Рациональное использование природных ресурсов. Содержание 1анализ и тенденции развития литья теплоэнергетического оборудования 5
 Скачать 1.71 Mb.
|
8.2ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНАЭкспериментальные исследования с целью изучения химического состава и структуры чугуна на его герметические свойства состояли из опытных плавок, проведенных на лабораторной индукционной печи с емкостью тигля 50 кг. Опытные плавки отличались собой по химическому составу чугуна. Из каждой опытной плавки отливались образцы и технологические пробы для определения структуры, механических и герметических свойств чугуна. Состав шихты для опытных плавок приведен в Таблица ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ-3: Таблица ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ-3
Получение сурьмянистого чугуна осуществляется путем введения небольшого количества металлической сурьмы на дно ковша с жидким металлом. Сурьма применяется как присадка при производстве антифрикционных чугунов [25] и способствует образованию в чугунах более плотной перлитной структуры, что должно способствовать повышению герметичности отливок. Введение сурьмы в жидкий чугун протекает совершенно спокойно, без выброса металла, выделения газов, а так же не сопровождается световым и пиротехническим эффектом. Температура плавления сурьмы 630 °С, температура кипения 1635 °С [6]. Т.к. температура кипения превышает температуру выпуска чугуна из индукционной печи, то испарение ее при введении в жидкий чугун не имеет места. Сурьма очень хрупкий металл и легко истирается в порошок. При обычной температуре сурьма на воздухе не окисляется, а при нагревании ее выше точки кипения сгорает с выделением белого дыма, состоящего из окислов сурьмы. Сурьма является очень хорошим антикоррозионным материалом. Сурьма образует сплавы с большинством металлов, в том числе и с железом, образуя хрупкие соединения легко истирающиеся в порошок. Диаграмма состояния системы Fe - Sb приведена на Рис.ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ-4 [25]. Из приведенной диаграммы состояния системы видно, что сурьма и железо в жидком состоянии полностью растворяются друг в друге образуя 2 химических соединения FeSb2 и Fe3Sb2. Температура плавления первого химического соединения равна 732 °С, а второго 1014. Железо в твердой сурьме не растворяется, а сурьма в твердом железе имеет ограниченную растворимость, до 5 % по весу. Сурьма сильно увеличивает интервал затвердевания твердого раствора. Один процент сурьмы понижает температуру начала затвердевания железа на 10.5 °С, а конец затвердевания на 105 °С [25].  Рис.ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ-4. Структурная диаграмма состояния системы Fe-Sb Известно, что при введении сурьмы в чугун температура выделения первичного аустенита и затвердевания эвтектики понижается. Присадка сурьмы способствует стабилизации перлита и повышению твердости, сдвигает критическую точку S на диаграмме Fe - Sb влево [25]. Таблица ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ-4
Простота получения сурьмянистого чугуна дает возможность производить его в любом литейном цехе без установки какого-либо дополнительного оборудования и без усложнения технологии литых деталей. Для исследования структуры и свойств сурьмянистого чугуна, установления его оптимального химического состава, в литейной лаборатории были проведены опытные плавки, во время которых отливались образцы для механических испытаний, технологические пробы и опытные детали для производственных испытаний. Химический состав исследуемых чугунов опытных плавок приведен в Таблица ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ-4. 8.2.1МАКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНАПрисадка сурьмы существенно изменяет характер излома чугуна. На фотографии (Error: Reference source not found) представлен внешний вид изломов исходного чугуна. Данные образцы получены в результате опытных плавок. Рис.ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ-5. Внешний вид изломов серого и сурьмянистого чугунов Рис.8-6. Излом исходного серого чугуна Рис.8-7. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.05 % Рис.8-8. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.1 % Рис.8-9. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.2 % Рис.8-10. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.4 % Рис.8-11. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.6 % Рис.8-12. Излом чугуна с содержанием сурьмы 0.8 % Рис.8-13. Излом чугуна с содержанием сурьмы 1.0 % Плавка велась в индукционной печи с машинным генератором. Состав исходной шихты: Практически 100 % машинного чугунного лома (тормозные колодки ж.