Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

исследуемого металла и получают на нем плоскую и блестящую поверхность.

Очень важно (особенно для литых материалов) правильно выбрать место, из

которого надо вырезать образец. Если отливка имеет различную толщину

стенки, то вырезать образцы нужно из тонко- и толстостенной ее частей.

Метод вырезания значения не имеет. Важно только, чтобы в процессе вырезания

не изменять структуру металла.

Вырезанные образцы собирают в струбцине по несколько штук в зависимости

от их размера, при этом между образцами помещают прокладки из латуни, что

предотвращает перенос одного материала на другой. Иногда образцы заливают в

обечайке пластмассой или легкоплавким сплавом. Это обеспечивает получение

плоской поверхности шлифа при его обработке.

Шлифование поверхности образца проводят на бумажной шкурке,

последовательно переходя от одной шкурки к другой с непрерывно

уменьшающимися размерами абразивных частиц. Переход к обработке на

следующей шкурке производят только после исчезновения рисок от предыдущей

шкурки.

Полированием получают окончательную зеркальную поверхность шлифа. Чаще

всего используют механическое полирование, когда на сукно наносят мелкие

частицы абразивных материалов - оксиды алюминия, железа или хрома в виде

водной суспензии. После полирования микрошлиф промывают водой, затем

спиртом и просушивают фильтровальной бумагой.

4 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ

Вначале обычно изучают структуру нетравленного микрошлифа, т.е.

непосредственно после полирования. Под микроскопом такой шлиф имеет вид

светлого круга, на котором часто можно заметить темные участки (серые или

черные). Это неметаллические включения - оксиды, сульфиды, нитриды,

силикаты, графит. Вследствие хрупкости неметаллические включения могут

выкрашиваться при шлифовании, и тогда на поверхности шлифа остаются

углубления, которые могут быть заполнены абразивными частицами. В любом

случае эти углубления имеют темный цвет.

В серых чугунах на нетравленых шлифах наблюдают включения (серые или

темные) графита. Оценку количества графитовых включений и характера их

распределения производят также по типовой шкале, установленной ГОСТ 3443-

77.

При изучении нетравленного микрошлифа литого материала часто

обнаруживается микропористость.

После просмотра нетравленого шлифа для более полного изучения структуры

сплава шлиф травят. Травление осуществляют несколькими способами, но чаще

всего методом избирательного растворения фаз. Этот метод основан на

различии физико-химических свойств отдельных фаз и пограничных участков

зерен. В результате различной интенсивности растворения создается рельеф

поверхности шлифа.

Если освещать шлиф падающим светом, то из-за присутствия косых лучей

образуются теневые картины, по которым можно судить о структуре сплава.

Этот метод позволяет установить структуру многофазных сплавов, а также

границы зерен в однофазных сплавах.

Для травления микрошлиф полированной стороной погружают в раствор на

некоторое время (до появления матовой поверхности), затем промывают водой и

спиртом и высушивают. Составы растворов для травления микрошлифов весьма

разнообразны и зависят от материала и цели исследования. Чаще всего для

исследования микроструктуры железоуглеродистых сплавов используют 2...4 %-

ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте.

5 КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ

Методы количественной металлографии необходимы для определения

характеристики многих важных особенностей структуры: величины

неметаллических включений или отдельных фаз, присутствующих в сплаве,

количества включений разных фаз сплава, величины зерна. Величина зерна

выявляется чаще всего после травления микрошлифов. Для определения размера

зерна сравнивают микроструктуру при увеличении в 100 раз со стандартными

шкалами [32].

Основной недостаток методики стандартных шкал - оценка условными

баллами и обусловленный этим ступенчатый, скачкообразный характер шкал. Для

получения более точных и надежных результатов те же параметры могут быть

оценены не визуально, а непосредственно измерены или подсчитаны под

микроскопом или на микрофотографии.

С этой целью используют методы стереометрической металлографии. В

частности, для определения фазового и структурного объемного состава сплава

используется линейный метод Розиваля. Этот метод основывается на принципе

Кавельери-Ноера, согласно которому измерение объемов тел можно заменить не

только измерением площадей, но и длин отрезков. Сущность линейного метода

заключается в том, что видимая в микроскоп структура, состоящая из любого

количества фаз или структурных составляющих, пересекается прямой линией.

Контуры сечений отдельных фаз или структурных составляющих рассекут эти

линии на отдельные отрезки.

Если раздельно просуммировать длины отрезков, попавших на каждую из фаз

или структурных составляющих сплава, и разделить суммы на общую длину

секущих линий, то полученные частные, согласно принципу Кавальери-Акера,

будут равны долям объема сплава, которые занимает каждая из этих фаз или

структурных составляющих.

8 ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

Для испытания образцов на герметичность необходимо стремиться к

сокращению времени, затрачиваемого на проведение опытов. Для этого

испытания целесообразно проводить при условиях, которые позволяют

обеспечить быстрое просачивание (10-15 минут) жидкости через образец.

Рис.8-1. Стандартная проба

Очевидно, чем меньше будет толщина стенки образца, тем быстрее через

него будет проникать жидкость. Следовательно, образец должен иметь

минимальную толщину. Но, с другой стороны, чем больше будет толщина стенки

образца, тем вернее будут показания герметичности. Таким образом,

необходимо провести ряд опытов с целью определения оптимальной толщины

стенки образца и установить зависимость ее от давления, при котором должно

происходить просачивание жидкости в сравнительно небольшой промежуток

времени. Для этой цели отлиты три стандартные пробы с размерами: диаметр -

30 мм, длина - 340 мм (рис.8-1) из чугунного лома следующего химического

состава:

С - 3.47 (;

Si - 1.18 (;

Mn - 0.54 (;

S - 0.083 (;

Р - 0.185 (.

