ВЛИЯНИЕ НАВОДОРОЖИВАНИЯ ШИХТЫ НА СВОЙСТВА ЧУГУНА, СТАЛИ И ЖЕЛЕЗА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ С^Д

чиваемую на шлифование, в условиях кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ по специально разработанной методике [2] были проведены сравнительные испытания опытных образцов отрезных кругов, содержащих в своей структуре классифицированные по форме шлифовальные зерна нормального электрокорунда 13А63 изометрической (Кф~ 1,2), промежуточной (/Сф « 1,6), игольчатой (пластинчатой) разновидности (Кф « 2,2). Количественная оценка значений среднего коэффициента формы (/Сф) шлифовальных зёрен определялась, как отношение диаметров описанных |О0П) вокруг проекции рассматриваемых зерен окружностей к диаметрам вписанных окружностей (0ОП).

= (2)

Как показали результаты проведённых исследований (рис.2), при переходе от работы кругами, содержащими в своей структуре зерна изометрической формы (Кф * 1,2), к кругам с игольчатой разновидностью шлифовальных зерен (/Сф - 2,2) эффективная мощность (И/е), затрачиваемая на шлифование, возрастает в среднем на 15 %. Это, очевидно, объясняется повышенной интенсивностью съёма металла в единицу времени за счет увеличения толщины срезаемой стружки (аг), зерном игольчатой формы (Кф - 2,2) и соответственно, преобладанием процесса резания над пластическими деформациями и трением круга о деталь.

Представленная зависимость также говорит о том, что с увеличением скорости резания с 60 до 80 м/с эффективная мощность, затрачиваемая на шлифование возрастает в среднем на 35...40 %, что, очевидно, связанно с увеличением количества микросрезов, производимых единичным зерном в единицу времени, и ростом сил трения на контакте круга с деталью.

Зависимость = приведённая на рис. 2,

достаточно адекватно описывается выражением вида:

1/У5 = 1,0661 • 102 +1,553 • 10 - 3,4499 • 102 — _ /3)

Рис. 2. Влияние коэффициента формы (/сф)

шлифовального зерна на эффективную мощность (И/^), затрачиваемую на шлифование в зависимости от скорости резания (1/"р); Сталь 10

Таким образом, результаты проведённых исследований говорят о существенном влиянии формы шлифовальных зерен на эффективную мощность (И/0), затрачиваемую на шлифование. Следовательно, целесообразно при производстве абразивного инструмента шлифовальные зёрна классифицировать не только по их размерным характеристикам (зернистости), но и коэффициенту фермы. Это позволит при проектировании шлифовальных инструментов более точно и обоснованно предопределять и прогнозировать их эксплуатационные показатели.

Список литературы

1. Короткое А.Н. Оценка формы шлифовальных зёрен /Г.М. Дубов, Д.Б. Шатько // II Всероссийская научно - практическая конференция «Проблемы повышения эффективности металлообработки на современном этапе»; Обработка металлов - №2 (23). - Новосибирск, 2004. - С. 43 - 44.

2. Короткое А.Н. Универсальная методика оценки эксплуатационных показателей отрезных шлифовальных кругов /Г.М. Дубов, В.Г. Баштанов // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении. Труды региональной научно-практичезкой конференции. Фигиал ТПУ. - Юрга, 2002.-С. 85- 86.

ВЛИЯНИЕ НАВОДОРОЖИВАНИЯ ШИХТЫ НА СВОЙСТВА ЧУГУНА, СТАЛИ И ЖЕЛЕЗА

В. К. АФАНАСЬЕВ, академик РАЕН, профессор, доктор техн. наук, C.B. ДОЛГОВА, асп. СибГИУ, г. Новокузнецк, Н.В. ГРИШКОВ, профессор каф. « Литейное производство» СФУ, Н.Б. ЛАВРОВА, доцент каф. «Горные машины и комплексы» СФУ, г. Красноярск, В.Н. ТОЛСТОГУЗОВ, вед. инженер ОАО «Полиметалл», г. Санкт-Петербург

Газосодержание оказывает определяющее влияние на формирование всех физических, механических и химических свойств металлических сплавов. Ведущая роль среди газов в металлах принадлежит водороду [1, 2]. Водород появляется в сплавах многими различными путями и прежде всего вместе с шихтой [3].

Ранее нами были проведены систематические исследования по влиянию предварительной обработки шихты на свойства алюминиевых сплавов, где учитывалось влияние деформации, термической и электролитической обработки [4 - 7], а также непосредственного наводоро-живания шихты в твердом [8] и жидком зостояниях [9].

