Классификация и производство отливок из хладостойкой стали. Отливки из магниевых сплавов
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЛИПЕЦКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра металлургии
РЕФЕРАТ
«Классификация и производство отливок из
хладостойкой стали. Отливки из магниевых сплавов.»
Выполнили: Дарчев Н.
Андреев
А.
Селезнёв
Е.
Принял: Казакова Т.В.
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.
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.
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).