CC BY
23
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2000 р. Вип.№10
УДК 621.791.
Чигарев В.В.1, Карпенко В.В.2, Невидомский В.А.3
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ШЛАКА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ НАПЛАВКЕ
ИЗНОСОСТОЙКИХ СПЛАВОВ
Установлено, что шлак образовавшийся при плавлении самозащитной порошковой проволоки для наплавки комплекснолегированного сплава, характеризуется смешанной структурой, состоящей из конгломерата кристаллов отдельных фаз, сцементированных стеклообразным веществом. Появление включений оксидов кальция в силикатной основе шлака с добавками нефелина вызывает разрушение шлака в процессе его охлаждения. В этом проявляется положительное влияние нефелина на отделимость шлаковой корки.
Структура и состав шлаков, образующихся при износостойкой наплавке, оказывают определяющее влияние на их физические и химические свойства и, в конечном итоге, на служебные характеристики наплавочных материалов.
В работе исследовались структура и свойства шлаков, образующихся при наплавке ком-плекснолегированной стали самозащитной порошковой проволокой. Состав наплавленного металла представлен в табл. 1 Таблица 1 - Состав наплавленного металла
Тип наплавленного металла Содержание элементов, %
С Мп Si Сг W V S Р
8Х4ГСВЗФ 0.7-0,9 0,8-1,0 0,8-1,2 12,8-14,2 2,8-3,2 0,2-0,3 0,022 0,019
Шлакообразующая основа наполнителя порошковой проволоки состоит из флюорита,
мрамора и нефелинового концентрата, взятых в соотношении 6:3:1. Составы шлаковой основы
наполнителя порошковой проволоки и образовавшегося шлака (табл. 2) определяют окислительные процессы, протекающие при наплавке.
Состояние Содержание оксидов и солей, %
шлаковой CaF2 Si02 CaO АЬОз MnO Na20-K2O Fe20< Cr203 wo3 v2o3
основы
Исходное 63,4 8.3 19,05 3,5 - 5,75 - - - " '
После расплавления 21,34 12,22 40,24 3,70 4,18 2,03 . 9,27 4,47 1,57 0,98
при наплавке
Исследование структур шлаков в исходном состоянии и при нагреве проводилось на
высокотемпературной установке «AJIA-TOO». Навеска шлака устанавливалась на стальную подложку. Нагрев образца проводился пропусканием электрического тока через подложку, в месте установки навески шлака припаивалась термопара. Максимально возможная температура нагрева образца 1500 ± 10 °С. Нагрев проводился в вакууме, давление в рабочей камере 6,6-10 Па. Наблюдение велось при увеличении микроскопа х410 крат, позволяющем фиксировать фазовые превращения в шлаках. Для идентификации фаз применялся рентгеновский фазовый анализ с использованием камеры Дебая.
Из теории металлургических процессов известно [1], что в результате медленного охлаждения на воздухе шлаков, характеризующихся сравнительно большой скоростью кристаллизации, часть присутствующих в них оксидов и соединений успевает выкристаллизоваться в виде различных устойчивых минералов. Затвердевший таким образом шлак представляет собой
ПГТУ, д-р техн. наук, проф. : НКМЗ, вед. специалист
НКМЗ, гл. сварщик
фиксировать фазовые превращения в шлаках. Для идентификации фаз применялся рентгеновский фазовый анализ с использованием камеры Дебая.
Из теории металлургических процессов известно [1], что в результате медленного охлаждения на воздухе шлаков, характеризующихся сравнительно большой скоростью кристаллизации, часть присутствующих в них оксидов и соединений успевает выкристаллизоваться в виде различных устойчивых минералов. Затвердевший таким образом шлак представляет собой конгломерат кристаллов отдельных твердых фаз, сцементированных некоторым количеством остаточного стеклообразного вещества. Исследуемые стрытокристаллические шлаки в результате медленного охлаждения еще не достигают равновесного состояния, но в них начинается дифференциация твердых фаз, не заканчивающаяся и при охлаждении шлака до нормальной температуры. Эти шлаки имеют смешанную структуру, разнообразные кристаллические образования, являющиеся структурными компонентами таких шлаков, по своему составу аналогичны некоторым породообразующим минералам [2]. Часть же оксидов, их соединений и сульфидов не распадается на отдельные твердые фазы, а сохраняется в растворенном состоянии, образуя гомогенную фазу. Соотношение между стекловидной и кристаллической частями шлака зависит от химического состава, вязкости и условий охлаждения шлака.