И/е, 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

кВт

80 Vp, м/с

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

Подведение итогов работы по алюминиевым сплавам было сделано в докладе на XXVII Всесоюзной конференции литейщиков в 1976 году [10].

В настоящей работе рассмотрена общая картина влияния предварительной обработки шихты на свойства чугуна СЧ-20, стали 20Л и железа 008ЖР. Это было достигнуто с помощью предварительного электролитического наводороживания шихты, вводимой определенными порциями о расплав одинакового с ней состава. Плавка металла проводилась в индукционной тигельной печи типа ИСТ-006. Температура заливки измерялась термопарой \ZV-Re и находилась в пределах производственных условий. После расплавления изучаемые сплавы заливались в земляные формы.

Формовочная смесь приготавливалась в лабораторных бегунах и имела следующий состав: 95.. 97 % формовочного песка, З...Е % глины, 5...7 % жидкого стекла. На отдельно отлитых образцах изучалась микроструктура, определялись твердость и микротвердость, механические свойства, плотность, химический состав и содержание газов. Электролитическое наводорожива-ние проводилось в сернокислотном электролите при различных режимах наводороживания [11].

Получение образцов из железа и его сплавов предусматривало расплавление половины веса плавки и введение второй половины после электролитического наводороживания от 1 до 10 ч. Сравнение проводилось с переплавленным металлом обычного приготовления.

* 16

/- к

/ г \

\ / \

V I/ \

- —

3000

0123456789 Время наводороживания шихты, ч

Рис. 1. Влияние электролитического наводороживания шихты на объемную долю графита чугуна СЧ-20

т

10

3 4 5 6 7 8 Время наводороживания шихты, ч

Рис. 2. Влияние электролитического наводороживания шихты на микротвердость основы чугуна СЧ-20

На рис. 1-4 приведены результаты влияния электролитического наводороживания шихты на свойства серого чугуна. Видно, что применение наводороживания

уже в течение 1 ч приводит к уменьшению объемной доли графита с соответствующим повышением твердости основы, плотности и предела прочности.

Применение наводороженной шихты в течение 3-4 ч в наибольшей мере увеличивает количество графита (рис. 1) и в соответствии с этим снижает микротвердость (рис. 2), плотность (рис. 3) и прочность (рис. 4).

Химический анализ содержания углерода показал, что оно вэ всех опытах остается постоянным и колеблется в пределах 3,27..3,37 %, в то время как количество графитной фазы значительно изменяется от времени электролитического наводороживания. Возможно, что водород может принимать участие в образовании графитной составляющей в железоуглеродистых сплавах.

Результаты газового анализа образцов из чугуна СЧ-20, приведенные в табл. 1, показывают, что происходит увеличение содержания водорода до четырех часов обработки, а затем наблюдается снижение. Это связанно с соответствующим увеличением графитной фазы и снижением плотности и прочности. Общее содержание газов при увеличении времени наводороживания снижается от 0,0126 % до 0,0074 %.

2 3 4 5 6 7 8 Время наводороживания шихты, ч

Рис. 3. Влияние электролитического наводороживания шихты на плотность чугуна СЧ-20

125 121 117

я

| 113

Ь" 109

105 101

Г\

/ / ч

/ /

/ \\ / "Ц

/ \

/

1

0123456789 10 Время наводорохивания шихты, ч

Рис. 4. Влияние электролитического наводороживания шихты на предел прочности чугуна СЧ-20

Таблица 1

Газовый анализ образиов чугуна СЧ-20

Время наЕОдороживания [час) 0 1 2 3 4 5 6 7

Содержание Н 0,6 0,7 07 0,8 0,5 0,4 0,4 0,4

газов, хКгЧ 0 6 6 7 4 4 4 4 4

N 6 5 5 4 4 4 5 3

8 №3(40)2008

ТЕХНОЛОГИЯ

234567 89 1С Время наводороживания шихты, ч

Рис. 5. Влияние электролитического наводороживания шихты на плотность стали 20/1 и железа 008ЖР: - 20Л; - 008ЖР

Сталь 20Л и железо 008ЖР. Влияние электролитического наводороживания на их плотность показано на рис. 5. Видно, что при увеличении времени обработки шихты до трех часов происходит резкое повышение плотности стали 20Л и чистого железа. Это обусловлено развитием процессов саморафинирования, так как при высоких температурах обработки, достигающих 1680... 1720 *С, в чистом железе и малоуглеродистой стали самым эффективным средством для удаления различных гяяов и водорода является сям водород.

