Улучшение якісних характеристик металу шва рахунок підвищення чистоти шихты

Міністерство освіти і науки Украины.

Запорізький національний технічний университет.

Кафедра ОТСП.

ЗВІТ ПО НАУКОВО-ДОСЛІДНОЇ РОБОТІ СТУДЕНТОВ.

Поліпшення якісних характеристик металу шва рахунок підвищення чистоти шихтовых материалов Выполнил: ст. грн. ИФ-329 П. Ю. Горбань Керівник: проф. В. С. Попов Прийняв: доц. В. А. Гук.

Зміст 2.

Запровадження 3.

1. Дослідження структури та властивостей наплавленного металу 4.

1.1 Дослідження хімічного складу наплавленного металу 4.

1.2 Дослідження неметалічних включень в металі шва 6.

1.3 Механічні властивості наплавленного металу 6.

Укладання 8.

Перелік посилань 9.

За сучасних умов виробництва машин, агрегатів і металоконструкцій різного призначення зварювання, як засіб отримання неразъемных сполук, залишається провідним технологічним процессом.

Експлуатаційна надійність зварних швів і стабільність їх физикомеханічних властивостей залежить від якості й постійності складу вихідного сировини, використовуваного виготовлення електродів. Для отримання високих властивостей наплавленного металу промисловістю випускається зварювальна дріт з досить низьким змістом газів, сірки, фосфору та інших шкідливих домішок. По спеціальному замовлення виготовляють дріт зі сталі, виплавленої в вакуумно-индукционных печах, підданою электрошлаковому чи вакуумно-дуговому переплаву [1].

Одержання металу шва з мінімально можливим змістом кисню і оксидних включень досягається шляхом одночасного розкиснення металу алюмінієм, титаном, кремнієм і марганцем, вводимыми в покриття як феросплавів [2]. Проте зміст кисню і оксидних включень у своїй ще досить високою [3]. Для зниження змісту кисню в металі шва і з впливу на процес зародження включень, їх форму, дисперсність і склад, зазвичай використовуються сильні раскислители 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 роздрібнення, змішування і пассивирования компонентів супроводжується великими збитками цих елементів на окислювання [7].

У багатьох галузях промисловості під час виготовлення відповідальних деталей з низьколегованих сталей застосовуються електроди із головною покриттям типу УОНИ-13. Зварювальні електроди з фтористо-кальциевым покриттям мають суттєві переваги перед іншими під час зварювання конструкцій відповідального призначення [1]. Електроди типу УОНИ-13 характеризуються більш низьким змістом газів у наплавленном металі проти електродами інших напрямів, мала окислювальна здатність покриттів забезпечує більш повне переведення легуючих елементів на метал зварювального шва.

У наплавленном металі простежується приріст домішок кольорових металів, сірки і фосфору, порівняно вмістом у дроті, з допомогою переходу їх із обмазки електрода. Це пов’язано з тим, що деякі феросплавах, використовуваних як складових покриття, зміст сірки і фосфору в 1.5(5.0 разів більше, ніж у зварювальної дроті [8]. Частка таких компонентів в покриттях електродів зазвичай становить 15(30%. У роботі [9] встановлено, що з наплавленні електродами фтористо-кальциевого типу в шлак переходить фосфору 0.001(0.002%, сірки 0.0013(0.004% по відношення до масі розплавленого стрижня. Отже, гарантовано низька змісту сірки і фосфору в металі зварного шва можливе лише за рахунок зниження концентрації цих домішок в компонентах покриття електродів. До складу электродных покриттів фтористо-кальциевого типу переважно входить ферротитан, феромарганець і феросиліцій. Причому найбільшу частку їх займає ферротитан до 15%. Тому газонасыщенность ферротитана і у якому таких домішок як сірка, фосфор і кольорові метали істотно впливають на властивості металу зварних швів [2]. Заради покращання властивостей зварних швів необхідно залучити до зварювальних электородах ферротитан високої якості з низьким змістом газів і домішок кольорових металів. Отже, актуальним матеріалознавства і зварювання є розробка матеріалів і технологій, дозволяють поліпшити структуру й властивості наплавленного металу з допомогою поліпшення якості зварювальних электродов.

