Повышение механических свойств отливокиз низкоуглеродистых сталей путем комплексного воздействия на структурообразование отливок

Миннеханов Р.Г.; Митраков Г.Н.; Миннеханов Г.Н.

УДК 621.74:669

Р.Г. Миннеханов, Г.Н. Митраков, *Г.Н. Миннеханов,

Омский государственный технический университет, г. Омск *ООО «Супермодификатор сплавов» (ООО «СМС»), г. Омск

ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТЛИВОК ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПУТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ОТЛИВОК

Строительство нефти и газопроводов в Северных районах России требует для соединения различных трубопроводов применение кольцевых заготовок. Детали трубопроводов работают в области высоких давлений и жестких климатических условиях, при резких перепадах температур транспортируемых сред. Наибольшее распространение в городе Омске получил способ изготовления деталей трубопроводов методом центробежного электрошлакового литья, который имеет ряд преимуществ, по сравнению с кованными изделиями и изделиями полученными литьем с открытым методом плавки.

397

Отливки, полученные методом Центробежного электрошлакового литья, значительно превосходят по качеству изделия из металла открытой выплавки. Литой металл, полученный ЦЭШЛ, отличается от металла, полученного открытой выплавкой, мелкозернистой структурой, большей химической однородностью, отсутствием неметаллических включений, воздушных пузырей, пор, раковин, трещин, низким содержанием примесей серы и фосфора, равномерной плотностью металла по всему объему, изотропностью физико-механических свойств. Высокая чистота и плотная структура металла ЦЭШЛ обуславливает его высокую пластичность. Механические свойства металла изделий изготовленных методом ЦЭШЛ на уровне механических свойств проката и поковок, превосходят значения механических свойств металла открытой выплавки.

Однако, неправильный подбор режима термообработки и многократное повторное использование шлака в целях экономии приводит к снижению механических свойств и хладо-стойкости отливок полученных методом электрошлакового литья при изготовлении отливок из низкоуглеродистой стали.

Одним из наиболее эффективных способов повышения механических и служебных свойств отливок из низкоуглеродистых сталей является комплексное воздействие на структуру сплава. Комплексное воздействие включает в себя: модифицирование расплава наночастицами и уточнение режимов термической обработки.

Модифицирование стали позволяет управлять формированием избыточных фаз, макро и микроструктурой отливок. Введение наночастиц в расплав приводит к изменению содержания кислорода, серы, азота, марганца в объеме расплава за счет их диффузии на межфаз-ные поверхности между частицами и расплавом. На диффузионную подвижность элементов влияет не только градиент их концентрации между частицей и расплавов, но и поверхностная энергия, существующая на межфазной поверхности между расплавом и частицей. Поверхностная концентрация кислорода, серы, азота и марганца может на порядок превышать равновесную объемную концентрацию элементов в расплаве, что приводит к образованию вокруг наночастицы мельчайших неметаллических включений (НМВ) глобулярной формы.

Для исследования влияния комплексного воздействия на структуру низкоуглеродистой стали были проведены эксперименты по комплексному воздействию на структуру отливок, полученных методом центробежного электрошлакового литья.

Переплав расходуемого электрода осуществляли под флюсом, представляющим собой смесь фтористого кальция, электрокорунда, магнезита и кремнезема на электрошлаковой ус-

тановке с емкостью тигля 100 кг.

Наносодержащий модифицирующик комплекс вводили при температуре 1650°С за 2 мин до слива, что обеспечивало равномерное распределение дисперсных частиц по всему объему жидкого металла в плавильной емкости. Заливку металла в металлическую литейную форму кокиль проводили при температуре 1600°С.

Из кольцевой заготовки вырезались образцы, которые подвергались различным режимам термической обработки.

Анализ механических свойств образцов отлитых по промышленной технологии и после комплексного воздействия на структуру сплава представлен в таблице №1.

Таблица 1

398

Влияние комплексного воздействия на структуру стали, при изготовлении отливок методом центробежного электрошлакого литья

1 Промышленная технология Стандартная ТО 52,0 39,0 30 5,7 3,2

2 Без модифицирования Без ТО 78.2 59.1 - - 1.0

3 Модифицированная Без ТО 76.1 58.7 - - 2.1

4 Без модифицирования ТО №1 54.5 31.8 21 41 2.7

5 Модифицированная ТО №1 58.7 38.9 16 33 10.2

6 Без модифицирования ТО №2 61.5 52.3 21 77 12.8

7 Модифицированная ТО №2 59.4 46.7 29 80 35.4

Из полученных данных видно, что комплексное воздействие на процесс формирования микроструктуры отливок обеспечивает существенный прирост отливок из низкоуглеродистых сталей, превышающих свойства проката, что обеспечивает надежность литых деталей работающих в условиях «Крайнего -Севера».

Библиографический список

1. Еремин Е.Н., Жеребцов С.Н. Центробежное электрошлаковое литье фланцевых заготовок с применением инокулирующего модифицирования // Современная электрометаллургия. — 2004. — № 3 (76). — С. 15-17.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Миннеханов Р. Г., Митраков Г. Н., Миннеханов Г. Н.