінцем зразка, що задається. Винахід відноситься до металургії, 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 ліквації 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 ліквації 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 даних: прокатка, вирізка темплетів, травлення, обмір і т.ін. У практиці дослідження властивостей металів відомий спосіб визначення пластичних властивостей по зміні питомого електричного опору / 0 для сталей з різним вмістом вуглецю в залежності від (19) UA (11) 77283 (13) C2 (21) 20041008620 (22) 22.10.2004 (24) 15.11.2006 (46) 15.11.2006, Бюл. № 11, 2006 р. (72) Мінаєв Олександр Анатолійович, Смирнов Євген Миколайович, Мітьєв Анатолій Петрович, Григор'єв Михайло Володимирович, Демидова Ірина Анатоліївна, Слугін Олексій Олексійович, Мягков Володимир Михайлович (73) ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) Бринза В.В. Определение эффективных условий деформирования тонких непрерывных слябов с жидкой сердцевиной // Металлургическая и горнорудная промышленность.-2002.-№10.-С.68-70 SU 1335846, 07.09.1987 SU 349925, 04.09.1972 SU 642033, 15.01.1979 SU 1612237, 07.12.1990 3 77283 4 режимів деформаційної обробки [Герасимов В.Я., них даних, особливо в частині оцінки динамічних Третьяков А.П. // Оценка пластических свойств складової процесу. стали для стержневых изделий методом электриПоставлена задача досягається тим, що споческого сопротивления / Сталь,- 2003.-№3. - с.53сіб фізичного моделювання процесів пророблення 54]. литої структури в безперервнолитих злитках вклюОсновним недоліком даного способу є його чає виливок свинцевих модельних зразків зі спецістатичний характер, що виражається в тому, що альною осьовою вставкою і їхньою наступною девимір питомого опору зразків вироблявся виняткоформацією, а також вимірювання питомого опору во після застосування деформації (волочіння і моделюючого зразка, відповідно до винаходу, форедукування у твердих конічних матрицях, тобто в рмування необхідного виду осьової пористості в наклепаному стані), а не в процесі застосування модельних зразках здійснюють за рахунок залисамої деформації. У цьому випадку з поля зору вання попередньо виготовленої свинцево-коркової випадають усі закономірності, що зв'язані з процеосьової вставки, що має питомий опір на рівні сом ущільнення металу, зменшенням осьової лік(0,85-0,90) питомого опору основного матеріалу, вації і пористості. Крім того, при статичному харакпластичну деформацію здійснюють на гладкій ботері реалізації експерименту пропадає можливість чці й у сполучених ящикових калібрах за реверсиоцінити вплив швидкості деформації U (1/с) на вною схемою, а вимір питомого опору модельних процес пророблення литої структури. зразків ведуть у процесі прокатки між вогнищем Найбільш близьким до пропонованого способу деформації і кінцем зразка, що задається. Новим у є спосіб моделювання прокатки, що включає вигопропонованому рішенні є: товлення свинцевих заготовок зі штучно створе1. Зразки відливають зі свинцево-корковою ною осьовою ліквацією і наступною експериментаосьовою вставкою, питомий опір якої складає льною прокаткою заготовок з метою визначення (0,85-0,90) питомого опору основного матеріалу поводження осьової ліквації [Завьялов А.А., Логи(свинцю). нов А.В., Тулупов А.Н. // Лабораторные методы 2. Вимір питомого опору зразків під час прокамоделирования ликвации при деформации непретки ведуть між кінцем розкату, що задається, і вогрывно-литой сортовой заготовки / Обработка нищем деформації. сплошных слоистых материалов: Межвузовский Виготовлення модельних зразків зі свинцю є сборник научных трудов. Магнитогор. гос. техн. унраціональним, оскільки він добре зарекомендував т,- Магнитогорск.-2001]. Методика моделювання себе при дослідженні процесів пластичної дефорпрокатки в лабораторних умовах пропонує спосіб мації в лабораторних умовах. Крім того, даний опису геометричних параметрів ліквації в поперематеріал у первісному стані має гарну чистоту, а чному перерізі і використання ефективних цифротак само має питомий опір на рівні, що не вимагає вих методів обробки зображень, що дозволило застосування спеціальної апаратури. У цьому виодержати зручну для аналізу базу даних про депадку цілком виправданим є використання свинформації заготовок з ліквацією. цево-коркової осьової вставки спеціальної консНедоліком цього способу є крайня трудомісттрукції, оскільки при правильному підборі товщини кість в обробці експериментальних даних: одерлистової основи або трубчастої оболонки можливо жання недокатів, вирізка темплетів, травлення і лише часткове оплавлення останньої. При цьому т.