У зв’язку з вище викладеним підвищення структури та властивостей наплавленного металу, запропоновано, під час виготовлення електродів типу УОНИ-13 використовувати комплексну лігатуру, отриману сплавлением электрошлаковым способом відходів титану з серійними феросплавами, з допомогою ефекту рафінування активними шлаками.

1. Дослідження структури та властивостей наплавленного металла.

Для дослідження впливу складу ферротитана на властивості наплавленного металу виготовлено три партії електродів УОНИ 13/55 з різними по складу і способу виробництва феросплавами: партія, А — з рецептури з допомогою алюминотермического ферротитана ФТи30А і феросплавів промислового виробництва. партія Б — з рецептури, А заміною ферротитана алюминотермического способу виробництва ФТи35А на ферротитан электрошлаковой виплавки ФТШ45. партія У — з рецептури, А заміною всіх феросплавів промислового виробництва на 12% досвідченого комплексно-легированного ферротитана К-2.

Пассивирование сплаву К-2 виробляли в муфельній печі за нормальної температури 350(З за тридцяти хв. Дослідження технологічного процесу приготування обмазочной є і нанесення її методом опресовування всім трьох партій електродів, і навіть процесу порушення та горіння дуги показало, що жодних відмінностей у технологічності під час виготовлення і наплавленні металу між електродами партій А, Б і Не спостерігається (10(.

1.1 Дослідження хімічного складу наплавленного металла.

Щодо хімічного складу металу, наплавленного електродами з покриттями, що містять ферротитан різного способу виробництва, має й певні відмінності [9] (табл. 1.1, 1.2.).

Таблиця 1.1 — Щодо хімічного складу наплавленного металла.

|Партия електродів |Масова частка елементів, % | | |З |Si |Mn |P.S |P | |А |0,09 |0,05 |1,0 |0,020 |0,020 | |Б |0,10 |0,030 |0,80 |0,020 |0,022 | |У |0,09 |0,035 |1,0 |0,014 |0,016 | |Паспортний склад |0,08−0,1|0,2−0,5|0,6−1,|(0,022 |(0,024| | |1 | |2 | | |.

Як очевидно з наведеної таблиці, хімічний склад металу, наплавленного електродами всіх досліджених у роботі партій, відповідає вимогам паспорти електродів УОНИ 13/55. Більше низький вміст Si і Mn в металі, наплавленном електродами партії Б і У отримано внаслідок більшого залучення цих елементів у реакції розкиснення металевої ванни, з меншими утриманнях Аl в покритті електродів партії Б і У (0,14%) тоді як покриттям, А (0,96%). Вища концентрація Si, Mn і Тi в металі партії У тоді як Б свідчить про менших втрати цих елементів на поверхове окислювання у процесі виготовлення електродів під час використання сплаву К-2. У металі, наплавленном електродами партії У, міститься найменше домішок P. S і P, що є наслідком застосування комплексно-легированного ферротитана К-2, і при отриманні якого методом ЭШВ використовувалися відходи титану, містять невелика кількість цих домішок, а промислові феросплави ФМн1 і ФС 45 були рафинированы по P. S і P высокоосновным флюсом у процесі выплавки.

У цьому, в наплавленном металі знижується як кількість P. S і P, газів (Про і N), в тому числі домішок кольорових металів [8] (табл.1.2).

Таблиця 1.2 — Зміст газів і домішок кольорових металів в наплавленном металле.

|Партия |Масова частка елементів, % | |електродів | | | |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 | |У |0,040 |0,0065 |0,020 |0.08 |0,005 |.

За виробництва ферротитана і комплексно-легированного ферротитана методом ЭШВ використовуються відходи Тi як листовий обрези, містять низька кількість газів (Про і N), З повагою та домішок кольорових металів без використання вторинного А1, що виключає можливість їх внесення. Тому зміст домішок Cu і Sn в металі, наплавленном електродами партії Б і У нижче, ніж електродами А.

