CC BY
19
УДК 621.74.042
С. Н. ЖЕРЕБЦОВ М. В. РОМАНОВСКИЙ
ЗАО «Омский завод специальных изделий».
Омский государственный технический университет
ПОЛОЖИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ ЦЭШЛ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ_
Приведены сравнительные результаты химического анализа и механических свойств изделия, полученного различными технологиями производства. Показано преимущество технологии центробежного электрошлакового литья, позволяющего получать литые заготовки, которые по своим физико-механическим свойствам не уступают прокату, поковкам.
По действующей в промышленности технологии переходы по ГОСТ 17378-83 изготавливаю т из трубных заготовок на дорогостоящем кузнечно-прессо-вом оборудовании, т.е. на штампах, или из толстостенных кольцевых заготовок, из слитков сплошного сечения с помощью различных методов горячего передела — ковки, прошивки, прессования, раскатки. Изделия, полученные ковкой, штамповкой, раскаткой и т.д., хотя и имеют более высокое качество металла по механическим свойствам, но часто наследуют дефекты от некачественных литейных заготовок и слитков. Имеющиеся дефекты в процессе горячей пластической деформации не устраняются. В то же время большое число промежуточных операций, сопровождающихся нагревом металла до высоких температур, что приводит к заметным потерям легирующих элементов, таких как 51, Мп, Сг, потеря которых вызывает понижение физико-механических свойств металла, и, как следствие, понижение служебных свойств изделия. Все это говорит о том, что горячая деформация является вынужденным решением, к которому прибегают из-за низкого качества литья.
Качество отливок во многом определяется загрязненностью металла вредными примесями (Б, Р) и газами (Н2,1Ч2, 02). Однако степень их влияния в зависимости от способа производства разная. Так с повышением содержания Н2, N2, 02 брак отливок по раковинам, трещинам и пористости возрастает, что подтверждается результатами статической обработки промышленных данных по ряду машиностроительных литейных заводов. По-видимому, заметное отрицательное влияние Б и Р в металле на брак отливок может быть выявлено при получении отливок центробежного литья, когда могут сильно развиваться процессы ликваций этих примесей.
Большими возможностями в направлении решения этой проблемы обладает технология центробежного электрошлакового литья (ЦЭШЛ).[1] Заготовки, полученные данным способом, удовлетворяют всем предъявляемым требованиям к качеству выпускаемой продукции: это химическая чистота и однородность структуры; высокие физико-механические и служебные свойства металла; а также геометрическая точность отливки. Сущность технологии заключается в переплаве металла в плавильной емкости,
обеспечивающей накопление жидкого металла и шлака в нужных количествах и с последующей их заливкой во вращающуюся форму. Для электрошлакового переплава в плавильной емкости используются расходуемые электроды с заданным химическим составом металла.
Переплав расходуемого электрода осуществляли под слоем флюса, представляющим собой смесь фтористого кальция, электрокорунда, магнезита, кремнезема, окиси марганца. Температура жидкого металла в тигле составляла 1870 °С, а жидкого флюса — 2150 °С. Флюс обеспечивает рафинирование и очищение жидкого металла в плавильной емкости от серы и фосфора, неметаллических включений, защиту от вредного воздействия окружающей среды, а также обладает значительной жидкотекучестью при заливке в жидкого металла в кокиль. Жидкий флюс (шлак) является надежной защитой жидкого металла на протяжении всего процесса переплава, накопления и заливки жидкого металла в литейную форму, установленную на центробежной машине. [2]
При заливке жидкого металла в металлическую форму, флюс препятствует прилипанию (приварке) отливки к стенкам литейной формы, располагаясь тонким ировным слоем по поверхности формы. Расплавленный шлак ввиду более низкой плотности ужилк флю( = = 2,5 — 2,7 г/см3 в жидком состоянии, относительно жидкого металла с плотностью ужидк мог = 7,2 — 7,5 г/см:| вытесняется внутрь и вверх относительно отливки, где выполняет роль тепловой надставки и не позволяет образовываться усадочным полостям и раковинам, что наглядно было видно на вырезанных из тела отливки образцах — темплетах, которые отдавались на дальнейшие исследования.
