| На головну |
|
Міністерство освіти і науки України
Запорізький національний технічний університет
Кафедра ОТЗВ
ЗВІТ ПО НАУКОВО-ДОСЛІДНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ
Поліпшення якісних характеристик металу шва за рахунок підвищення чистоти шихтових матеріалів
Виконав:
ст. гр. ІФ-329 П.Ю. Горбань
Керівник:
проф. В.С. Попов
Прийняв:
доц. В.А. Гук
2002
зміст
Содержание... 2
Введение... 3
1. Дослідження структури і властивостей наплавленого металу ... 4
1.1 Дослідження хімічного складу наплавленого металу ... 4
1.2 Дослідження неметалічних включень у металі шва ... 6
1.3 Механічні властивості наплавленого металу ... 6
Заключение... 8
Перелік ссылок... 9
Введення
У сучасних умовах виробництва машин, агрегатів і металоконструкцій самого різного призначення зварювання, як метод отримання нероз'ємних з'єднань, залишається провідним технологічним процесом.
Експлуатаційна надійність зварних швів і стабільність їх фізико-механічних властивостей залежать від якості і сталості складу вихідної сировини, що використовується для виготовлення електродів. Для отримання високих властивостей наплавленого металу промисловістю випускається зварювальний дріт з досить низьким вмістом газів, сірки, фосфору та інших шкідливих домішок. За спеціальним замовленням виготовляють дріт із сталі, виплавленої у вакуумно-індукційних печах, підданої електрошлаковому або вакуумно-дугового переплаву [1].
Одержання металу шва з мінімально можливим вмістом кисню і оксидних включень досягається шляхом одночасного розкислення металу алюмінієм, титаном, кремнієм і марганцем, вводяться в покриття у вигляді феросплавів [2]. Однак вміст кисню і оксидних включень при цьому залишається ще досить високим [3]. Для зниження вмісту кисню в металі шва і з метою впливу на процес зародження включень, їх форму, дисперсність і склад, зазвичай використовуються сильні розкислювачі і модифікатори - церій, цирконій, ітрій, барій, кальцій [3,4,5,6]. Застосування таких активних елементів в покритті зварювальних електродів ускладнює технологічний процес підготовки шихти. Операції дроблення, змішування і пасивування компонентів супроводжується великою втратою цих елементів на окислення [7].
У багатьох галузях промисловості при виготовленні відповідальних деталей з низьколегованих сталей застосовуються електроди з основним покриттям типу УОНИ-13. Зварювальні електроди з фтористо-кальцієві покриттям мають суттєві переваги перед усіма іншими при зварюванні конструкцій відповідального призначення [1]. Електроди типу УОНИ-13 характеризуються більш низьким вмістом газів в наплавленого металу в порівнянні з електродами інших видів, мала окислювальна здатність покриттів забезпечує більш повний перехід легуючих елементів у метал зварювального шва.
У наплавленого металу спостерігається і приріст домішок кольорових металів, сірки і фосфору, у порівнянні вмістом в дроті, за рахунок переходу їх з обмазки електрода. Це обумовлено тим, що в деяких феросплавах, використовуваних як складових покриття, вміст сірки і фосфору в 1.5?5.0 разів більше, ніж в зварювальному дроті [8]. Частка таких компонентів у покриттях електродів зазвичай становить 15?30%. У роботі [9] встановлено, що при наплавленні електродами фтористо-кальцієвого типу в шлак переходить фосфору 0.001?0.002%, сірки 0.0013?0.004% по відношенню до маси розплавленого стрижня. Отже, гарантовано низьке вмісту сірки і фосфору в металі зварного шва можливо лише за рахунок зниження концентрації цих домішок у компонентах покриття електродів. До складу електродних покриттів фтористо-кальцієвого типу в основному входить ферротитан, феромарганець і феросиліцій. Причому найбільшу частку з них займає ферротитан до 15%. Тому газонасиченості ферротитана і вміст у ньому таких домішок як сірка, фосфор і кольорові метали істотно впливають на властивості металу зварних швів [2]. Для поліпшення властивостей зварних швів необхідно використовувати у зварювальних електородах ферротитан високої якості з низьким вмістом газів і домішок кольорових металів. Отже, актуальним завданням матеріалознавства та зварювання є розробка матеріалів і технологій, що дозволяють поліпшити структуру і властивості наплавленого металу за рахунок поліпшення якості зварювальних електродів.