Кількість кисню в металі, наплавленном електродами партії У, найбільш низька. Це свідчить про повнішому раскислении металу шва під час використання в покритті У комплексно-легированного ферротитана К-2.

1.2 Дослідження неметалевих включень в металі шва.

Використання ферротитана ЭШВ в покритті зварювальних електродів дозволило знизити в наплавленном металі зміст газів, домішок і неметалевих включений.

Результати оцінки забруднення неметаллическими включеннями металу, наплавленного досвідченими електродами наведені у табл. 1.3.

Таблиця 1.3 — Зміст оксидних включень в наплавленном металле.

| |Масова частка оксидних включень, % | |Партія | Загальне |Питома частка у загальній кількості, % | |електродів |Кількість |Al2O3 |SiO2 |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 | |У |0,030 |20,5 |16,0 |63,5 | |Дріт Св.-08, |0,005−0,015 |59,11 |33,14 |7,75 | |Св-08Г2С [2] | | | | |.

Як очевидно з які у таблиці цих, в наплавленном металі електродів партії Б і У істотно снижено загальна кількість неметалевих включень. У металі, наплавленном електродами У, що містить лише одне феросплав як комплексно-легированного ферротитана, отриманого методом ЭШВ, загальна кількість неметалічних включень снижено понад 40% тоді як металом електродів При використанні алюминотермического ферротитана і роздільним введенням у покриття інших розкислювачів — феромарганцю і феросиліцію. У цьому, кількість тугоплавких включень з Al2O3 більш ніж два менше, ніж у металі, наплавленном електродами А. У цих самих межах зменшено зміст стекловидных силікатів. У металі партії Б і У відсутні великі екзогенні частки тиалита і перовскита, притаманних ферротитана алюмотермического способу виробництва. При зниженні загального кількості включень кілька зростає питома частка силікатів складного складу з гетерогенної микроструктурой. Переважна формування силікатів складного складу і менше зміст кисню в металі, наплавленном електродами У, при рівному вихідному кількості розкислювачів в покритті цих електродів, свідчить про повнішому і інтенсивному процесі видалення продуктів реакції розкиснення під час використання комплексно-легированного ферротитана [5].

1.3 Механічні властивості наплавленного металла.

Результати дослідження механічних властивостей металу, наплавленного досвідченими електродами, представлені у табл. 1.4.

Таблиця 1.4 — Механічні властивості металу зварного шва, наплавленного досвідченими электродами.

| |Значення механічних властивостей по ГОСТ 6996– —75 | |Партія |Тимчасовий |Межа |Относительное|Ударная | | |опір |плинності |подовження |в'язкість | |електродів |розриву (У, МПа|(Т, МПа |(, % |KCU, Дж/см2 | |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 |510−570 |390−440 |24−28 |156−245 | |для УОНИ 13/55 [5]| | | | | |Паспортні дані |(490 |(390 |(20 |(160 | |УОНИ13/55 | | | | | |Вимоги |(490 |— |(20 |(130 | |ГОСТ 9467−75 до | | | | | |типу електродів | | | | | |Э50А | | | | |.

Механічні властивості і хімічний склад наплавленного металу всіх партій електродів відповідає вимогам ГОСТ 9467–75. У цьому, пластичність металу наплавленными електродами партій Б і У вища, аніж А. Використання в покритті електродів більш чистого по домішкам і неметалличским включениям ферротитана электрошлаковой виплавки ФТШ 45 дозволило на майже 7% середні значення відносного подовження і 9% ударної в’язкості тоді як електродами партії А. При заміні всіх феросплавів покриття електродів на комплексно-легированный ферротитан электрошлаковой виплавки К-2 середні значення відносного подовження збільшено на 12%, а ударної в’язкості на 18% тоді як електродами партії Проте й на 8 і 9-те% відповідно для середніх типових значень електродів УОНИ 13/55. Отже проявилося нижча змістом газів, P. S і P, і навіть домішок кольорових металів в наплавленном металі електродами У, проти Проте й електродами промислового виготовлення з використанням ферротитана алюминотермического способу виробництва. Присутність у металі, наплавленном електродами партії А, значного кількості тугоплавких включень несприятливої форми і силікатних шибок викликає зниження ударної в’язкості металу проти металом електродів Б і У. Це з тим, що тугоплавкі оксиди Al незграбною, неправильної форми виконують роль великих концентраторів напруг по порівнянню з округлими (глобулярными) включеннями силікатів в металі, наплавленном електродами Б і У [9,10].

