Реферат: Улучшение качественных характеристик металла шва за счет повышения чистоты шихты

Министерствообразования и науки Украины

Запорожский национальный технический университет

Кафедра ОТСП

ОТЧЕТ ПОНАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ

Улучшениекачественных характеристик металла шва за счет повышения чистоты шихтовыхматериалов

Выполнил:

ст. гр.ИФ-329 П.Ю. Горбань

Руководитель:

проф. В.С. Попов

Принял:

доц. В.А. Гук

2002

содержание

TOC o «1-3» Содержание… PAGEREF_Toc11030630 h 2

Введение… PAGEREF_Toc11030631 h 3

1. Исследованиеструктуры и свойств наплавленного металла… PAGEREF_Toc11030632 h 4

1.1 Исследованиехимического состава наплавленного металла… PAGEREF_Toc11030633 h 4

1.2 Исследованиенеметаллических включений в металле шва… PAGEREF_Toc11030634 h 6

1.3 Механическиесвойства наплавленного металла… PAGEREF_Toc11030635 h 6

Заключение… PAGEREF_Toc11030636 h 8

Перечень ссылок… PAGEREF_Toc11030637 h 9

Введение

В современных условиях производства машин, агрегатови металлоконструкций самого различного назначения сварка, как метод получениянеразъемных соединений, остается ведущим технологическим процессом.

Эксплуатационная надежность сварных швов истабильность их физико-механических свойств зависят от качества и постоянствасостава исходного сырья, используемого для изготовления электродов. Дляполучения высоких свойств наплавленного металла промышленностью выпускаетсясварочная проволока с достаточно низким содержанием газов, серы, фосфора идругих вредных примесей. По специальному заказу изготавливают проволоку изстали, выплавленной в вакуумно-индукционных печах, подвергнутой электрошлаковомуили вакуумно-дуговому переплаву [1].

Получение металла шва с минимально возможнымсодержанием кислорода и оксидных включений достигается путем одновременногораскисления металла алюминием, титаном, кремнием и марганцем, вводимыми впокрытие в виде ферросплавов [2]. Однако содержание кислорода и оксидныхвключений при этом остается еще достаточно высоким [3]. Для снижения содержаниякислорода в металле шва и с целью влияния на процесс зарождения включений, ихформу, дисперсность и состав, обычно используются сильные раскислители имодификаторы – церий, цирконий, иттрий, барий, кальций [3,4,5,6]. Применениетаких активных элементов в покрытии сварочных электродов усложняеттехнологический процесс подготовки шихты. Операции дробления, смешивания ипассивирования компонентов сопровождается большой потерей этих элементов наокисление [7].

Во многих отраслях промышленностипри изготовлении ответственных деталей из низколегированных сталей применяютсяэлектроды с основным покрытием типа УОНИ-13. Сварочные электроды сфтористо-кальциевым покрытием имеют существенные преимущества перед всемидругими при сварке конструкций ответственного назначения [1]. Электроды типаУОНИ-13 характеризуются более низким содержанием газов в наплавленном металлепо сравнению с электродами других видов, малая окислительная способностьпокрытий обеспечивает более полный переход легирующих элементов в металлсварочного шва.

В наплавленном металленаблюдается и прирост примесей цветных металлов, серы и фосфора, по сравнениюсодержанием в проволоке, за счет перехода их из обмазки электрода. Это обусловленотем, что в некоторых ферросплавах, используемых в качестве составляющихпокрытия, содержание серы и фосфора в 1.5¸

5.0 раз больше, чемв сварочной проволоке [8]. Доля таких компонентов в покрытиях электродов обычносоставляет 15¸30%. В работе [9] установлено, что при наплавке электродами фтористо-кальциевоготипа в шлак переходит фосфора 0.001¸0.002 %, серы 0.0013¸0.004% по отношениюк массе расплавленного стержня. Следовательно, гарантировано низкое содержаниясеры и фосфора в металле сварного шва возможно лишь за счет сниженияконцентрации этих примесей в компонентах покрытия электродов. В составэлектродных покрытий фтористо-кальциевого типа в основном входит ферротитан,ферромарганец и ферросилиций. Причем наибольшую долю из них занимает ферротитандо 15%. Поэтому газонасыщенность ферротитана и содержание в нем таких примесейкак сера, фосфор и цветные металлы существенно влияют на свойства металласварных швов [2]. Для улучшения свойств сварных швов необходимо использовать всварочных электородах ферротитан высокого качества с низким содержанием газов ипримесей цветных металлов. Следовательно, актуальной задачей материаловедения исварки является разработка материалов и технологий, позволяющих улучшитьструктуру и свойства наплавленного металла за счет улучшения качества сварочныхэлектродов.

В связи с выше изложенным дляулучшения структуры и свойств наплавленного металла, предложено, приизготовлении электродов типа УОНИ-13 использовать комплексную лигатуру, полученнуюсплавлением электрошлаковым способом отходов титана с серийными ферросплавами,с использованием эффекта рафинирования активными шлаками.