У зв'язку з вище викладеним для поліпшення структури і властивостей наплавленого металу, запропоновано, при виготовленні електродів типу УОНИ-13 використовувати комплексну лігатуру, отриману сплавом електрошлаковим способом відходів титану з серійними феросплавами, з використанням ефекту рафінування активними шлакамі.1. Дослідження структури і властивостей наплавленого металу
Для дослідження впливу складу ферротитана на властивості наплавленого металу були виготовлені три партії електродів УОНИ 13/55 з різними по складу і способу виробництва феросплавами:
партія А - за рецептурою з використанням алюмінотермічним ферротитана ФТі30А і феросплавів промислового виробництва.
партія Б - за рецептурою А з заміною ферротитана алюмінотермічним способу виробництва ФТі35А на ферротитан електрошлакової виплавки ФТШ45.
партія В - по рецептурі А з заміною всіх феросплавів промислового виробництва на 12% досвідченого комплексно-легованого ферротитана К-2.
Пасивування сплаву К-2 виробляли в муфельній печі при температурі 350 ° С протягом 30 хв. Дослідження технологічного процесу приготування обмазувальної маси і нанесення її методом опресування для всіх трьох партій електродів, а також процесу збудження і горіння дуги показало, що жодних відмінностей у технологічності при виготовленні та наплавленні металу між електродами партій А, Б і В не спостерігається [10] .1.1 Дослідження хімічного складу наплавленого металу
Хімічний склад металу, наплавленого електродами з покриттями, що містять ферротитан різного способу виробництва, має деякі відмінності [9] (табл. 1.1, 1.2.).
Таблиця 1.1 - Хімічний склад наплавленого металу
Партія електродів Масова частка елементів,%
С
Si
Mn
S
P
А 0,09 0,05 1,0 0,020 0,020
Б 0,10 0,030 0,80 0,020 0,022
В 0,09 0,035 1,0 0,014 0,016
Паспортний склад 0,08-0,11 0,2-0,5 0,6-1,2 ? 0,022 ? 0,024
Як видно з наведеної таблиці, хімічний склад металу, наплавленого електродами всіх досліджених в роботі партій, відповідає вимогам паспорта електродів УОНИ 13/55. Більш низький вміст Si і Mn в металі, наплавленому електродами партії Б і В отримано в результаті більшого залучення цих елементів у реакції розкислення металевої ванни, при менших змістах Аl в покритті електродів партії Б і В (0,14%) у порівнянні з покриттям А (0,96%). Більш висока концентрація Si, Mn і Тi в металі партії В в порівнянні з Б свідчить про менших втратах цих елементів на поверхневе окислення в процесі виготовлення електродів при використанні сплаву К-2. У металі, наплавленому електродами партії В, міститься найменша кількість домішок S і P, що є наслідком застосування комплексно-легованого ферротитана К-2, при отриманні якого методом ЕШВ використовувалися відходи титану, які містять малу кількість цих домішок, а промислові феросплави ФМн1 і ФС 45 були рафіновані по S і P високоосновних флюсом в процесі виплавки.
При цьому, в наплавленого металу знижується не тільки кількість S і P, газів (О і N), а також і домішок кольорових металів [8] (табл.1.2).
Таблиця 1.2 - Вміст газів і домішок кольорових металів в наплавленого металу
Партія
електродів Масова частка елементів,%
O N Ti Cu Sn
А 0,050 0,0073 0,011 0,1 0,01
Б 0,046 0,0062 0,018 0,08 0,005
В 0,040 0,0065 0,020 0.08 0,005
При виробництві ферротитана і комплексно-легованого ферротитана методом ЕШВ використовуються відходи Тi у вигляді листовий обрези, що містять низьку кількість газів (О і N), С і домішок кольорових металів без використання вторинної А1, що повністю виключає можливість їх внесення. Тому вміст домішок Cu і Sn в металі, наплавленому електродами партії Б і В нижче, ніж електродами А.
