Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация - Технология - Скачать бесплатно
|
|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
|№ |толщина |критическо|кол-во |площадь |время |герметично|удельная|
| |стенки,(,с|е |просочивш|рабочей |просач|сть, кЕГ |герметич|
| |м |давление, |ейся |поверхност|ивания| |ность,кЕ|
| | |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
|№ |Лом чугунный, % |Ферросилиций 75%, % |Присадка сурьмы,|
| | | |% |
|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).
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.
2 МИКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА
Одновременно 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.
3 ВЛИЯНИЕ СУРЬМЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА
Описанные 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 ( = 2 мм при давлении 150 атм просачивание жидкости не
наблюдается. На образцах без сурьмы просачивание жидкости при таком
давлении имеет место.
3 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА
Испытания механических свойств сурьмянистого чугуна производилось по
стандартным методикам (ГОСТ 24812-81). В таблице 8.5 приведены механические
свойства чугуна с присадкой сурьмы от 0.0 до 1.0 %. Образцы для испытаний
имеют химический состав представленный в таблице 8.4.
Таблица 8.5
|№ |Sb, % |Механические свойства |
| | |(изг, |(р, |(сж, |fпр, |HB |
| | |10-7( |10-7( |10-7( |10-3 м | |
| |
|