Высокое качество металла ЦЭШЛ во многом определяется макроструктурой отливки, в том числе особенностями дендритной структуры, значительная протяженность главных осей в зоне транскристаллов, упорядоченность в размерах и ориентации дендритных осей по телу отливки.
Поскольку макроструктура литого металла, а также ряд характеристик самой дендритной структуры (величина осей, дисперсность и др.) должны отражать состояние металла в момент кристаллизации, зависеть от условий затвердевания и проявляться в
Механические свойства стали 09Г2С
Таблица 1
Марка стали о„, МПа стт, МПа 8,% ч\% кси, МДж/м1
ГОСТ 19282-73 Ст 09Г2С 440.500 278.350 21 - 0,58...0,63
Расходуемый электрод (прокат) Ст 09Г2С 505 330 31 57 0,78
(Индукционная плавка) Ст 09Г2СЛ 422 271 21 39 0,51
(ЦЭШЛ) Ст 09Г2СШ 525 356 29 55 0,82
Таблица 2
Химический состав стали 09Г2С
Марка Стали Углерод Марганец Кремний Хром Никель Сера Фосфор
ГОСТ 19282-73 Ст 09Г2С <0.12 1,3-1.7 0.5-0.8 <0,3 <0,3 <0,030 <0,035
Расходуемый электрод (прокат) Ст 09Г2С 0,09 1,65 0,72 0,14 0,15 0,010 0,012
(Индукционная плавка) Ст 09Г2СЛ 0.10 1.3 0.5 0.12 0.13 0.025 0.021
(ЦЭШЛ) Ст 09Г2СШ 0.08 1.65 0.71 0.14 0.15 о.оо; 0.09
морфологии микроструктурных образований, было проведено исследование кристаллитов и дендритов.
Как показали проведенные исследования, кристаллиты (зерна) металла, несмотря на различие ориентировок главных дендритных осей, входящих в них, являются монокристальными образованиями.
В литом металле ЦЭША наблюдаются, как правило, два типа границ: четко выраженные границы между кристаллитами и более тонкие субграницы внутри кристаллитов. Границы между кристаллитами проходят по междендритным объемам, в краевых зонах слитка сохраняют ориентацию в направлении тепло-огвода. В металле ЦЭША выявлена более правильная огранка кристаллитов, в этой стали зерна имеют характерную для ячеистодендритной кристаллизации шестиугольную форму. Особенности условия кристаллизации отливки при ЦЭША и меньшее развитие внутрикристаллической ликвации обусловили отсутствие зубчатости границ и грубых выделений избыточных фаз на границах между зернами.
Микро-физико-химическая неоднородность электрошлакового металла значительно меньше, чем в металле, полученном традиционными способами литья (электродуговой, индукционный переплав). Это было доказано измерениями микро-ТЭДС и мик-
ротвердости в пределах одного и разных кристаллитов. Результаты определения микро-физико-хи-мической неоднородности в значительной мере зависят от локальности применяемого метода [4].
Существенное значение для конечных физико-механических свойств металла имеет его плотность. Под плотностью подразумевается не только отсутствие дефектов макромасштаба (мелкие трещины, поры, видимые под микроскопом и т.п.), но и уровень содержания пор субмикромасштаба, включая дефекты кристаллической решетки типа вакансий. Этот показатель рассматривается как составная часть физической плотности стали наряду с учетом вредного влияния карбидов и неметаллических включений.
