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 [pic]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)
[pic]
До обработки Обработано
Микроструктура стали 40ХНМЛ (х400)
[pic] [pic]
До обработки Обработано
Неметаллические включения в стали 40ХНМЛ
[pic] [pic]
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 (Mg твердого раствора алюминия и цинка в магнии, фазы
((Mg17Al12), ((Mn, Al) и марганцевая фаза. Фаза ( 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 ((Mg) 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).
-----------------------
[pic]