|
Классификация и производство отливок из хладостойкой
стали. Отливки из магниевых сплавов
Реферат выполнили: Дарчев Н., Андреев А., Селезнёв Е.
Липецкий государственный технический университет,
кафедра металлургии
Липецк – 2002
Отливки из хладостойкой стали
Развитие
криогенной техники, бурное освоение сырьевой базы в районах Крайнего Севера и
Дальнего Востока потребовали изготовления машин и различного оборудования,
способного надежно и длительно работать при отрицательных температурах.
Хладостойкость многих, в том числе и литейных конструкционных сталей
недостаточна. Основной причиной, вызывающей снижение пластичности и
сопротивления хрупкому разрушению в области отрицательных температур, является
загрязненность сплава кислородом, серой, фосфором, рядом цветных металлов. С их
присутствием связано образование различной формы неметаллических включений,
снижение межкристаллической прочности.
Многолетняя
практика показала, что допустимые стандартом концентрации серы и фосфора
(~0.05-0.04% каждого из элементов) являются чрезвычайно высокими. По данным
Ю.А.Шульте, при уменьшении содержания серы в нелегированной и низколегированной
конструкционных сталях от 0.04 до 0.01% ударная вязкость возрастает в 2 – 3
раза, снижается порог хладноломкости. Установлено, что наибольший рост
пластичности и ударной вязкости достигается при содержании серы менее 0.01%.
Следовательно, одним из направлений является глубокая десульфурация стали.
Количество оксидных включений и их форма во многом определяются природой
раскислителей и технологией проведения этой операциию Применение для
окончательного раскисления силикокальция, силикобария, силицидов позволяет не
только снизить общую загрязненность стали неметаллическими включениями, но и
придать им более благоприятную округлую форму. Существенное значение имеет
строение металлической основы. Мелкозернистая равноосная структура матрицы,
получаемая в результате легирования и термической обработки, повышает хладостойкость
стали.
Особенностью
хладостойких литейных сталей (ГОСТ 21357-75) является низкая допустимая
концентрация серы и фосфора (до 0.02% каждого). Большую часть сталей легируют
молибденом (0.1-0.3%) и ванадием (0.06-0.15%). Стандарт требует обрабатывать
сталь при выплавке комплексными раскислителями. Литые детали из хладостойкой
износостойкой стали эксплуатируют при температуре до –60ОС.
В
число сдаточных характеристик наряду с  введена ударная вязкость при –60ОС. Не допускаются в отливках
неметаллические включения пленочного типа.
Как
следует из изложенного выше, основные особенности производства хладостойких
отливок заключаются в выплавке, модифицировании сплавов и термической обработке
отливок. Каких-либо существенных изменений технологии изготовления форм и
других процессов получения отливок не требуется.
Типовыми
представителями отливок из хладостойких сталей марок 27ХН2МФЛ, 35ХМФЛ и др. по
ГОСТ 21357 являются звенья гусениц тракторов и экскаваторов, зубья ковшей,
разрыхлители грунта, сварочно-литые конструкции больших сечений экскаваторов;
изделия из этих сталей в основном применяются в горнорудной и
горнометаллургической промышленности.
В
холодильной технике широко применяют сжиженные газы, в частности азот. Чтобы
сохранить его в жидком состоянии, нужен ужасный мороз — почти 200 градусов ниже
нуля. При такой температуре обычная сталь становится хрупкой, как стекло.
Контейнеры для хранения жидкого азота делают из хладостойкой стали, но и она
долгое время “страдала” одним существенным недостатком: сварные швы на ней
имели низкую прочность. Устранить этот недостаток помог молибден. Прежде в
состав присадочных материалов, применяемых при сварке, входил хром, который как
оказалось, приводил к растрескиванию кромок шва. Исследования позволили
установить. что молибден, наоборот, предотвращает образование трещин. После
многочисленных опытов был найден оптимальный состав присадки: она должна
содержать 20% молибдена. А сварные швы теперь так же легко переносят
двухсотградусный мороз, как и сама сталь.
Фотографические
структуры стали 40ХНМЛ до и после обработки бескремниевыми комплексными
лигатурами*
Дендритная
структура стали 40ХНМЛ (х20)
 
До
обработки Обработано
Микроструктура
стали 40ХНМЛ (х400)
 