ін. Крім того, до недоліків даного способу варто буде утворюватися спільний шар, що буде гаранвіднести складності, зв'язані з прогнозуванням тувати надійну спайку моделюючої вставки й осмісця розташування того або іншого досліджувановного тіла зразка. ного дефекту макроструктури після прокатки. У Другим позитивним моментом використання цьому випадку виникає необхідність у виготовленсвинцевого модельного зразка з осьовою свинцені великого числа темплетів з невеликим кроком во-корковою вставкою спеціальної форми є той (2-3мм). факт, що в цьому випадку підвищується точність До недоліків даного методу, так само як і поексперименту з позиції більш коректного виконанпереднього варто віднести його статичний харакня співвідношення: тер, що не дозволяє оцінити вплив саме динамічVc.ш. Vc.ш. ної складової процесу застосування деформації, (1) Vc.ц. Vc.ц. що не дозволяє підвищити точність експериментам н льних даних. Де Vs.ш. - опір деформації поверхневих шарів Загальні ознаки способу, що заявляється, і металу; прототипу: Vs.ц. - опір деформації центральних шарів ме1. Виливок свинцевих модельних зразків зі талу; спеціальною осьовою вставкою. м, н - індекси, що відносяться до моделі або 2. Наступна деформація модельних зразків. натури відповідно. 3. Вимір питомого опору моделюючого зразка. У цьому випадку частки коркового дерева гаВ основу пропонованого винаходу поставлена рантують виконання співвідношення (1) для свинзадача такого удосконалення способу фізичного цю, що добре зарекомендувався при вивченні моделювання процесу пророблення структури в процесів обробки металів тиском. Крім того, позибезперервнолитих злитках при пластичній дефортивним моментом є і той факт, що кромка дозвомації за рахунок застосування електронного метоляє моделювати як різну конфігурацію пір, так і ду оцінки макроструктурного стану злитків, як у їхнє розташування по довжині модельного зразка. процесі додатка деформації, так і після, у резульПри цьому використання свинцевої підкладки або таті чого підвищується точність експериментальу виді стрічки, або у виді трубчастого елемента 5 77283 6 дозволяє попередньо фіксувати різні види дефекПриклад. тів по довжині зразка. У цьому випадку, відбуваПеревірка способу фізичного моделювання ється різке зниження числа зразків, що виготовляпроцесів пророблення структури в безперервнолиються. тих злитках здійснювалася в умовах лабораторії Здійснення пластичної деформації на гладкій прокатки кафедри «Обробка металів тиском» Добочці й у сполучених калібрах за реверсивною нецького національного технічного університету. схемою стосовно до прокатки безперервнолитих Як досліджуваний об'єкт був обраний процес заготовок здається раціональним, оскільки зміна прокатки безперервнолитих заготовок перетином напрямку прокатки після кожного пропуску буде 125 125мм в обтискної кліті тріо стану 500/370 приводити до більш інтенсивного дроблення денВАТ «Донецький металопрокатний завод». Обтисдритної структури. У цьому випадку, при додатку кна кліть має дві пари сполучених ящикових калібнавантаження в кожнім із проходів дендрити бурів. Крім того, додатково розглядався процес продуть згинатися за напрямком прокатки, тобто викатки вищезгаданої заготовок в гладких валках. пробувати циклічне знакозмінне навантаження. Моделюючі зразки були виготовлені в масшПри цьому відбувається більш інтенсивне дробтабі 1:5 та 1:10. Як моделюючий матеріал був облення литої структури, що є неодмінною умовою раний свинець. одержання якісного готового прокату. Крім того, Для створення осьової вставки використовувикористання прокатки на гладкій бочці й у сполувалися свинцева смуга товщиною 0,7мм і частки чених калібрах так само забезпечує більш якісне коркового дерева. При цьому, в одній серії досвідів пророблення, тому що в цьому випадку передбавикористовувалася підкладка зі смуги, а в другій чені кантування через кожні два проходи. Зміна серії виготовлявся трубчастий елемент із пережинапрямку застосування навантаження так само мами. буде сприяти процесові ущільнення литої структуВеличина критерію, який характеризує усадкори. Все вищевикладене буде забезпечувати більш ву раковину, у кожній серії була постійною і змінюінтенсивний сигнал, що гарантує більш високу товалася від 1 (прокатка литих свинцевих зразків без чність вимірів. усадкової раковини) до 12 (зразки зі свинцевоВимір питомого опору між кінцем розкату, що корковою осьовою вставкою): задається, і вогнищем деформації забезпечує, з зр одного боку, динамічне дослідження процесу ущіK (2) ет.