Міністерство освіти і науки України
Запорізький національний технічний університет
Кафедра ОТЗВ
ЗВІТ ПО НАУКОВО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РОБОТІ СТУДЕНТІВ
Поліпшення якісних характеристик металу шва за рахунок підвищення чистоти шихтових матеріалів
Виконав:ст. гр. ІФ-329
П.Ю. Горбань
Керівник:проф.
В.С. Попов
Прийняв:доц.
В.А. Гук
2002
зміст
Зміст 2
Вступ 3
1. Дослідження структури і властивостей наплавленого металу 4
1.1 Дослідження хімічного складу наплавленого металу 4
1.2 Дослідження неметалічних включень у металі шва 6
1.3 Механічні властивості наплавленого металу 6
Висновок 8
Перелік посилань 9
Введення
У сучасних умовах виробництва машин, агрегатів іметалоконструкцій самого різного призначення зварювання, як метод отриманнянероз'ємних з'єднань, залишається провідним технологічним процесом.
Експлуатаційна надійність зварних швів і стабільність їх фізико -механічних властивостей залежать від якості та сталості складу вихідноїсировини, що використовується для виготовлення електродів. Для отримання високихвластивостей наплавленого металу промисловістю випускається зварювальнийдріт з досить низьким вмістом газів, сірки, фосфору та іншихшкідливих домішок. За спеціальним замовленням виготовляють дріт із сталі,виплавленої у вакуумно-індукційних печах, які піддаються електрошлаковогоабо вакуумно-дугового переплаву [1].
Одержання металу шва з мінімально можливим вмістом кисню іоксидних включень досягається шляхом одночасного розкислення металуалюмінієм, титаном, кремнієм і марганцем, вводяться в покриття у виглядіферосплавів [2]. Однак вміст кисню і оксидних включень при цьомузалишається ще досить високим [3]. Для зниження вмісту кисню вметалі шва і з метою впливу на процес зародження включень, їх форму,дисперсність і склад, зазвичай використовуються сильні розкислювачі імодифікатори - церій, цирконій, ітрій, барій, кальцій [3,4,5,6].
Застосування таких активних елементів в покритті зварювальних електродівускладнює технологічний процес підготовки шихти. Операції дроблення,змішування і пасивування компонентів супроводжується великою втратою цихелементів на окислення [7].
У багатьох галузях промисловості при виготовленні відповідальнихдеталей з низьколегованих сталей застосовуються електроди з основнимпокриттям типу УОНИ-13. Зварювальні електроди з фтористо-кальцієві покриттяммають істотні переваги перед усіма іншими при зварюванні конструкційвідповідального призначення [1]. Електроди типу УОНИ-13 характеризуються більшнизьким вмістом газів в наплавленого металу в порівнянні з електродамиінших видів, мала окислювальна здатність покриттів забезпечує більшповний перехід легуючих елементів у метал зварювального шва.
У наплавленого металу спостерігається і приріст домішок кольоровихметалів, сірки і фосфору, у порівнянні вмістом в дроті, за рахунокпереходу їх з обмазки електрода. Це обумовлено тим, що в деякихферосплавах, що використовуються як складових покриття, змістсірки і фосфору в 1.5 (5.0 разів більше, ніж у зварювального дроту [8]. Часткатаких компонентів у покриттях електродів зазвичай складає 15 (30%. Уроботі [9] встановлено, що при наплавленні електродами фтористо-кальцієвоготипу в шлак переходить фосфору 0.001 (0.002%, сірки 0.0013 (0.004% увідношенню до маси розплавленого стрижня. Отже, гарантованонизьке вмісту сірки і фосфору в металі зварного шва можливо лише зарахунок зниження концентрації цих домішок у компонентах покриття електродів.