Кількість кисню в металі, наплавленому електродами партії В, найбільш низька. Це свідчить про більш повне раскислении металу шва при використанні в покритті У комплексно-легованого ферротитана К-2.1.2 Дослідження неметалічних включень у металі шва
Використання ферротитана ЕШВ в покритті зварювальних електродів дозволило знизити в наплавленого металу вміст газів, домішок і неметалевих включень.
Результати оцінки забрудненості неметалевими включеннями металу, наплавленого досвідченими електродами наведено в табл. 1.3.
Таблиця 1.3 - Зміст оксидних включень у наплавленому металі
Масова частка оксидних включень,%
Партія Загальна Питома частка в загальній кількості,%
електродів Кількість
Al 2 O 3
SiO 2 Складні оксиди (Si-Ti-Mn-Fe) · O
А 0,052 44,5 35,5 20,0
Б 0,043 28,8 20,5 51,5
В 0,030 20,5 16,0 63,5
Дріт Св.-08,
Св-08Г2С [2] 0,005-0,015 59,11 33,14 7,75
Як видно з наведених у таблиці даних, в наплавленого металу електродів партії Б і В істотно знижено загальна кількість неметалічних включень. У металі, наплавленому електродами В, що містить тільки один феросплав у вигляді комплексно-легованого ферротитана, отриманого методом ЕШВ, загальна кількість неметалічних включень знижено більш ніж на 40% в порівнянні з металом електродів А, при використанні алюмінотермічним ферротитана і роздільним введенням в покриття інших раскислителей - феромарганцю і феросиліцію. При цьому, кількість тугоплавких включень з Al2O3более ніж у два менше, ніж в металі, наплавленому електродами А. У таких же межах зменшений вміст склоподібних силікатів. У металі партії Б і В відсутні великі екзогенні частки тіаліта і перовскита, характерних для ферротитана алюмотерміческого способу виробництва. При зниженні загальної кількості включень трохи зростає питома частка силікатів складного складу з гетерогенною мікроструктурою. Переважне формування силікатів складного складу і менший вміст кисню в металі, наплавленому електродами В, при рівному вихідному кількості розкислювачів в покритті цих електродів, свідчить про більш повне і інтенсивному процесі видалення продуктів реакції розкислення при використанні комплексно-легованого ферротитана [5] .1.3 Механічні властивості наплавленого металу
Результати дослідження механічних властивостей металу, наплавленого досвідченими електродами, представлені в табл. 1.4.
Таблиця 1.4 - Механічні властивості металу зварного шва, наплавленого досвідченими електродами
Значення механічних властивостей по ГОСТ 6996 -75
Партія
електродів
Тимчасовий опір розриву s В, МПа
Межа текучості
s Т, МПа
Відносне подовження
d,%
Ударна в'язкість KCU, Дж / см 2
А 505-545 400-420 23-27 155-205
Б 520-560 400-440 26-28 175-220
У 540-565 420-450 27-30 210-240
Типові значення для УОНИ 13/55 [5] 510-570 390-440 24-28 156-245
Паспортні дані УОНІ13 / 55 ? 490 ? 390 ? 20 ? 160
Вимоги ГОСТ 9467-75 до типу електродів Е50А ? 490 - ? 20 ? 130
Механічні властивості і хімічний склад наплавленого металу всіх партій електродів відповідає вимогам ГОСТ 9467-75. При цьому, пластичність металу наплавленими електродами партій Б і В вище ніж А. Використання в покритті електродів більш чистого по домішках і неметаллічскім включень ферротитана електрошлакової виплавки ФТШ 45 дозволило підвищити на 7% середні значення відносного подовження і на 9% ударної в'язкості у порівнянні з електродами партії А. При заміні всіх феросплавів покриття електродів на комплексно-легований ферротитан електрошлакової виплавки К-2 середні значення відносного подовження збільшені на 12%, а ударної в'язкості на 18% в порівнянні з електродами партії А, і на 8 і 9% відповідно для середніх типових значень електродів УОНИ 13/55. Таким чином проявилося більш низьке вмістом газів, S і P, а також домішок кольорових металів в наплавленого металу електродами В, в порівнянні з А і електродами промислового виготовлення з використанням ферротитана алюмінотермічним способу виробництва. Присутність в металі, наплавленому електродами партії А, значної кількості тугоплавких включень несприятливою форми і силікатних стекол викликає зниження ударної в'язкості металу в порівнянні з металом електродів Б і В. Це пов'язано з тим, що тугоплавкі оксиди Al кутастої, неправильної форми виконують роль великих концентраторів напружень в порівнянні з округлими (глобулярними) включеннями силікатів в металі, наплавленому електродами Б і В [9,10] .заключеніе
1. Застосування у складі покриття електродів основного типу ферротитана електрошлакової виплавки, а також комплексних Ti-Mn-Si - містять феросплавів, отриманих методом електрошлакового переплаву відходів титану, сталі і промислових феросплавів (феромарганцю і феросиліцію) дозволяє отримати наплавлений метал з більш високими пластичними властивостями .
