WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В четвертой главе выполнено исследование состава и строения ТПД. Металлографические исследования показали, что точечные дефекты представляют собой локальные лункообразные углубления в поверхностном слое отливки. Основу углублений составляет фаза светло- и темно- коричневого цвета, в которой произвольно расположены включения фазы белого цвета. МРА показал, что основу светло- и темно- коричневой фаз составляют кремний, марганец и железо, причем характер кривых распределения этих элементов указывает на их присутствие в дефектном участке в виде оксидных соединений состава кремний-железо и кремний-марганец; белой фазе соответствуют кривые распределения железа и хрома. Рентгенофазовый анализ выявил преобладание железа в дефектных участках поверхности в виде оксидов – магнетита, гематита (Fe3O4 и Fe2O3), файалита (Fe2SiO4) и хромита железа (FeCr2O4). Травление поверхностного слоя отливки, граничащего с точечными поверхностными дефектами, показало отсутствие каких-либо видоизмененных зон или участков в ней. В строении поверхностного слоя металла отливки, непосредственно прилегающего к точечному дефекту, присутствуют участки, указывающие на прохождение межкристаллитной коррозии, причем количество таких участков для сталей аустенитного класса (например, ЭИ 268) в 3-4 раза больше, чем для сталей мартенситного класса (ЭИ 736, ВНЛ5). Дефектная зона не приводит к изменению в строении и расположении составляющих металл фаз.

В пятой главе представлены результаты по изучению влияния технологи-ческих факторов на пораженность отливок ТПД: состава и содержания НМВ в литом металле, состава керамической формы, температуры заливки, условий литья.

Металлографические исследования показали, что основными типами НМВ для сталей ЭИ 736 и ЭИ 402 являются силикаты различного состава (рис.1). Преобладающими среди них (до 90 %) выступают силикатные включения состава кремний-железо - марганец (FeO – SiO2 – MnO) и более сложные соединения (FeO – SiO2 – MnO – Cr2O3).

К остальным включениям относятся: силикат марганца, алюмосиликаты, марганцовистое железо, корунд и хромит.

Рис. 1 Распределение НМВ в стали ЭИ 736 и ЭИ 402

При изучении влияния состава керамической формы на пораженность отливок ТПД установлено, что пораженность снижается со снижением содержания кремнезема в материалах образующих оболочку (рис.2). Наибольшая пораженность поверхности наблюдается на отливках, полученных в маршалитовых формах, наименьшая на отливках полученных в электрокорундовых формах (26 – 31 % и 11 – 18 % поверхности отливки соответственно).

Металлографические исследования показали что между точечным дефектом и керамической формой образуется металлооксидная зона, толщина кото- рой возрастает с увеличением содержания кремнезема в форме и температуры

Рис. 2 Влияние температуры заливки и состава формы на

пораженность сплава ЭИ 736 ТПД; условия литья: А – воздух, Б - аргон

заливки металла.

Кремнезем, находящийся в форме, увеличивает наружный размер ТПД (диаметр „ пятна ” на поверхности отливки или наибольший размер дефекта по диагонали). Эксперименты показали, что на отливке полученной в комбинированной форме – форме, где одна половина модели была окрашена маршалитовой огнеупорной суспензией, а другая электрокорундовой – размеры ТПД существенно различаются. На половине отливки, полученной в маршалитовой форме, наибольший размер ТПД составляет 4.05 мм, а на половине, полученной в электрокорундовой форме, 2.38 мм; при этом увеличивается содержание кремния в дефектной зоне с 21.83 % до 29.6 % (соответственно для электрокорундовой и маршалитовой части оболочки). Таким образом, установлено, что повышение содержания оксидов кремния в составе керамической формы способствует увеличению размеров ТПД и не является определяющим фактором в их возникновении.

При анализе исходных формовочных материалов, применяемых при изготовлении керамических оболочковых форм, выявлено значительное количество соединений железа. Особенно их много – в кварцевом песке (до 1.18 %). Оксиды железа способны взаимодействовать с кремнеземистым связующим формы с образованием легкоплавких соединений на поверхности отливки. Для нейтрализации железа был предложен способ его удаления из формы путем перевода в водорастворимое состояние за счет комплексной обработки керамической оболочки - тепловой (нагрев и выдержка при 550 °C) и последующей промывки формы в подкисленной ионоактивированной воде с уровнем рН = 2…5. Такая обработка позволяет снизить содержание железа в 5 раз, что уменьшает пораженность отливок ТПД в 1.8 раза.

Влияние состава керамической формы выражается также в увеличении содержания силикатных включений состава FeO – SiO2 – MnO и FeO – SiO2 – MnO – Cr2O3, причем доля последних возрастает по мере увеличения количества кремнезема в материалах керамической формы (рис.3). Наибольшее количество указанных включений присутствует в отливках, полученных в маршалитовых формах. На количестве остальных типов НМВ состав керамической формы практически не сказывается.

