Исследование фундаментальных закономерностей формирования структуры слитков, отлитых с применением различных технологических приемов на стадии разливки

Получение качественных материалов является актуальной научной проблемой, определяющей перспективы создания уникальных крупногабаритных специальных изделий для нужд атомной энергетики, судостроительной, нефтехимической и других отраслей тяжелого машиностроения. При затвердевании крупных слитков, масса которых может достигать нескольких сотен тонн, из-за развития усадочных и ликвационных явлений происходит неконтролируемое образование внутренних дефектов, за счёт избирательности процесса кристаллизации больших масс металла. Легкоплавкие компоненты вытесняются в жидкую фазу, что приводит к химической сегрегации по всему объёму слитка и анизотропии свойств в получаемой из него поковки вплоть до предельно низких критических значений. С ростом ликвационной неоднородности и одновременным протеканием явлений усадки в осевых объёмах нарушается сплошность литого металла, происходит образование усадочных трещин, рыхлости металла, что значительно ухудшает прочностные и пластические характеристики литого металла во время деформации. Так как эти заготовки предназначены для ответственных изделий энергетического и судового машиностроения (обечайки корпусов атомных реакторов, валы роторов мощных турбогенераторов, судовые валы атомных ледоколов и др.), то получение сверхкрупных объёмов металла высокого качества является актуальной и значимой научной проблемой. Её решение связано с разработкой механизмов управления процессами разливки и кристаллизации металла с контролируемым формированием структуры и свойств изделий. Научной новизной проекта является исследование и определение количественных и качественных характеристик конвективного движения расплава при его заливке и кристаллизации в изложнице, а также механизма структурообразования и формирования дефектов усадочного происхождения в слитках, отлитых при различных условиях (температура перегрева расплава, объем доливаемого расплава, интервал заливки расплава) доливки прибыльной части слитка горячим расплавом. В дальнейшем, полученные результаты позволят разработать способы управления кристаллизационными процессами при затвердевании сверхбольших масс металла и контролировать образование и развитие внутренних дефектов в допустимых пределах, формирование неметаллических включений заданного состава и формы, обеспечивающих повышение и стабильность механических свойств, высокую надёжность крупногабаритных металлоизделий в процессе их долговременной эксплуатации. Управление кристаллизационными процессами развития дефектов усадочного и ликвационного происхождения, формирования вида и формы неметаллических включений обеспечит получение материалов для ответственных изделий атомной энергетики, судостроительной, нефтехимической и других отраслей тяжелого машиностроения с высоким комплексом механических, служебных и эксплуатационных свойств, превышающим существующие отечественные и мировые аналоги.