1. Исследование структуры и свойств наплавленного металла

Для исследования влияния состава ферротитана на свойстванаплавленного металла были изготовлены три партии электродов УОНИ 13/55 сразличными по составу и способу производства ферросплавами:

партия А – по рецептуре с использованием алюминотермическогоферротитана ФТи30А и ферросплавов промышленного производства.

партия Б – по рецептуре А с заменой ферротитанаалюминотермического способа производства ФТи35А на ферротитан электрошлаковойвыплавки ФТШ45.

партия В – по рецептуре А с заменой всех ферросплавовпромышленного производства на 12% опытного комплексно-легированного ферротитанаК-2.

Пассивирование сплава К-2 производили в муфельной печи при температуре350°

С в течение 30 мин. Исследование технологического процесса приготовленияобмазочной массы и нанесения ее методом опрессовки для всех трех партий электродов,а также процесса возбуждения и горения дуги показало, что каких либо различий втехнологичности при изготовлении и наплавке металла между электродами партий А,Б и В не наблюдается [10].1.1 Исследование химического состава наплавленного металла

Химический состав металла, наплавленного электродами с покрытиями,содержащими ферротитан разного способа производства, имеет некоторые различия[9] (табл. 1.1, 1.2.).

Таблица 1.1 – Химический состав наплавленного металла

Партия электродов

Массовая доля элементов, %

0,09

0,05

1,0

0,020

0,10

0,030

0,80

0,020

0,022

0,09

0,035

1,0

0,014

0,016

Паспортный состав

0,08-0,11

0,2-0,5

0,6-1,2

£

0,022

£

0,024

Как видноиз приведенной таблицы, химический состав металла, наплавленного электродамивсех исследованных в работе партий, соответствует требованиям паспортаэлектродов УОНИ 13/55. Более низкое содержание Si и Mn в металле, наплавленномэлектродами партии Б и В получено в результате большего вовлечения этихэлементов в реакции раскисления металлической ванны, при меньших содержаниях Аlв покрытии электродов партии Б и В (0,14%) в сравнении с покрытием А (0,96%).Более высокая концентрация Si, Mn и Тi в металле партии В в сравнении с Бсвидетельствует о меньших потерях этих элементов на поверхностное окисление впроцессе изготовления электродов при использовании сплава К-2. В металле,наплавленном электродами партии В, содержится наименьшее количество примесей Sи P, что является следствием применения комплексно-легированного ферротитанаК-2, при получении которого методом ЭШВ использовались отходы титана,содержащие малое количество этих примесей, а промышленные ферросплавы ФМн1 и ФС45 были рафинированы по S и P высокоосновным флюсом в процессе выплавки.

При этом, в наплавленном металле снижается не толькоколичество S и P, газов (О и N), а также и примесей цветных металлов [8](табл.1.2).

Таблица 1.2 – Содержание газов и примесей цветных металлов внаплавленном металле

Партия

электродов

Массовая доля элементов, %

0,050

0,0073

0,011

0,1

0,01

0,046

0,0062

0,018

0,08

0,005

0,040

0,0065

0,020

0.08

0,005

Припроизводстве ферротитана и комплексно-легированного ферротитана методом ЭШВиспользуются отходы Тi в виде листовой обрези, содержащие низкое количествогазов (О и N), С и примесей цветных металлов без использования вторичного А1,что полностью исключает возможность их внесения. Поэтому содержание примесей Cuи Sn в металле, наплавленном электродами партии Б и В ниже, чем электродами А.

Количествокислорода в металле, наплавленном электродами партии В, наиболее низкое. Этосвидетельствует о более полном раскислении металла шва при использовании впокрытии В комплексно-легированного ферротитана К-2.

1.2 Исследование неметаллических включений в металле шва

Использованиеферротитана ЭШВ в покрытии сварочных электродов позволило снизить внаплавленном металле содержание газов, примесей и неметаллических включений.

Результаты оценки загрязненности неметаллическимивключениями металла, наплавленного опытными электродами приведены втабл. 1.3.

Таблица 1.3 – Содержание оксидных включений в наплавленном металле

Массовая доля оксидных включений, %

Партия

Общее

Удельная доля в общем количестве, %

электродов

Количество

Al2O3

SiO2

Сложные оксиды (Si-Ti-Mn-Fe)·O

0,052

44,5

35,5

20,0

0,043

28,8

20,5

51,5

0,030

20,5

16,0

63,5

Проволока Св.-08,

Св-08Г2С [2]

0,005-0,015

59,11

33,14

7,75

Как видно из приведенных в таблицеданных, в наплавленном металле электродов партии Б и В существенно сниженообщее количество неметаллических включений. В металле, наплавленном электродамиВ, содержащем только один ферросплав в виде комплексно-легированногоферротитана, полученного методом ЭШВ, общее количество неметаллическихвключений снижено более чем на 40% в сравнении с металлом электродов А, прииспользовании алюминотермического ферротитана и раздельным введением в покрытиедругих раскислителей – ферромарганца иферросилиция. При этом, количество тугоплавких включений с Al2O3более чем в два меньше, чем в металле, наплавленном электродами А. Втаких же пределах уменьшено содержание стекловидных силикатов. В металле партииБ и В отсутствуют крупные экзогенные частицы тиалита и перовскита,характерных для ферротитана алюмотермического способа производства. Приснижении общего количества включений несколько возрастает удельная долясиликатов сложного состава с гетерогенной микроструктурой. Преимущественноеформирование силикатов сложного состава и меньшее содержание кислорода вметалле, наплавленном электродами В, при равном исходном количествераскислителей в покрытии этих электродов, свидетельствует о более полном иинтенсивном процессе удаления продуктов реакции раскисления при использованиикомплексно-легированного ферротитана [5].

