Файл: Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 79

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Р и с . 52. Д е н д р и т н о е стр о ен и е с л и т к а ст а л и 1 2 Х 2 Н 4 А -В Д д и а м е т р о м 320 м м . Х 2 ,5 :

п р о д о л ь н ы й р а з р е з ;

б

— п о п ер е ч н ы й р а з р е з ;

1

— к р а й ; 2 — с е р е д и н а р а д и у с а ;

3

ц е н т р с л и т к а

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 25

 

 

 

 

 

 

 

Т а б .4 и ц а 26

Влияние тока

и динамического

 

Влияние диаметра слитка

 

 

состояния ванны

 

 

на дисперсность дендритного

на дисперсность дендритного

строения

стали

 

ЗОХЗСНМФВ

строения стали 40ХН2СМА

 

(линейная

плотность тока

 

(осевая

зона

слитка

 

 

165 А/см; середина

радиуса

 

диаметром 320 мм)

 

 

 

 

 

слитка)

 

 

 

 

 

 

 

Р а с с т о я н и е м е ж д у

 

 

 

 

 

Р а с с т о я н и е

м е ж д у

 

С и л а

 

о сям и втор ого п о р я д к а ,

Д и а м е т р

 

 

 

 

 

 

 

м м

с в р а щ е ­

 

 

 

 

о с я м и ,

м м

 

 

т о к а , А

 

об ы ч н ая

 

 

с л н т к а , м м

 

п е р в о го

 

в то р ого

 

 

 

 

 

нием

 

 

 

 

 

 

 

 

техн ол о ги я

 

 

м ет ал л а

 

 

 

 

п о р я д к а

 

п о р я д к а

5200

 

 

0,24

 

 

0,26

 

320

 

 

0,70

 

0,14

 

6500

 

 

0,29

 

 

0,34

 

 

 

1,04

 

0,18

 

 

 

 

 

 

2 0 0

 

 

1,46

 

 

8000

 

 

0,41

 

 

0,42

 

400

 

 

 

0,24

 

 

 

 

 

 

460

 

 

1,76

 

0,29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стоянии

м еж д у вторичными

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ветвями

 

при

переходе

от

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

слнтка

ди ам етром

200 мм к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

слитку

ди ам етром

 

460 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(табл . 26).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тат

Е сл и

 

последний р езул ь ­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вполне

естествен ,

так

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

как с ростом

д и ам етр а сли т ­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка

ум ен ьш ается

линейная

 

 

 

слитка, пм

 

 

 

скорость к р и сталли заци и , то

Р н с . 53.

В л и я н и е си л ы

т о к а

на

влияние тока, а т а к ж е

и х а ­

рактер

изменения

д и сп ер с­

д р и т о в

 

п е р в о го п о р я д к а

в

с л и т ­

ности структуры

по сечению

р а с с т о я н и е м е ж д у

о с я м и

д е н ­

слитка

за сл у ж и в аю т

до п о л ­

ке( с т а лВьД ПI2 X 2

дHи4аAм, е трраос мс т о я320н и я

ми зм­

м ер е н ы

 

н а

п о п е р е ч н ы х

 

о б р а з ­

нительного

р ассм отр ен и я .

1

— 4,5

ц а х ) :

 

 

к А

 

 

Э то

связан о

с

 

тем ,

что

в

 

к А ; 2 — 5,5

 

 

сл и тк ах

В Д П , как

прави ло ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не

со бл ю д ается

 

устан о влен ­

ная при изучении обы чны х слитков

[80, 82]

 

зави сим ость

м еж д у линейной

скоростью

затвердеван и я

и д и сп ер сн о ­

стью дендритов.

В первы е это

отмечено

в

 

работе

[3 6 ],

в которой

было

 

вы сказан о

предполож ен и е,

 

что

р а сст о я ­

ние м еж д у

осям и

дендритов

определяется

п р о д о л ж и ­

тельностью

пребы вания м еталла

в

дв ухф азн ом

со сто я ­

нии. Сопоставлен и е

 

м еж осн ы х

 

расстояний

 

с

линейной

скоростью

 

кристаллизации

(рис.

55)

показы вает, что

в

126

сл и тках В Д П

эти расстояния при одинаковой скорости,

как п рави ло , значительно меньш е, чем в обычных.