Рис. 3 Влияние состава керамической формы на содержание НМВ и

пораженность отливки ТПД (сплав ЭИ 736)

При определении влияния температуры заливки на пораженность отливок ТПД установлено, что для всех рассмотренных в работе марок сталей и составов керамических форм увеличение температуры заливки приводит снижает пораженность отливки ТПД (рис.2). Это объясняется тем, что с повышением температуры при плавке металла происходит снижение количества НМВ за счет их частичной диссоциации.

Результаты экспериментов (рис.4) показывают, что наименьшая поражен-ность отливок ТПД наблюдается в тех случаях, когда исключается продолжи-тельный контакт жидкого и затвердевающего металла с кислородом. Так при плавке и литье в аргоне пораженность отливки ТПД снижается в 1,2 раза по сравнению с литьем на воздухе.

Как показали эксперименты, пораженность отливок ТПД снижается одновременно с понижением содержания НМВ силикатного происхождения. Резко снизить пораженность отливок ТПД (с 28 – 31 % до 4 – 5 %) и количество НМВ пленочного происхождения оказалось возможным при создании восстановительной атмосферы в форме в период заливки и охлаждения, например, вводом углеродосодержащих добавок в керамическую оболочку или опорный наполнитель, окружающий её.

Рис. 4 Влияние условий плавки-заливки и охлаждения отливки на

содержание НМВ и пораженность отливки ТПД (сплав ЭИ 736)

При определении условий влияние условий плавки и литья на содержание НМВ установлено, что наименьшее количество включений состава FeO – SiO2 – MnO и FeO – SiO2 – MnO – Cr2O3 наблюдается при заливке металла в восстановительной атмосфере, осуществляемой путем ввода в форму углеродосодержащих веществ (рис.4).

Установлено, что повышение содержания хрома в составе жаропрочной стали, на примере сталей ЭИ 736 (13 – 15 % Сr) и ЭИ 402 (18 – 20 % Cr) приводит к увеличению содержания включений состава FeO – SiO2 – MnO – Cr2O3 с 75% до 86 % в то время как содержание соединений состава FeO – SiO2 – MnO уменьшается с 76 % до 64 %.

В шестой главе описан механизм образования ТПД (рис.5), который зак-лючается в следующем.

Рис. 5 Стадии формирования ТПД: А – положение НМВ при плавке, Б - положение НМВ в потоке, В – положение НМВ в форме, Г – ТПД на отливке

Вследствие технологических особенностей плавки жаропрочных хромистых и хромоникелевых сталей в жидкой металлической ванне плавильного тигля образуются оксиды кремния и марганца. Являясь основными элементами - раскислителями данных сталей, они образуют в металле жидкие взвеси с низкой температурой плавления, способные к коагуляции, а также к шлакованию легко окисляющихся компонентов стали (хром, железо). Окисные частицы представляют собой соединения системы FeO – SiO2 – MnO и относятся, очевидно, к пленочным стеклам – силикатам железа и марганца, имеющих температуру плавления 1170 – 1250 C. В силу своей меньшей плотности, чем жидкая сталь, эти соединения располагаются преимущественно на зеркале металла и в близлежащих поверхностных слоях.

При переливе металла из тигля и последующем его течении в форме (безнапорный режим) окисная пленка на зеркале металла под действием сил трения разрывается и прилипает к стенкам формы, т. к. угол смачивания формы силикатами меньше 90. Фрагменты окислов за счет сил поверхностного натяжения стягиваются в округлые частицы.

Процесс взаимодействия между шлаковыми частицами (фрагментами оки-сного расплава) и стенкой керамической оболочки состоит из двух взаимодополняющих механизмов: капиллярной пропитки и диффузионной миграции. Находясь в контакте с поверхностным слоем, высокотемпературный окисный расплав прогревает и расплавляет его составляющие – прежде всего силикогель и зерна кварца. За счет реакции с кремнеземом количество жидкой фазы увеличивается. Образующаяся между отливкой и формой металлооксидная прослойка, пребывающая в жидком и твердо-жидком состоянии до 2 часов, способствует растворению окалины, что облегчает доступ кислорода к поверхности отливки. В итоге в металлооксидной прослойке происходит двухсторонняя диффузия: ионов металлов из отливки к форме, ионов кислорода к отливке. Оксиды железа и хрома вступают как во взаимодействие с кремнеземом формы, так и между собой. При охлаждении отливки скорость диффузионных процессов замедляется и из металлооксидной прослойки выкристаллизовывается темная фаза, состоящая из силикатов железа (файалита Fe2SiO4), марганца (тефроит MnO ·SiO2), оксидов железа (магнетита и гематита Fe3O4 и Fe2O3) и хромита (FeCr2O4), изъязвляющая профиль литой поверхности.