До складу електродних покриттів фтористо-кальцієвого типу в основному входитьферотитан, феромарганець і феросиліцій. Причому найбільшу частку з нихферотитан займає до 15%. Тому газонасиченості Феротитан івміст у ньому таких домішок як сірка, фосфор і кольорові металиістотно впливають на властивості металу зварних швів [2]. Для поліпшеннявластивостей зварних швів необхідно використовувати у зварювальних електородахферотитан високої якості з низьким вмістом газів і домішок кольоровихметалів. Отже, актуальним завданням матеріалознавства та зварюванняє розробка матеріалів і технологій, що дозволяють поліпшити структуруі властивості наплавленого металу за рахунок поліпшення якості зварювальнихелектродів.
У зв'язку з вище викладеним для поліпшення структури і властивостейнаплавленого металу, запропоновано, при виготовленні електродів типу УОНИ-13використовувати комплексну лігатуру, отриману сплавом електрошлаковийспособом відходів титану з серійними феросплавами, з використанням ефектурафінування активними шлаками.
1. Дослідження структури і властивостей наплавленого металу
Для дослідження впливу складу Феротитан на властивості наплавленогометалу були виготовлені три партії електродів УОНИ 13/55 з різними поскладу і способу виробництва феросплавами: партія А - за рецептурою з використанням алюмінотермічнимФеротитан ФТі30А і феросплавів промислового виробництва. партія Б - за рецептурою А з заміною Феротитан алюмінотермічнимспособу виробництва ФТі35А на феротитан електрошлакової виплавки ФТШ45. партія В - по рецептурі А з заміною всіх феросплавів промисловоговиробництва на 12% досвідченого комплексно-легованого Феротитан К-2.
пасивування сплаву К-2 виробляли в муфельній печі при температурі
350 (С протягом 30 хв. Дослідження технологічного процесуприготування обмазувальної маси і нанесення її методом обпресування для всіхтрьох партій електродів, а також процесу збудження і горіння дугипоказало, що будь-яких відмінностей в технологічності при виготовленні танаплавленні металу між електродами партій А, Б і В не спостерігається (10 (.
1.1 Дослідження хімічного складу наплавленого металу
Хімічний склад металу, наплавленого електродами з покриттями,містять феротитан різного способу виробництва, має деяківідмінності [9] (табл. 1.1, 1.2 .).
Таблиця 1.1 - Хімічний склад наплавленого металу
| Партія електродів | Масова частка елементів,% |
| | З | Si | Mn | S | P |
| А | 0,09 | 0,05 | 1,0 | 0,020 | 0,020 |
| Б | 0,10 | 0,030 | 0,80 | 0,020 | 0,022 |
| В | 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 видно з наведеної таблиці, хімічний склад металу,наплавленого електродами всіх досліджених в роботі партій, відповідаєвимогам паспорта електродів УОНИ 13/55. Більш низький вміст Si і Mnв металі, наплавленого електродами партії Б і В отримано в результатібільшого залучення цих елементів у реакції розкислення металевоїванни, при меншим вмістом Аl в покритті електродів партії Б і В
(0,14%) у порівнянні з покриттям А (0,96%).Mn і Тi в металі партії В в порівнянні з Б свідчить про меншівтрати цих елементів на поверхневе окислення в процесі виготовленняелектродів при використанні сплаву К-2. У металі, наплавленогоелектродами партії В, міститься найменша кількість домішок S і P, щоє наслідком застосування комплексно-легованого Феротитан К-2,при отриманні якого методом ЕШВ використовувалися відходи титану, що містятьмала кількість цих домішок, а промислові феросплави ФМн1 і ФС 45були рафіновані по S і P високоосновним флюсом в процесі виплавки.
При цьому, в наплавленого металу знижується не тільки кількість S і P,газів (О і N), а також і домішок кольорових металів [8] (табл.1.2).
Таблиця 1.2 - Вміст газів і домішок кольорових металів унаплавленого металу
| Партія | 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 |
| В | 0,040 | 0,0065 | 0,020 | 0.08 | 0,005 |
При виробництві Феротитан і комплексно-легованого Феротитанметодом ЕШВ використовуються відходи Тi у вигляді листовий обріз, що містятьнизька кількість газів (О і N), С і домішок кольорових металів безвикористання вторинної А1, що повністю виключає можливість їхвнесення. Тому вміст домішок Cu і Sn в металі, наплавленогоелектродами партії Б і В нижче, ніж електродами А.