II хар ак тер

изменения м еж осны х пром еж утков с ро­

стом скорости в вакуум н ы х слитках необычен: вместо их уменьш ения наблю дается хотя п сл абое , по достаточно отчетливое увеличение. П о мере перехода от края к цент-

Р и с . 54. Д е н д р и т н а я с т р у к т у р а

сл и т к о в В Д П

(Ѵг

р а д и у с а )

с т а л и

З О Х З С Н М В Ф в

п р о д о л ь н о м

( а , б)

н п о п ер ечн о м

{о ,

г)

сеч е н и и

сл и т к о в

р а з н о го

д и а м е т р а

(л и н е й н а я п л о тн о ст ь т о к а

165

А / см ):

 

а, б — 200 м м ; в, г — 460 мм

ру слитка расстояния м еж ду вторичными осями в вакуум - ном и обы чном сли тках при одинаковой скорости затвер ­ девания сб л и ж аю тся .

В се эти результаты м ож но объяснить, основы ваясь на соотнош ениях, связы ваю щ и х линейную скорость и тем пе­ ратурны й градиент на фронте затвердевания с шириной

д в ухф азн ой

области и

продолж ительностью

пребы вания

в ней м еталла ( с м .г л .

4 ).

относительно

К р ае в а я

зона слитка форм ируется при

небольш ой линейной скорости, но в то ж е время здесь иа-

127

бліодается м аксим альны й температурны й градиент, п по ­ этом у продолж ительность кристаллизации м еньш е, чем в центре слитка, где сущ ественно ниж е тем пературны й гр а ­ диент, а влияние этого ф актора не перекры вается у в е ­ личением линейной скорости. Ростом продолж ительности

кристаллизации м еталла н объясняется увеличение

р а с ­

стояний м еж д у

осями дендритов

от края к центру сли т ­

 

 

 

 

 

 

 

ков,

а

т а к ж е

 

влияние

 

 

 

 

 

 

 

ди ам етр а

последних и

 

 

 

 

 

 

 

силы тока

В Д П .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бы ло бы н еправи ль ­

 

 

 

 

 

 

 

но

представлять

дело

 

 

 

 

 

 

 

таким о б р азо м ,

что у к а ­

 

 

 

 

 

 

 

зан н ая

связь м еж д у д и ­

 

 

 

 

 

 

 

сперсностью

дендрит­

 

 

 

 

 

 

 

ной структуры и вре­

 

 

 

 

 

 

 

менем

перехода

м етал ­

 

 

 

 

 

 

 

ла из

ж и дкого

со сто я ­

 

 

 

 

 

 

 

ния в твердое относит­

 

 

 

 

 

 

 

ся лиш ь к сл и ткам ,

н а ­

 

 

 

 

 

 

 

плавляем ы м

с

тем п е­

 

Линейнаяскоростьзатвердевания,

ратурны м

градиентом

 

 

 

 

мм/мин

 

в ж и дкой

ф азе.

Эти

з а ­

Р и с . 55.

В л и я н и е л и н ей н о й

с к о р о ст и з а т в е р ­

кономерности

дей ству ­

ют,

конечно,

и

при

з а ­

ддре нв атно ви я

в неал нртаксес тВо яДнПи е прим е жрдауз л ио чс янмо йи сид елне-

твердевании

обы чны х

I

 

II

т о к а :

 

 

слитков ст о й

лиш ь р а з ­

 

— 3,0;

 

III

к А [36];

/ — к р ай

ницей,

что в

них

из-за

 

2 — 4,3 к А ; 3 — 6,0

с л и т к а ;

 

— ц е н т р ;

 

— '/г

р а д и у с а ;

бы строго

исчезновения

 

/ 1 — д а н н ы е Б .

Б . Г у л я е в а

[82]

 

 

 

 

 

 

 

тем пературного

 

гр ад и ­

 

 

 

 

 

 

 

ента

ум еньш ению

ли-

неннои скорости всегда соответствует увеличение про-

долж ительности кристаллизации

м еталл а . В

результате

мы и

наблю даем

однозначную

зави сим ость

м еж д у л и ­

нейной

скоростью

затвердевания и разм ером

м еж осн ы х

пром еж утков.

 

влияния рассм отренны х

В чем ж е состоит м еханизм

ф акторов на характер н дисперсность кристаллической структуры ?

Н ач и н ая

с известны х

р абот

Г . П . И в а н ц о в а

[6 8 ],

Д ж . Р аттер а

и Б . Ч а л м е р са

[85]

разветвленность

литой

структуры принято связы вать с неустойчивостью п л оск о ­ го ф ронта затвердевания в результате накопления перед ним избытка прим есей и возникновения в связи с этим

128

«концентрационного» пли «диф ф узионного» п ер ео хл аж ­

дения. В . Т . Бори сов [86]

предлож ил теорию квазиравно-

весной двухф азн ой зоны ,

суть которой состоит в том , что

в результате разветвления

структуры

концентрационное

п ереохл аж д ен и е сним ается

во

всех

точках

двухф азной

зоны . И сх о д я из этого, следует,

по-видим ом у,

хар актер и ­

зовать услови я затвердевания величиной потенциального концентрационного переохлаж дения, которое возникло бы перед фронтом затвердевания, если бы он оставался

плоским

[8 7 ].