Результаты механических испытаний стали Ст 09Г2С по ГОСТ 19282-73, нашедших наибольшее применение для изготовления переходов по ГОСТ 17378-83 после ЦЭША в сравнении с прокатом, кованым металлом, а также металлом открытой индукционной плавки приведены в табл. 1,
Сравнительный анализ механических свойств, после проведенной стандартной термической обработки изделий, показывает значительное превосходство электрошлакового металла над металлом откры-
той выплавки и небольшие различия в пользу отливок ЦЭША по отношению к свойствам проката, кованого металла. В целом свойства электрошлакового металла удовлетворяют предъявляемым требованиям ГОСТа, что позволяет использовать литые электрошлаковые заготовки взамен поковок или толстостенных трубных заготовок.
Сравнение химического состава металла, переплавляемого электрода при использовании технологии центробежного электрошлакового литья, (табл. 2) с металлом, полученным индукционным переплавом, показало, что в последнем происходит выгорание 51, Мп, Сг. Содержание основных элементов в стали после ЦЭША остается неизменным (в сравнении с их содержанием в металле расходуемого электрода). Концентрация Б и Р при этом значительно снижается. Высокое качество электрошлакового металла обусловлено защитными и рафинирующими химическими свойствами расплавленных флюсов. Ультразвуковой контроль и магнитодефектоскопия показали плотную литую структуру отливок, отсутствие микротрещин и каких либо дефектов. Электрошлаковый металл отличается от металла полученного открытой плавкой: мелкозернистой структурой, большей химической однородностью, отсутствием инородных, оксидных, нитридных, сульфидных, силикатных включений, воздушных пузырей, пор, раковин, трещин; низким содержанием вредных примесей типа серы, фосфора; равномерно распределенной плотностью металла по всему объему отливки, а следовательно, и изотропностью физико-механических свойств во всех направлениях.
Химический анализ и механические испытания изделий, поученных различными способами производства, показали, что электрошлаковый металл зна-
чительно превосходит металлы, полученные открытой плавкой, практически по всем показателям, что подтверждает целесообразность применения данного способа получения заготовок для деталей элементов арматуры энергетических установок, химической и нефтехимической аппаратуры, изделий ответственного назначения, подведомственных Госгор-технадзору России. (3]
Кроме того, такая технология обеспечивает высокую оперативность выпуска различной номенклатуры и типоразмеров переходов.
Библиографический список
1. Медовар Б.И, Шевцов В.Л., Маринский Г.С. Центробежное электрошлаковое литье. — Киев: Общество «Знание» УССР, 1983. -48с.
2. Патон Б. Е. и Медовар Б.И. Электрошлаковая тигельная плавка и разливка металла. — Киев: Наук, думка, 1988. — 214с,
3. Еремин E.H., Радченко., Жеребцов С.Н. Использование технологий электрошлакового переплава для изготовления ответственных деталей, применяемых в нфтехимической и газовой промышленности.// Ползуновский альманах,- Барнаул, 2003. -№3. — с. 169-170.
4. Патон Б.Е„ Медовар Б.И. Специальная электрометаллургия. Часть 1, Киев: Наук, думка, 1972. 187 с.
ЖЕРЕБЦОВ Сергей Николаевич, генеральный директор ЗАО «Омский завод специальных изделий». РОМАНОВСКИЙ Михаил Владимирович, студент группы С-510, кафедра «Оборудование и технология сварочного производства».
УДК 621 777 678 743 4 Ю К МАШКОВ
Д. А. НЕГРОВ А. А. НОВИКОВ Я. Б. ШУСТЕР
Сибирская автомобильно-дорожная академия
Омский государственный технический университет
РАЗРАБОТКА ВОЛНОВОДНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ _
В статье рассматривается влияние формы волноводной системы на устойчивость резонансного режима, при прессовании порошковых полимерных композиционных материалов.
В последнее время д\я изготовления изделий из порошковых полимерных композиционных материалов, с равномерной плотностью по высоте, нашли способы уплотнения порошков методами прессова-
ния с одновременным наложением на прессовый инструмент механической вибрации. К одному из этих способов относится прессование с применением энергии ультразвука.