В седьмой главе представлены результаты промышленной апробации проведенных исследований.

Разработаны и внедрены в производство следующие мероприятия:

1. Для повышения инертности керамической формы к заливаемому расплаву предложен и внедрен способ снижения активности и содержания основной её

составляющей - оксида кремния. В ходе приготовления огнеупорной суспензии в её состав вводили микропорошок алюминия (АСД-4). Основу предложенной технологии составляет способ изготовления керамических форм по А.С. № 1147515 (авторы Серебряков С.П.и Ларионов А.Я.). Разработанный способ может применяться при изготовлении отливок в дистенсиллиманитовых или цирконокорундовых формах. Метод позволяет снизить брак отливок по дефекту „разъедание” в 1,6 раза.

2. Разработан состав керамической формы, предусматривающий изготовление лицевого слоя оболочковой формы на основе микропорошков электрокорунда, позволяющий снизить взаимодействие составляющих сплава (железа) с формой. На основе предложенного способа полностью изменена технология изготовления керамических форм для всей номенклатуры стального жаропрочного литья на ОАО «НПО «САТУРН». Экономический эффект от внедренной технологии за 12 месяцев использования, за счет экономии металла, и уменьшения брака отливок (на 25%) составил 190 т.р.

3. Для снижения содержания соединений железа разработан и внедрен способ комбинированной обработки маршалитовых форм, обеспечивающий снижение брака по дефекту „разъедание” в 1.8 раза, дефекту „засор” в 3.4 раза, по дефекту „газовые раковины ” в 1.2 раза. Разработанный и внедренный способ защищен патентом РФ № 2285576.

Основные выводы по диссертации

1. На основании проведенного теоретического анализа и экспериментов выявлен механизм образования ТПД, включающий: проникновение НМВ в форму при заливке, их прилипание к форме и взаимодействие с отливкой и формой.

2.Установлено, что основу точечного дефекта составляют силикаты железа (файалит) и марганца (тефроит), в состав дефекта входит также железо в виде оксидов: магнетита, гематита и хромовой шпинели.

3.Изучено влияние технологических факторов: состава формы, температуры и атмосферы плавки и заливки на пораженность точечными поверхностными дефектами отливок из хромоникелевых сталей. Установлено, что повышение температуры заливаемого металла приводит к снижению ТПД на 8 – 10 %; показано, что размер ТПД, как и пораженность отливки ТПД, возрастают по мере увеличения содержания SiO2 в составе керамической формы и снижения содержания хрома в составе стали. Предложены математические зависимости пораженности отливок ТПД от выше указанных факторов.

4.Показано, что заливка металла и охлаждение отливки в восстановительной атмосфере, создаваемой за счет ввода углеродосодержащих добавок в состав формы позволяет получить отливки с минимальной пораженностью ТПД и одновременно низким содержанием макро- и микровключений в отливке.

5.Показано, что применение инертных к металлу огнеупорных формовочных материалов например, электрокорунда, позволяет снизить пораженность отливок ТПД от 1.7 до 8.2 раза; очистка оболочковых форм от загрязнения железом и его соединений путем дополнительного прогрева до 550°С и последу-ющей промывки подкисленной ионоактивированной водой снижает поражен-ность отливок ТПД в 1.8 раза.

6.Установлено, что процесс высокотемпературного взаимодействия твердой хромистой стали с керамической формой не является причиной образования ТПД.

7. Результаты исследований прошли апробацию и внедрены на «ОАО

«НПО Сатурн» при изготовлении всей номенклатуры жаропрочного стального литья ГТД.

Основные результаты работы представлены в следующих

публикациях:

1.Серебряков, С.П. Оценка окисления стали при заливке форм по выплавляемым моделям [Текст] / Серебряков С.П., Берстнев А.А // Справочник. Инженерный журнал. – 2005.– №10. – С.9 – 12.

2.Серебряков, С.П. Предупреждение поверхностных дефектов при производстве жаропрочного точного стального литья [Текст] / Серебряков С.П., Берстнев А.А // «Литейное производство». – 2004. – №11. – С.24 – 27.

3. Патент № 2285576 Российская федерация, (51) МПК В22С 9/04 Способ обработки форм по выплавляемым моделям [Текст] / Серебряков С.П..(RU), А.Я. Ларионов,.(RU), Берстнев А.А. (RU), Шитиков А.В. (RU) – заявитель ОАО «НПО Сатурн» (RU); № 2004128797; заявл. от 29.09.2004. – 3с.

4.Серебряков, С.П. Предупреждение поверхностных дефектов на жароп-рочных стальных отливках по выплавляемым моделям [Текст] / Серебряков С.П., Берстнев А.А., Ларионов А.Я. // Материалы Российской науч.-техн. конф. «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве» – Рыбинск. – РГАТА. – 2002.– С.89 – 91.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»