До
обработки Обработано
Неметаллические
включения в стали 40ХНМЛ
 
До
обработки Обработано
Отливки из магниевых сплавов
Для
изготовления фасонных отливок используют три группы магниевых сплавов: сплавы
магния с алюминием и цинком, сплавы магния с цинком и цирконием, сплавы магния,
легированные редкоземельными металлами.
Сплавы
1-й группы предназначены для производства высоко нагруженных отливок, работающих
в атмосфере с большой влажностью. Для повышения коррозионной стойкости в сплавы
вводят 0.1-0.5% марганца, а для снижения окисляемости 0.001-0.002% бериллия или
0.5-0.1% кальция. Сплавы этой группы относят к числу высокопрочных. Основным
упрочнителем в них является алюминий, растворимость которого в магнии при
эвтектической температуре составляет 17.4%, а при нормальной – 2.8%. Цинк также
упрочняет магний, но менее эффективно, чем алюминий.
Основными
структурными составляющими сплавов этой группы являются первичные кристаллы aMg
твердого раствора алюминия и цинка в магнии, фазы g(Mg17Al12), h(Mn,
Al) и марганцевая фаза. Фаза g является упрочнителем сплавов при термической
обработке.
Сплавы
2-й группы также относят к числу высокопрочных. Они отличаются от магниевых
сплавов других групп повышенными механическими свойствами и хорошей
обрабатываемостью резанием. Легирование их лантаном улучшает литейные свойства,
несколько повышает жаропрочность и свариваемость, но снижает прочность и
пластичность при нормальной температуре. Эти сплавы обладают
удовлетворительными литейными свойствами, имеют измельченные цирконием зерна,
способны упросняться при термической обработке. Из них можно получать отливки с
однородными свойствами в различных по толщине сечениях. Их используют для
изготовления отливок, работающих при 200-250ОС и высоких нагрузках. Основными
структурными составляющими являются твердый раствор цинка и циркония в магнии (aMg) и
включения интерметаллидов Mg2Zn3 и ZrZn2, являющихся упрочнителями при
термической обработке.
Сплавы
3-й группы обладают высокой жаропрочностью и хорошей коррозионной стойкостью.
Они предназначены для длительной работы при 250-350ОС и кратковременной при
400ОС. Эти сплавы имеют хорошие литейные свойства, высокую герметичность, малую
склонность к образованию микрорыхлот и усадочных трещин, высокие и однородные
механические свойства в сечениях различной толщины. Сплавы с редкоземельными
элементами применяют для изготовления отливок, работающих под воздействием
статических и усталостных нагрузок. 0сновными их структурными составляющими
являются твердый раствор неодима и циркония в магнии и включения фаз Mg3Nd,
Mg9Nd, Mg2Zr.
Для
изготовления отливок чаще используют сплавы первой группы.
Особенности плавки и литья.
Плавка
магниевых сплавов сопряжена с рядом трудностей, связанных прежде всего с их
легкой окисляемостью. На поверхности магниевых расплавов, в отличие от
алюминиевых, образуется рыхлая пленка оксида, не предохраняющая металл от
дальнейшего окисления. При незначительном перегреве магниевые расплавы легко
воспламеняются. В процессе плавки магний и его сплавы взаимодействуют с азотом,
образуя нитриды, и интенсивно поглощают водород (до 30 см3 на 100 г расплава).
Оксиды и нитриды, находясь во взвешенном состоянии, обусловливают снижение
механических свойств сплава и образование микропористости в отливках.
Для
предотвращения интенсивного взаимодействия с печными газами плавку магниевых
сплавов ведут под флюсами или в среде защитных газов. При плавке большей части
магниевых сплавов применяют флюсы, основой которых является карналлит.
Покровные флюсы для сплавов с редкоземельными элементами не должны содержать
хлористый магний, так как он взаимодействует с РЗМ с образованием хлоридов,
увеличивая их потери до 20%.
Применение
флюсов вызывает ряд нежелательных явлений. Попадание флюса в тело отливки
приводит к образованию очагов интенсивной коррозии из-за их высокой
гигроскопичности; существенно ухудшаются условия труда. Поэтому в настоящее
время широко применяют безфлюсовую плавку, используя для защиты магниевых
расплавов газовые смеси. В производственных условиях чаще всего используют
смесь воздуха с 0.1% шестифтористой серы.
В
зависимости от масштаба производства и массы отливок применяют три способа
плавки литейных магниевых сплавов: в стационарных тиглях, выемных тиглях и
дуплекс-процессом (в индукционной печи-тигле). |