д. вагонов). Модифицирование производилось в ковше емкостью 50 кг измельченным 75 % ферросилицием, который вводился на дно ковша, совместно с металлической сурьмой. Массы модификаторов соответственно: 75 % FeSi - 250 г, Sb - 0¸1 % (от массы металла). Температура выпуска 1410¸1420 °С. Заливались стандартные образцы диаметром 30 мм из ковша емкостью 50 кг. Были отлиты образцы следующего химического состава (по 3 на каждый состав) приведенного в таблице 8.4. Описание макроструктуры исследуемых образцов (Error: Reference source not found). Образец 1 (рис.8-6). Исходный чугун. Излом темно-серый, рыхлый, рваный. В центре наблюдается увеличенная рыхлота к периферии образца макроструктура измельчается литейной корочки практически не видно, видимые раковины отсутствуют. Образец 2 (рис.8-7). При присадке сурьмы 0.05 % излом светлее чем у образца 1, зерно крупное но мельче чем у исходного металла, раковины отсутствуют, на периметре излом мелкозернистый прослеживается литейная корочка толщиной 0.5мм. Образец 3 (рис.8-8). На образце с присадкой Sb 0.1 % явных видимых изменений в макроструктуре нет. Излом более светлый и мелкозернистый по всему сечению, раковины отсутствуют. Поверхность излома менее рваная. Образец 4 (рис.8-9). При присадке Sb 0.2 % цвет излома более светлый и мелкозернистый. Макроструктура излома равномерная, рыхлоты отсутствуют. Образец 5 (рис.8-10). Содержание сурьмы 0.4 %. Излом более светлый по сравнению с предыдущими образцами и более мелкозернистый, просматриваются более светлые блестящие включения в центре, на периферии имеется песочная раковина. Образец 6 (рис.8-11). Содержание сурьмы 0.6 %. Излом по прежнему светло-серый и мелкозернистый по сравнению с предыдущими образцами. Рваностей на поверхности нет. Образец 7 (рис.8-12). Содержание сурьмы 0.8 %. Излом более мелкозернистый и светлее - мышиный цвет. На периферии имеется засор. Образец 8 (рис.8-13). Содержание сурьмы 1.0 %. Излом светло-серый очень мелкозернистый, зерно равномерно распределено по всему полю излома, на периферии находится тонкая отбеленная корка 0.1¸0.2 мм. 8.2.2МИКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНАОдновременно с резким изменением макроструктуры чугуна, присадка сурьмы оказывает значительное влияние и на его микроструктуру. введение незначительного количества сурьмы в чугун способствует измельчению перлита и образованию гнездообразного и точечного графита (рис. 8-14 ¸ 8-21). С увеличением сурьмы в чугуне уменьшается количество и размеры пластинчатого графита, а так же количество феррита. В чугунах с содержанием сурьмы 0.2 - 0.4 % уже полностью отсутствует свободный феррит и наряду с образовавшимся гнездообразным и точечным графитом присутствует и мелкий пластинчатый графит. При содержании сурьмы в чугуне 0.6 - 1.0 % доля пластинчатого графита еще более уменьшается, а гнездобразного увеличивается. Цементитные включения в сурьмянистых чугунах обнаруживаются обычно при содержании сурьмы более 1.0 %. Появление отдельных зерен цементита в структуре чугуна повышает его твердость. 8.2.3ВЛИЯНИЕ СУРЬМЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНАОписанные изменения структуры чугуна приводят к повышению его герметичности. Это происходит из-за появления перлитной структуры измельчения пластинчатого графита и образования точечного и гнездообразного графита, что исключает расклинивающее действие жидкости (из-за уменьшения количества концентраторов напряжения между кристаллами металлической матрицы). до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-14. Исходный серый чугун до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-15. Чугун с содержанием сурьмы 0.05 % до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-16. Чугун с содержанием сурьмы 0.1 % до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-17. Чугун с содержанием сурьмы 0.2 % до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-18. Чугун с содержанием сурьмы 0.4 % до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-19. Чугун с содержанием сурьмы 0.6 % до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-20. Чугун с содержанием сурьмы 0.8 % до травления (х120) после травления (х270) Рис.8-21. Чугун с содержанием сурьмы 1.0 % Опытами установлено, что при присадке сурьмы 0.1 % и более на образце толщиной d = 2 мм при давлении 150 атм просачивание жидкости не наблюдается. На образцах без сурьмы просачивание жидкости при таком давлении имеет место. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||