Исследуемая система трехкомпонентногб шлака - эвтектическая. Точка плавления тройной эвтектики составляет 1200 ± 5 °С [3]. Эта точка значительно понижается при наличии в шлаках закиси железа. Экспериментально установлена температура плавления шлака 1080 ± 15 °С. Таким образом, становится возможной первичная кристаллизация после охлаждения расплавленного шлака Р-метилсиликата кальция и муллита благодаря их тугоплавкости (температура плавления равна 1850 °С [4]), даже добавки NazO, вызывающие разложением муллита на стекло и корунд при 1400 °С, еще не оказывают своего действия. Муллит кристаллизуется в виде игл.
В результате наблюдений отмечается хорошая отделимость шлаков нефелиновой групп от наплавленного металла. Это можно объяснить образованием в закристаллизовавшемся шлаке включений с оксидом кальция. Известно [1], что шлаки, содержащие оксид кальция, довольно быстро распадаются самопроизвольно. Явление силикатного распада связано с полиморфными превращениями ортосиликата кальция, сопровождающееся увеличением объема и рассыпанием шлака. Наконец, растворенные в стекловидной массе сульфиды под влиянием атмосферной влаги образуют гидраты оксидов этих металлов, что сопровождается увеличением объема и распадом шлака на более мелкие куски.
Были проведены экспериментальные исследования по отделимости шлаковой корки исследуемых шлаков с добавками нефелина в сравнении с другими шлаковыми основами самозащитных порошковых проволок. Результаты по отделимости шлаковой корки получены по методике [5 ] и представлены в табл. 4.
Таблица 3 - Отделяемость шлаковой корки
Шлаковая основа Отделимость, м"/МДж
Флюорит-мрамор-нефелиновый концентрат 3,8
Флюорит-мрамор -магнезит 2,2
Флюорит-мрамор-циркон 2,6
Флюорит-мрамор-рутиловый концентрат 6,2
Результаты исследования показали, что в сравнении с другими шлаковыми системами отделимость нефелиновой группы достаточно высокая, однако ниже отделимости шлака на основе рутила. При низком содержании нефелинового концентрата в шихте наполнителя его увеличение вызывает улучшение отделимости шлака, а при дальнейшем повышении количества нефелинового концентрата - практически не изменяется
Выводы
1 .Установлено, что шлак, образовавшийся при плавлении самозащитной порошковой проволоки для наплавки комплекснолегированного сплава характеризуется смешанной
структурой, состоящей из конгломерата кристаллов отдельных фаз, сцементированных стеклообразным веществом.
2.Положительное влияние на отделимость шлака нефелина проявляется в том, что включения в его силикатную основу оксидов кальция вызывают разрушение шлака в процессе его охлаждения.
Перечень ссылок
1. Эйтель В.П. Физическая химия силикатов. - М.: Иностранная литература, 1962.
1056 с.
2. Виноград М.И., Громова Г.П. Включения в легированных сталях и сплавах. - М.: Металлургия, 1972. - 214 с.
3. Атлас шлаков. - М.: Металлургия, 1985. - 208 с.
4. Литвинова Т.Н., Пирожкова В.П, Петров А.К. Петрография неметаллических включений. -М.: Металлургия, 172. - 184 с.
5. Шоно С.А., Кассов Д. СМ., Карпенко В.М. Оценка шлаковых систем порошковой проволоки по отделимости шлаковой корки // Автоматическая сварка. - 1976. - №3. -С.2-3.
Чигарев Валерий Васильевич. Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой МиТСП (ПГТУ), окончил Мариупольский металлургический институт в 1969 г. Основные направления научных исследований - прикладные и теоретические проблемы создания электродных материалов для дуговой наплавки с улучшенным комплексом служебных свойств, технологических процессов их изготовления.
Карпенко Вадим Владимирович. Ведущий инженер отдела главного сварщика ЗАО НКМЗ, окончил Краматорский индустриальный институт в 1982 г. Основные направления научных исследований - наплавка и напыление, разработка самозащитных порошковых проволок. Невидомский Владимир Александрович. Главный сварщик НКМЗ, окончил Краматорский индустриальный институт в 1973 г. Основные направления научных исследований разработка наплавочных материалов.