2. Використання в покритті зварювальних електродів основного типу УОНІ13 / 55 ферротитана ЕШВ дозволяє знизити в наплавленого металі вміст оксидів алюмінію на 30-40%, при зниженні вмісту домішок кольорових металів до 20%.
3. Використання комплексно легованого ферротитана, отриманого методом ЕШВ у складі обмазки електродів УОНИ 13/55 забезпечує також велику ступінь розкислення наплавленого металу при менших втратах елементів розкислювачів. Зміст S і Р при цьому знижено на 30 і 20% відповідно. Масова частка включень в наплавленого металу у вигляді оксидів зменшена на 20%, при зниженні домішок кольорових металів Cu і Sn до 20%. Знижено більш ніж на 40% вміст дрібнодисперсних включень корунду. Все це в комплексі, дозволило підвищити ударну в'язкість на 15% і відносне подовження наплавленого металу на 20%.
Таким чином, для підвищення чистоти наплавленого металу по неметалевим включень, поліпшення пластичних властивостей наплавленого металу доцільно використовувати у складі обмазки зварювальних електродів основного типу комплексних титан містять лігатур-розкислювачі, отриманих методом електрошлакової виплавки.
перелік посилань
1. Заке І.А. Зварювання різнорідних сталей: Довідковий посібник. - Л.: Машинобудування, 1973.-208с.
2. Богачевський А.А. Підвищення якості металу шва шляхом введення в покриття синтетичного волластаніна і цериевой лігатури. // Зварювальне виробництво. - 1993. - №4. - С.8.
3. Довідник по зварюванню / під ред. Є.В. Соколова. Т.1. - М.: Машинобудування, 1962. - 657с.
4. Походня І.К. Гази в зварних швах. - М.: Машинобудування, 1973.-256с.
5. Кабацький В.І., Привілля Н.Т., Макаренко В.Д. Особливості впливу комплексних лігатур на вміст газів в наплавленого металу при зварюванні електродами з основним покриттям // Зварювальне виробництво. - 1986. - №12. - С. 4-5.
6. Луньов В.В., Шульте Ю.А. Застосування комплексних лігатур з РЗМ і ЛЗМ для поліпшення властивостей литих і деформованих сталей. // Вплив комплексного розкислювача на властивості сталей. - М.: Металургія, 1982. - с.32-50.
7. Степанова В.В. Підвищення якості марганцевистих і хромомарганцовістих сталей для виливків і поковок. Дис. на соіск. Наукового ступеня КТН. - Запоріжжя ЗДТУ. - 1996.
8. Гази і домішки в феросплавах / М.І. Гасик, В.С. Ігнатьєв, С.І.Хітрік. - М.: Металургія, 1970. - 152с.
9. Букін А.А., Кохан С.В. Прогнозування змісту S і P в металі, наплавленому покритими електродами // Автоматическая сварка. - 1988. -№2. - С.27.
10. Кабацький В.І., Привілля Н.Т., Макаренко В.Д. Особливості впливу комплексних лігатур на вміст газів в наплавленого металу при зварюванні електродами з основним покриттям // Зварювальне виробництво. - 1986. - №12. - С. 4-5.