Механические свойства: НВ = 220,

(изг = 33.5 кг/мм2,

fпр = 3.8 мм.

Из каждой пробы были выточены образцы с толщиной рабочей части

соответственно 0.5 ; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0 мм. Эти образцы подвергались

испытанию на герметичность по описанной методике.

С целью исключения случайных ошибок испытания образцов на герметичность

проводились дважды. При всех испытаниях проводился замер и фиксировалось

время, при которых происходило просачивание керосина (( = 1,18 (Е) по всей

контрольной поверхности образца. Опытами было установлено, что самое

минимальное количество просочившейся жидкости, которая наблюдается на

поверхности образца, составляет W ( 0.002 мл. Это количество жидкости в

дальнейшем использовалось для расчета герметичности чугуна.

Результаты испытаний герметичности чугунных образцов сведены в таблицу

8-1. Время просачивания керосина на контрольной поверхности образца

определялось с момента воздействия на него критического давления.

Таблица 8-1

| | |,Р,кг/см|жидкости,W|, см2 |мин. | |2 |

| | |2 |,см3 | | | | |

|1 |0.05 |15 |0.02 |1.5 |2 |18 |7200 |

|2 |0.05 |20 |0.02 |1.5 |2 |24 |9600 |

|3 |0.08 |25 |0.02 |1.5 |3 |48 |7500 |

|4 |0.1 |50 |0.02 |1.5 |2 |66 |6600 |

|5 |0.15 |70 |0.02 |1.5 |5 |160 |7100 |

|6 |0.15 |50 |0.02 |1.5 |7 |220 |9600 |

|7 |0.20 |100 |0.02 |1.5 |8 |520 |12600 |

|8 |0.20 |150 |0.02 |1.5 |5 |470 |10200 |

|9 |0.25 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|10|0.25 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|11|0.30 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|12|0.30 |400 |Просачивание не наблюдалось |

[pic]

Рис.8-2

На рис.8-2 представлена кривая герметичности чугунных образцов в

зависимости от их толщины, построенная по данным таблицы 8-1.

В таблице 8-2 приведены результаты повторных испытаний чугунных

образцов на герметичность в зависимости от их толщины.

Таблица 8-2

| | |Р,кг/см2 |жидкости,|и, см2 |, мин.| |Г/см2 |

| | | |W,см3 | | | | |

|1 |0.06 |20 |0.02 |1.5 |2 |25 |7000 |

|2 |0.06 |15 |0.02 |1.5 |2 |19 |5200 |

|3 |0.1 |18 |0.02 |1.5 |1 |12 |1200 |

|4 |0.12 |30 |0.02 |1.5 |2 |38 |2700 |

|5 |0.12 |50 |0.02 |1.5 |2 |64 |4700 |

|6 |0.12 |50 |0.02 |1.5 |2 |64 |4700 |

|7 |0.16 |250 |0.02 |1.5 |1 |156 |6100 |

|8 |0.2 |150 |0.02 |1.5 |4 |390 |9900 |

|9 |0.25 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|10|0.3 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|11|0.3 |400 |Просачивание не наблюдалось |

|12|0.3 |400 |Просачивание не наблюдалось |

[pic]

Рис.8-3

На рис.8-3 представлена кривая герметичности чугуна в зависимости от

толщины стенки образца, построенная по данным таблицы 8-2.

Анализ экспериментальных данных, приведенных в таблицах 8-1 и 8-2,

показывает, что герметичность чугунных образцов очень быстро возрастает с

увеличением их величины.

Кривые на рисунках 8-2 и 8-3 построены по данным таблиц 8-1 и 8-2,

имеют вид квадратичной параболы. Это дает основание полагать, что

герметичность чугуна G является функцией от толщины стенки испытуемых

образцов в квадрате, т.е.

G = f((2).

(8-1)

Достоверность этого предположения также подтверждается удельной

герметичностью, которая была определена для исследуемых чугунов.

Расчетные данные удельной герметичности являются величиной почти одного

порядка. Это обстоятельство показывает, что удельная герметичность для

одной и той же марки чугуна должна, повидимому, являться величиной

постоянной, независящей от толщины стенки отливки.

В результате эксперимента установлено что, оптимальные размеры рабочей

части образца при испытании его на герметичность следует считать: толщина

стенки ( = 2 мм; диаметр рабочей части d = 1.4 см; площадь рабочей части w

= 1.5 см2.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

ЧУГУНА

Экспериментальные 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 таблице 8-3:

Таблица 8-3

| | | |% |

|1 |100 |0.5 |0.0 |

|2 |100 |0.5 |0.05 |

|3 |100 |0.5 |0.1 |

|4 |100 |0.5 |0.2 |

|5 |100 |0.5 |0.4 |

|6 |100 |0.5 |0.6 |

|7 |100 |0.5 |0.8 |

|8 |100 |0.5 |1.0 |

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.8-4 [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].

[pic]

Рис.8-4. 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 8-4

|№ |Химический состав, % |

| |Sb |C |Si |Mn |S |P |

|1 |0.0 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|2 |0.05 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|3 |0.1 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|4 |0.2 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|5 |0.4 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|6 |0.6 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|7 |0.8 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

|8 |1.0 |3.47 |1.18 |0.61 |0.083 |0.185 |

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 таблице

8-4.

1 МАКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА

Присадка сурьмы существенно изменяет характер излома чугуна. На

фотографии (рис.8-5) представлен внешний вид изломов исходного чугуна.

Данные образцы получены в результате опытных плавок.

Рис.8-5. 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 (рис.8-5).

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).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

МЕНЮ

Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

ИНТЕРЕСНОЕ