Кількість кисню в металі, наплавленого електродами партії В,найбільш низька. Це свідчить про більш повне розкислення металу швапри використанні в покритті У комплексно-легованого Феротитан К-2.
1.2 Дослідження неметалічних включень у металі шва
Використання Феротитан ЕШВ в покритті зварювальних електродів дозволилознизити в наплавленого металі вміст газів, домішок і неметалевихвключень.
Результати оцінки забрудненості неметалевими включеннями металу,наплавленого досвідченими електродами наведено в табл. 1.3.
Таблиця 1.3 - Вміст оксидних включень у наплавленого металу
| | Масова частка оксидних включень,% |
| Партія | Загальна | Питома частка в 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 |
| В | 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 видно з наведених у таблиці даних, в наплавленого металіелектродів партії Б і В істотно знижено загальна кількістьнеметалічних включень. У металі, наплавленого електродами В,що містить тільки один феросплав у вигляді комплексно-легованогоФеротитан, отриманого методом ЕШВ, загальна кількість неметалічнихвключень знижено більш ніж на 40% у порівнянні з металом електродів А, привикористанні алюмінотермічним Феротитан і роздільним введенням впокриття інших розкислювачі - феромарганцю і феросиліцію. При цьому,кількість тугоплавких включень з Al2O3 більш ніж у два менше, ніж уметалі, наплавленого електродами А. У таких же межах зменшенозміст склоподібних силікатів. У металі і партії Б У відсутнівеликі екзогенні частки тіаліта і перовскіту, характерних дляФеротитан алюмотерміческого способу виробництва. При зниженні загальногокількості включень трохи зростає питома частка силікатів складногоскладу з гетерогенної мікроструктурою. Переважне формуваннясилікатів складного складу та менший вміст кисню в металі,наплавленого електродами В, при рівному вихідному кількості розкислювачі впокритті цих електродів, свідчить про більш повне і інтенсивномупроцесі видалення продуктів реакції розкислення при використаннікомплексно-легованого Феротитан [5].
1.3 Механічні властивості наплавленого металу
Результати досліджень механічних властивостей металу, наплавленогодосвідченими електродами, представлені в табл. 1.4.
Таблиця 1.4 - Механічні властивості металу звареного шва, наплавленогодосвідченими електродами
| | Значення механічних властивостей за ГОСТ 6996 -75 |
| Партія | Тимчасове | Границя | Відносна | Ударная |
| | Опір | плинності | подовження | в'язкість |
| електродів | розриву (В, МПа | (Т, МПа | (,% | KCU, Дж/см2 |
| А | 505-545 | 400-420 | 23-27 | 155-205 |
| Б | 520-560 | 400-440 | 26-28 | 175-220 |
| В | 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 |
| УОНІ13/55 | | | | |
| Вимоги | (490 | - | (20 | (130 |
| ГОСТ 9467-75 до | | | | |
| типу електродів | | | | |
| Е50А | | | | |
Механічні властивості і хімічний склад наплавленого металу всіхпартій електродів відповідає вимогам ГОСТ 9467-75. При цьому,пластичність металу наплавлений електродами партій Б і В вище ніж А.
Використання в покритті електродів більш чистого по домішках інеметаллічскім включення Феротитан електрошлакової виплавки ФТШ 45дозволило підвищити на 7% середні значення відносного подовження і на 9%ударної в'язкості у порівнянні з електродами партії А. При заміні всіхферосплавів покриття електродів на комплексно-легований феротитанелектрошлакової виплавки К-2 середні значення відносного подовженнязбільшені на 12%, а ударної в'язкості на 18% у порівнянні з електродамиА партії, і на 8 і 9% відповідно для середніх типових значеньелектродів УОНИ 13/55. Таким чином виявилося більш низьке змістомгазів, S і P, а також домішок кольорових металів у наплавленого металіелектродами В, в порівнянні з А і електродами промислового виготовлення звикористанням Феротитан алюмінотермічним способу виробництва.