Э т а

величина, как известно, зависит от от­

нош ения

градиента

температуры

G

к

скорости

w

: чем

больш е скорость и чем меньш е градиент,

тем больш е кон ­

центрационное

переохлаж дение перед плоским фронтом

и, следовательно,

тем сильнее разветвляется

структура.

У сл ови е устойчивости плоского

],)

фронта в

бинарном

сп л аве имеет, согласн^ о данны- . / »

м( k p [6 71

вид

 

 

 

где

 

 

 

 

 

w ''

C p

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

k0D

 

 

 

 

 

 

w— температурны й градиент у фронта;

 

 

 

 

С

— линейная скорость роста;

 

 

 

 

 

 

 

0— исходная концентрация;

 

 

 

 

 

 

 

т

— тангенс

угла наклона

линии ликвидус

на д и а ­

 

k

 

грам м е состояния;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dn— равновесны й коэф фициент распределения;

 

 

— коэф фициент диф ф узии атомов в р асп л аве.

Н ед авн о

было

показано

[8 7 ],

что

для

данного

сп л ава

 

 

 

 

 

 

G

определяю т не только

появле­

критические значения —

ние

ячеистой

структуры

и переход

от нее к

столбчатой

ячеисто-дендритной,

но такж е

и дальнейш ее

разветвле­

ние такой структуры ,

вы раж ением которого сл уж и т о б р а ­

зование вторичных осей. Установлено, что эти оси появ ­

ляю тся в углеродистой стали с 1,5% С г

при отношении

— < 5 0 0 0 ° С -с / см 2.

структуры : яче­

W

В слитке В Д П имеются все три вида

и стая , ячепсто-деидритиая и ориентированная структура с вторичными ветвями. Н етрудно заметить, что переход от одного вида структуры к др угом у соверш ается в у к а ­ занной последовательности по мере сниж ения градиента и увеличения скорости затвердевания, т. е. заведом ого

G

ум еньш ения парам етра — .

W

9— 995

129

Рассм отри м теперь физический см ы сл о б су ж д авш ей ся выше лиш ь в предполож ительном плане зависим ости м еж осны х расстояний от времени пребы вания м еталл а в д в ухф азн ом состоянии.

Бы ло показано , что боковой рост первичны х осей депдритов контролируется сравнительно медленны м п р о ц ес­ сом диф ф узии атомов через пограничный слой . То ж е с а ­ мое относится и к росту в толщ ину осей более вы соких порядков. И зм енение интенсивности отвода тепла на ск о ­ рость продвиж ения боковы х граней кристаллов поэтом у

не влияет

и долж н о соп ровож даться

увеличением или

уменьш ением числа дендритны х осей,

так как только т а ­

ким путем

м ож ет

обеспечиваться соответствие м еж д у

скоростям и

отвода

тепла н затвердевания. П о сл едн ю ю

целесообразно характеризовать приростом доли твердой

ф азы в данном сечении

двухф азн ой

области за единицу

времени (относительной

скоростью

затвердевания)

[7 5 ].

Среднее значение этой скорости

представляет

собой

величину, обратную по отнош ению к продолж ительности кристаллизации м еталл а, т. е. если м еталл переходит в каком -то участке слитка из ж и дкого состояния в твердое за тКр с, то относительная скорость затвердевания в этом участке составляет 1/тІф с -1 .

К оличество первичны х осей дендритов, появляю щ и хся при тем пературе н ачала затвердевания в лю бом изотер­ мическом сечении направленно кристаллизую щ егося сли т­ к а , долж н о быть пропорционально не средней , а н ачал ь ­ ной относительной скорости затвердеван и я , которая для бинарного сп л ава с линейной ди аграм м ой состояния м о ­ ж ет быть вы числена по ф орм уле [8 7]:

 

d f_

G„и)

(47)

где

сіт

mC0 (1 — k„)

f — доля твердой фазы ;

 

 

т — время;

градиент у изотермы ликвидус.

С

G,, — температурны й

учетом диф ф узионного контроля

бокового роста

каж дого отдельного кристалла и равном ерного их р асп р е ­ деления в сечении расстояние м еж д у первичными осями

дендритов

1\

м ож но вы разить ф орм улой

 

где

 

 

 

/і = а ] ' /иС0 (1 —

k0)D/Gtlw,

(48)

а

 

 

 

D

— постоянный коэф ф ициент;

м еталле.

 

 

—

 

 

 

 

 

коэф ф ициент ди ф ф узи и в ж и дком

130

Смотрите также файлы