заключение

Применение у складі покриття електродів основного типу ферротитана электрошлаковой виплавки, і навіть комплексних Ti-Mn-Si — містять феросплавів, отриманих методом електрошлакового переплаву відходів титану, сталі та промислових феросплавів (феромарганцю і феросиліцію) дозволяє отримати наплавленный метал з вищими пластичними властивостями. Використання в покритті зварювальних електродів основного типу УОНИ13/55 ферротитана ЭШВ дозволяє знизити в наплавленном металі зміст оксидів алюмінію на 30−40%, за незначного зниження змісту домішок кольорових металів до 20%. Використання комплексно легованого ферротитана, отриманого методом ЭШВ у складі обмазки електродів УОНИ 13/55 забезпечує також велику ступінь розкиснення наплавленного металу з меншими втрати елементів розкислювачів. Зміст P. S і Р у своїй снижено на 30 і 20% відповідно. Масова частка включень в наплавленном металі як оксидів зменшено на 20%, за незначного зниження домішок кольорових металів Cu і Sn до 20%. Снижено понад 40% зміст мелкодисперсных включень корунду. Усе, це комплексі, дозволило ударну в’язкість на 15% і відносне подовження наплавленного металу на 20%.

Отже, підвищення чистоти наплавленного металу по неметаллическим включениям, поліпшення пластичних властивостей наплавленного металу доцільно залучити до складі обмазки зварювальних електродів основного типу комплексних титан містять лигатур-раскислителей, отриманих методом электрошлаковой выплавки.

перелік ссылок Заке І.А. Зварювання різнорідних сталей: Довідкове посібник. — Л.: Машинобудування, 1973.-208с. Богачевский А. А. Підвищення якості металу шва шляхом введення в покриття синтетичного волластанина і цериевой лигатуры. // Зварювальне виробництво. — 1993. — № 4. — с.8. Довідник із зварювання / під ред. Є.В. Соколова. Т.1. — М.: Машинобудування, 1962. — 657с. Походня И. К. Гази в зварних швах. — М.: Машинобудування, 1973.-256с. Кабацький В.І., Приволов Н. Т., Макаренка В. Д. Особливості впливу комплексних лігатур утримання газів у наплавленном металі під час зварювання електродами із головною покриттям // Зварювальне виробництво. — 1986. — № 12. — З. 4−5. Лунєв В.В., Шульте Ю. О. Застосування комплексних лігатур з РЗМ і ЩЗМ для поліпшення властивостей литих і деформованих сталей. // Вплив комплексного раскислителя на властивості сталей. — М.: Металургія, 1982. — с.32−50. Степанова В. В. Підвищення якості марганцовистых і хромомарганцовистых сталей для виливків і поковок. Діс. на соиск. Ученого ступеня КТН. — Запоріжжі ЗГТУ. — 1996. Гази і домішки в феросплавах / М. И. Гасик, В.С. Ігнатьєв, С. И. Хитрик. — М.: Металургія, 1970. — 152с. Букін А.А., Кохан С. В. Прогнозування змісту P. S і P в металі, наплавленном покритими електродами // Автоматична зварювання. — 1988. -№ 2. — с.27. Кабацький В.І., Приволов Н. Т., Макаренка В. Д. Особливості впливу комплексних лігатур утримання газів у наплавленном металі під час зварювання електродами із головною покриттям // Зварювальне виробництво. — 1986. — № 12. — З. 4−5.