Классификация и производство отливок из хладостойкой стали. Отливки из магниевых сплавов


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]