1.3 Механические свойства наплавленного металла

Результаты исследования механических свойств металла,наплавленного опытными электродами, представлены в табл. 1.4.

Таблица 1.4 – Механические свойства металла сварного шва,наплавленного опытными электродами

Значения механических свойств по ГОСТ 6996 -75

Партия

электродов

Временное сопротивление разрыву s

В, МПа

Предел текучести

s

Т, МПа

Относительное удлинение

d

, %

Ударная вязкость KCU,Дж/см2

505-545

400-420

23-27

155-205

520-560

400-440

26-28

175-220

540-565

420-450

27-30

210-240

Типичные значения для УОНИ 13/55 [5]

510-570

390-440

24-28

156-245

Паспортные данные УОНИ13/55

³

490

³

390

³

³

160

Требования ГОСТ 9467-75 к типу электродов Э50А

³

490

—

³

³

130

Механические свойства и химический состав наплавленногометалла всех партий электродов соответствует требованиям ГОСТ 9467-75. Приэтом, пластичность металла наплавленными электродами партий Б и В выше чем А.Использование в покрытии электродов более чистого по примесям и неметалличскимвключениям ферротитана электрошлаковой выплавки ФТШ 45 позволило повыситьна 7% средние значения относительного удлинения и на 9% ударной вязкости всравнении с электродами партии А. При замене всех ферросплавов покрытияэлектродов на комплексно-легированный ферротитан электрошлаковой выплавки К-2средние значения относительного удлинения увеличены на 12%, а ударной вязкостина 18% в сравнении с электродами партии А, и на 8 и 9% соответственно длясредних типичных значений электродов УОНИ 13/55. Таким образом проявилось болеенизкое содержанием газов, S и P, а также примесей цветных металлов внаплавленном металле электродами В, по сравнению с А и электродамипромышленного изготовления с использованием ферротитана алюминотермическогоспособа производства. Присутствие в металле, наплавленном электродами партии А,значительного количества тугоплавких включений неблагоприятной формы исиликатных стекол вызывает снижение ударной вязкости металла по сравнению сметаллом электродов Б и В. Это связано с тем, что тугоплавкие оксиды Alугловатой, неправильной формы выполняют роль больших концентраторов напряженийпо сравнению с округлыми (глобулярными) включениями силикатов в металле,наплавленном электродами Б и В [9,10].

заключение

1.

2.

3.

20%.

Таким образом, для повышения чистоты наплавленного металлапо неметаллическим включениям, улучшения пластических свойств наплавленногометалла целесообразно использовать в составе обмазки сварочных электродовосновного типа комплексных титан содержащих лигатур-раскислителей, полученныхметодом электрошлаковой выплавки.

перечень ссылок

1.

ЗакеИ.А. Сварка разнородных сталей: Справочное пособие. — Л.: Машиностроение,1973.-208с.

2.

БогачевскийА.А. Повышение качества металла шва путем введения в покрытие синтетическоговолластанина и цериевой лигатуры. // Сварочное производство. — 1993. — №4. — с.8.

3.

Справочникпо сварке / под ред. Е.В. Соколова. Т.1. — М.: Машиностроение, 1962. — 657с.

4.

ПоходняИ.К. Газы в сварных швах. — М.: Машиностроение, 1973.-256с.

5.

КабацкийВ.И., Приволов Н.Т., Макаренко В.Д. Особенности влияния комплексных лигатур насодержание газов в наплавленном металле при сварке электродами с основнымпокрытием // Сварочное производство. — 1986. — №12. — С. 4-5.

6.

ЛуневВ.В., Шульте Ю.А. Применение комплексных лигатур с РЗМ и ЩЗМ для улучшениясвойств литых и деформированных сталей. // Влияние комплексного раскислителя насвойства сталей. — М.: Металлургия, 1982. — с.32-50.

7.

Степанова В.В.Повышение качества марганцовистых и хромомарганцовистых сталей для отливок ипоковок. Дис. на соиск. Ученой степени КТН. — Запорожье ЗГТУ. — 1996.

8.

9.

10.

еще рефераты

Еще работы по металлургии

Реферат по металлургии

Производство чугуна. Материалы для плавки и процессы в доменной печи

29 Августа 2013

Реферат по металлургии

Доменный процесс

29 Августа 2013

Реферат по металлургии

Способы предварительной подготовки топлива и исходных материалов, применяемых в доменном производстве для получение чугуна

29 Августа 2013

Реферат по металлургии

Литье в разовые песчано-глинистые формы

29 Августа 2013