Рис. 6. Фотография микроструктуры стали 20Л после обычного приготовления (а) и с использованием электролитически наводэроженной шихты (б).

Изучение микроструктуры показало, что электролитическое наводороживание шихты влияет на кристаллизацию железоуглеродистых сплавов и может привести к изменению величины зерна и образованию перлитных участков при меньшем содержании углерода. Так, на рис. 6 в качестве примера приведена микроструктура стали 20Л обычного приготовления (а) и с использованием 50 % электролитически наводоро-женной шихты в течение четырех часов (б). Видно, что последняя имеет вид, обычно характерный для эв_ек-тоидпой стали У7 с большим количеством перлитных участков (увеличение их от 25 до 70 %). Такое резкое увеличение объемной доли перлита за счет применения наводороживания шихты указывает на перспективу существенного изменения механических свойств при последующей термической обработке.

Известно, что наличие водорода в железе приводит к повышению пределоз прочности и текучести [12]. В структуре железа 008ЖР обычного приготовле-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ния и с использованием 50 % электролитически наво-дороженной шихты наблюдается зеренная структура. Изменение величины зерна приведено на рис. 7. Существенное увеличение размера зерна указывает на перспективу применения электролитического наводороживания шихты в производстве электротехнических материалов.

2 2

ТО =

а

ф «

а ф 5 п

£

0,18 0,17 0.16 0,15' 0,14

0 123456789 10 Время наводороживания шихты, ч

Рис. 7. Влияние электролитического наводороживания шихты на величину зерна железа 008ЖР

Список литературы

1. ЛакомскийВ.И. Газы в чугунах. Изд. 2/ В.И. Лакомский, В.И. Явойский. - Киев, ГИТЛ УССР, 1960. - 173 с.

2. Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железпуглеродистых сплавов / В.И. Шяповялоя

- М.: Металлургия, 1982. - 230с.

3. Гудремон Э. Специальные стали: в 2т. Т.2/ Э. Гудремон.

- М.: Металлургиздат, 1966. - 1640 с.

4. A.c. №1135787 МПК С22С 1/02. Способ подготовки шихты для приготовления алюминиевых сплавов / В.К. Афанасьев, В.Н. Лебедев, А.Н. Прудников и др. Заявка № 3637727/22 от 01.09.83. Опубл. 23.01.85, Бюл. №3.

5. A.c. № 897881. М.Кл.3 С22С 1/02. Способ подготовки шихты для плавки алюминиевых сплавов / В.К. Афанасьев, В.Н. Лебедев, Г.Н. Спрукуль и др. Заявка № 2910825/22 от 17.04.80. Опубл. 15.01.82, Бюл. № 2.

6. A.c. № 615713. М.Кл.3 C22F 1/06. Способ обработки шихтового магния / В.К. Афанасьев, В.И. Никитин, Я.Д. Вишняков и др. Заявка № 2457174/22 от 17.02.77.

7. A.c. № 973652. М.Кл.3 С22С 1/02. Способ подготовки шихты для приготовления алюминиево-<ремниевых сплавов./ В.К. Афанасьев, Г.Т. Коровин, С.А. Строганова и др. За-яяка No 3289Я46/?? от 18.05.81. Ппубп 15.11 8?, Вюл №4?

8. A.c. № 527479. М.Кл.3 С22С 1/02. Способ подготовки шихты/ В.К. Афанасьев, A.A. Абрамов, Н.В. Гришков и др. Заявка № 2112249/02 от 10.03.75. Опубл. 05.09.76, Бюл. № 33.

9. A.c. № 739122. М.Кл.3 С22С 1/02. Способ подготовки шихты для приготовления алюминиевых сплавов/ В.К. Афанасьев, В.И. Никитин, В.А. Падалка и др. Опубл. 05.06.80, Бюл. № 21.

10. Афанасьев В.К. Структура и свойства алюминиевых сплавов в зависимости от условий подготовки шихтовых материалов/ В.К.Афанасьев, В.И. Никитич //Литейное производство. - 1976. - № 4. - с. 16-17.

11. Белоглазое С.М. Наводороживание стали при электрохимических процессах./ С.М. Белоглазое. - Л.: Изд-во Ленинград.университета, 1975. - 411 с.

12. Карпенко Г.В. Влияние водорода на свойства стали / Г.В. Карпенко, Р.Н. Крипякевич. - М.: Металлургиздат, 1962.

- 197 с.

№ 3 (¿0)2008