CC BY
222
УДК 621.745
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СПЕЦИАЛЬНОЙ ЛИТЕЙНОЙ СТАЛИ ВНЛ-3 В ОТКРЫТОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ
Н. В. Иванцов1, М. Ю. Михайлов Научный руководитель - С. В. Прокопьев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Технология производства специальной литейной стали ВНЛ-3 в открытой индукционной печи не всегда обеспечивает стабильность механических свойств. Некоторые мероприятия могут стабилизировать механические свойства и улучшить качество выпускаемой стали.
Ключевые слова: ВНЛ-3, плавка стали, индукционная печь, технологические процессы, улучшение качества.
THE TECHNOLOGY OF SPECIAL STEEL CASTING VNL-3 IN OPEN INDUCTION FURNACE
N. V. Ivantsov1, M. J. Mikhailov Scientific Supervisor - S. V. Prokopiev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Technology of production of special cast steel VNL-3 in an open induction furnace does not always ensure the stability of the mechanical properties. Some activities can stabilize mechanical properties and improve the quality of steel.
Keywords: VNL-3, smelting steel, induction oven, processes, quality improvement.
Детали машиностроения характеризуются наличием конструктивных элементов в виде проушин, длинномерных тонких стенок, сечений коробчатой и Х-образной формы, Т-, Х-, У-образного сочленения стенок и ребер, резкими переходами от массивных частей к тонким. Существующий метод литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) осуществляется плавкой стали в открытых индукционных печах и заливкой форм из ковша, что не обеспечивает стабильности механических свойств, как в разных частях, так и разных партиях отливок в связи с ограниченными возможностями управления тепловыми условиями и гидродинамическими параметрами процесса заполнения форм. Доработка отливок, брак и нестабильность механических свойств сужают область применения литых деталей по экономическим соображениям, а также в изделиях ответственного назначения [1].
Для изготовления деталей особо ответственного назначения ВИАМ (Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов) разработал ряд высокопрочных литейных экономно легированных сталей ВНЛ-1, ВНЛ-3, ВНЛ-6, которые с успехом применяются в изделиях авиационной техники и по своим механическим свойствам приближаются или не уступают деформируемым, из которых ВНЛ-3, обладающая высокими механическими и технологическими свойствами, может найти широкое применение для изготовления высоконагружаемых деталей автомобильного, водного, железнодорожного, авиационного транспорта и ракетно-космической техники [1].
Плавка стали ВНЛ-3 (08Х14Н5М2ДЛ) в индукционной печи включает следующие технологические процессы: подготовка шихты; подготовка шлакообразующей смеси; подготовка заливочного ковша; подготовка печи к плавке; футеровка печи; приготовление стали [2].
Индукционная плавка имеет ряд преимуществ перед другими видами плавки. В индукционных печах происходит перемешивание расплава за счёт электродинамических сил, вызванных взаимодей-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
ствием токов индуктора и садки печи. Благодаря этому при индукционной плавке расплав имеет равномерную температуру и состав по всему объёму печи. Индукционные печи обеспечивают ведение плавки в любом заданном температурном режиме и обеспечивают высокую производительность. Индукционная плавка характеризуется малым угаром металла. В качестве шихты возможно использование стружки без предварительного брикетирования. При индукционной плавке обеспечивается улучшение условий труда по сравнению с вагранками и дуговыми печами [3].
Снижение механических свойств стали ВНЛ-3 связано с наличием в ее структуре 5-феррита и концентраций азота более 0,05 % при его допустимом содержании до 0,07 %. Для получения заданных свойств стали ВНЛ-3 применяется поплавочный контроль содержания азота, а для получения достоверных данных о наличии 5-феррита в структуре стали используются методика и устройство для термостатирования горячих проб магнитной индукции в масляном баке с встроенным нагревателем [1].
При плавке стали в индукционных печах происходит интенсивное разрушение футеровки и продукты износа непосредственно попадают в расплав. Обязательными условиями качественной подготовки футеровки печей к эксплуатации являются: жесткость крепления индуктора и самого каркаса печи, теплоизоляция индуктора, независимо от наличия обмазки, путем прокладки асбестового картона. Недостатком индукционных плавильных тигельных печей является то, что их верхние плиты выполнены из асбоцемента, поэтому в процессе эксплуатации от термических и механических воздействий они дают трещины, в результате чего имеют небольшой срок службы. Для увеличения прочности используется тонкостенная конструкция верхней плиты индукционной печи. Правильные режимы сушки, спекания и эксплуатации, прогрев перед началом плавки обеспечивают футеровке заданную стойкость и требуемое качество стали. Использование футеровки из молотого магнезитового кирпича, порошков плавленого магнезита и шпинели доказывают преимущества применения высококачественных материалов с целью повышения стойкости футеровки и получения чистой стали.
При плавке под слоем основного флюса происходит монотонное насыщение стали ВНЛ-3 азотом. Скорость насыщения азотом жидкой стали ВНЛ-3 без защиты шлаком возрастает более чем в 20 раз.
Для стабилизации механических свойств стали, температуру старения подбирают в зависимости от содержания азота: 460 °С до 0,05 N и 500 °С, если свыше 0,05 N.
При плавке ВНЛ-3 следует сначала загрузить 008ЖР, медь, никель, молибден, сразу же присыпать их известью. Отходы ВНЛ-3 и феррохром вводить только под слой шлака при наплавлении достаточного количества жидкого металла - для предупреждения насыщения азотом низкоуглеродистой хромосодержащей стали. Необходимо принимать ведения плавки при условии использования источника тока мощностью не ниже ТПЧТ-160 (Тиристорный преобразователь частоты тока с номинальной выходной мощностью 160 кВт.). Для печи емкостью 160 кг рациональнее использовать ТПЧТ-320.
При содержании кислорода менее 0,02 % железо кристаллизуется непосредственно в у-фазу, минуя 5-модификацию, следовательно для исключения 5-феррита в твердой стали необходимо стремиться к снижению содержания кислорода в ней не меньше 0,02 %. Для уменьшения содержания кислорода в стали и продуктов раскисления, частично удаляемых в процессе выдержки расплава после раскисления, применили для окончательного раскисления лигатуру ФС30РЗМ30. Применение лигатуры ФС30РЗМ30 для окончательного раскисления стали после её предварительного раскисления 0,3 Мп+0,05А1 позволяет получать содержание кислорода в ней в пределах 0,003-0,016 %. В стали ВНЛ-3 незначительное количество 5-феррита в виде разрозненных включений не влияет на механические свойства.
При обеспечении условий конструктивной жесткости каркаса печи и установки индуктора, применении высококачественных материалов - шпинельных порошков и технологии футеровки тигля, подготовке шихты и сокращении времени её предплвления, комплексном раскислении стали с применением лигатуры ФС30РЗМ30, а также за счет внедрения устройства термостатирования проб горячей магнитной индукции, поплавочного контроля азота и режима старения деталей после закалки в зависимости от его содержания в стали можно получить стабильные механические свойства стали ВНЛ-3.
Библиографические ссылки
1. Чернов Н. М., Аксёнов В. А. Технологические основы процессов изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта. Новосибирск, 2001.
2. Научно-технологические основы производства литых деталей по выплавляемым моделям для силовых установок летательных аппаратов : монография. 2-е изд., доп. / Л. А. Оборин ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 242 с.
3. Оборин Л. А., Трифанов И. В., Назаров В. П., Шилова М. Е., Анашкина С. И. Научно-технологические основы производства литых деталей по выплавляемым моделям для силовых установок летательных аппаратов. М. : РАН, 2012.
© Иванцов Н. В., Михайлов М. Ю., 2016