Присутність в металі, наплавленого електродами партії А, значногокількості тугоплавких включений несприятливою форми і силікатних стеколвикликає зниження ударної в'язкості металу в порівнянні з металомелектродів Б і В. Це пов'язано з тим, що тугоплавкі оксиди Al кутастої,неправильної форми виконують роль великих концентраторів напружень попорівняно з округлими (глобулярні) включеннями силікатів у металі,наплавленого електродами Б і В [9,10].
висновок
Застосування у складі покриття електродів основного типу Феротитанелектрошлакової виплавки, а також комплексних Ti-Mn-Si - що містятьферосплавів, отриманих методом електрошлакового переплаву відходів титану,сталі і промислових феросплавів (феромарганцю і феросиліцію) дозволяєотримати наплавлений метал з більш високими пластичними властивостями.
Використання в покритті зварювальних електродів основного типу УОНІ13/55Феротитан ЕШВ дозволяє знизити в наплавленого металі вміст оксидівалюмінію на 30-40%, при зниженні вмісту домішок кольорових металів до
20%.
Використання комплексно легованого Феротитан, отриманого методом ЕШВу складі обмазки електродів УОНИ 13/55 забезпечує також велику ступіньрозкислення наплавленого металу при менших втратах елементіврозкислювачі. Зміст S і Р при цьому знижено на 30 і 20%відповідно. Масова частка включень у наплавленого металу у виглядіоксидів зменшена на 20%, при зниженні домішок кольорових металів Cu і Sn до
20%. Знижено більш ніж на 40% вміст дрібнодисперсних включений корунду.
Все це в комплексі, дозволило підвищити ударну в'язкість на 15% івідносне подовження наплавленого металу на 20%.
Таким чином, для підвищення чистоти наплавленого металу занеметалічні включення, поліпшення пластичних властивостей наплавленогометалу доцільно використовувати в складі обмазки зварювальних електродівосновного типу комплексних титан містять лігатур-розкислювачі,отриманих методом електрошлакового виплавки.
перелік посилань
Заке І.А. Зварювання різнорідних сталей: Довідковий посібник. - Л.:
Машиностроение, 1973.-208с.
Богачевська А.А. Підвищення якості металу шва шляхом введення в покриттясинтетичного волластаніна і церіевой лігатури.// Зварювальне виробництво.
- 1993. - № 4. - С.8.
Довідник зі зварювання/под ред. Е.В. Соколова. Т.1. - М.: Машиностроение,
1962. - 657с.
Походня І.К. Гази в зварних швах. - М.: Машиностроение, 1973.-256с.
Кабацьких В.І., Привілля Н.Т., Макаренко В.Д. Особливості впливукомплексних лігатур на вміст газів в наплавленого металу при зварюванніелектродами з основним покриттям// Зварювальне виробництво. - 1986. - № 12.
- С. 4-5.
Луньов В.В., Шульте Ю.А. Застосування комплексних лігатур з РЗМ і ЩЗМ дляпокращення властивостей литих і деформованих сталей.// Вплив комплексногорозкислювача на властивості сталей. - М.: Металургія, 1982. - С.32-50.
Степанова В.В. Підвищення якості марганцовістих і хромомарганцовістихсталей для відливок та поковок. Дис. на соиск. Ученої ступеня КТН. -
Запоріжжя ЗДТУ. - 1996.
Гази і домішки в феросплавах/М.І. Гасик, В.С. Ігнатьєв, С. І. Хитрик. - М.
: Металургія, 1970. - 152с.
Букін А.А., Кохан С.В. Прогнозування змісту S і P в металі,наплавленого покритими електродами// Автоматическая сварка. - 1988. - № 2. --с.27.
Кабацьких В.І., Привілля Н.Т., Макаренко В.Д. Особливості впливукомплексних лігатур на вміст газів в наплавленого металу при зварюванніелектродами з основним покриттям// Зварювальне виробництво. - 1986. - № 12.
- С. 4-5.