зр льнення структури, а з іншого боку - дозволяє мінімізувати число зразків, що виготовляються, так де зр - питомий опір І-го зразка серії з усадкосамо підвищити наочність і коректність реалізовавою раковиною заданої форми і розміру, Ом·м; ного експерименту. Мінімізація на використання ет.зр - питомий опір литого свинцевого зразка зв'язана в першу чергу з тим, що в одному зразку в серії, Ом·м. одночасно можуть розташовуватися кілька видів Прокатка модельних зразків здійснювалася на дефектів, обумовлених осьовою пористістю і лікгладкій бочці й у сполучених ящикових калібрах за вацією. Таку можливість надає саме форма виреверсивною схемою лабораторного стану 100 плавлюваної осьової вставки. У цьому випадку кафедри "Обробка металів тиском" ДонНТУ. Пез'являється можливість коректної оцінки впливу ред прокаткою кожного зразка проводилися наступараметрів процесу прокатки на пророблення липні контрольні виміри: тої структури: той самий матеріал зразка, ті самі - ширина зразка В, мм; параметри деформації, та сама температура і т.ін. - висота зразка Н, мм; Використання осьової вставки, що має пито- довжина зразка L, мм; мий опір на рівні (0,85-0,90) питомого опору зраз- електричний опір R, Ом. ка, забезпечує стабільне одержання експерименПісля здійснення контрольних вимірів, зразки тальних даних, що добре корелюють із задавалися у валки, знежирені ацетоном, і прокапромисловими результатами. Зокрема, при викотувалися разом з мідними провідниками, підклюристанні вставки, що має питомий опір більш ніж чення яких здійснювалося по відповідним схемах 0,90, виникає необхідність у застосуванні спеціадо вимірювальної апаратури. льної особливо чуттєвої апаратури, тому що вихоПід час прокатки зразків у кожнім пропуску видить украй невелика оцінка на екрані осцилограроблявся запис динаміки зміни величини їхнього фа. Крім того, у цьому випадку зростає похибка опору R. Як вимірювальний міст використовували обробки отриманої інформації (точність обмірюстандартний міст постійного струму, сигнал від вання осцилографа). У свою чергу, використання якого подавався на шлейфовий осцилограф Η145. осьових вставок з питомим опором менш чим 0,85 Після пропуску робили повторне обмірювання зранебажано, оскільки будуть досліджуватися процезків і дані заносили до таблиці. си, що мають позамежний характер. Натурним Обробка отриманих експериментальних даних аналогом таких заготовок будуть браковані (які дозволила розрахунковим шляхом визначити намають наскрізні отвори по довжині, павукоподібні ступні величини: тріщини і т.ін.) заготовки, що не беруться в процес - витяжка μ; виробництва, тому що такі дефекти при наступній - площа перетину зразка після кожного прохопрокатці не заварюються. Межі обраного інтервалу ду S, мм2, в зв'язку з цим забезпечують, як повна фізична - питомий опір зразка , Ом·м. подоба, так і найбільшу точність проведення ексВеличину питомого опору зразка, а також розперименту. катів після кожного проходу визначали за формулою: 7 R S Lрас 77283 (3) де R - електричний опір зразка, Ом; - питомий опір свинцю, Ом·м; 2 S - площа поперечного перетину розкату, мм ; Lpac - довжина розкату після пропуску, мм. 8 Результати експериментів для осьового елемента, що має трубчастий перетин, представлені в таблиці. Для експериментів з осьовою вставкою, виготовленої з листової підкладки, були отримані близькі результати. Таблиця Результати експериментів для осьового елемента, що має трубчастий перетин Спосіб Відомий Позамежний Пропонуємий Пропонуємий Позамежний Базовий Контролюємі параметри Питомий опір моВеличина відмітки від- Величина витяжки делюючої вставки, Бал осьової пористості при насичення сигналу, носно до загальної =10 (по макроструктурі) вст./ обр. шкали, % * 2,0 0,80 64,0 15,3 3,0 0,85 50,0 10,5 0,5 0,90 35,0 9,7 0,5 0,95 14,2 7,5 0 27,0 1,5 * - під величиною витяжки насичення сигналу розуміють таке її значення 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 Т. Чепелева , 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 26 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