Дефекты слитка

 

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова»

(ВФ ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени  М.Т. Калашникова»)

 

 

 

Кафедра «Технология машиностроения и приборостроения»

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

 

по дисциплине: « Материаловедение »

(специальность 151001)

Вариант №

Тема: «Дефекты слитка»

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. Б-03-721-1 (3,5) з                           Казиханов К.В.             

Проверил:                                                                              Святский В.М.

                                    

 

 

 

 

Воткинск, 2013

 

 

 

                                                 Содержание

 

1. Дефекты слитка                                                                                                       3

Заключение                                                                                                                  9       

Список литературы                                                                                                    10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             Дефекты слитка.

 

 Сталь после выплавки в  мартеновской печи отливается  в специальные металлические формы - изложницы и в них застывает. Полученные таким образом слитки идут на дальнейшую обработку - прокатку и ковку. Вследствие того, что условия застывания металла в разных частях слитка различные, его состав и свойства получаются неодинаковыми. В первую очередь застывает металл, который соприкасается с холодными стенками изложницы, и затем застывание идет в направлении к центральной и верхней частям слитка. Строение металла поверхностных слоев слитка будет плотное, мелкозернистое, в центральной части кристаллы будут крупными. Сталь имеет различные составляющие, которые застывают при разной температуре. Поэтому наибольшее количество легкоплавких составляющих, содержащих серу, фосфор, углерод и неметаллические частицы, будет находиться в центральной и верхней частях слитка.

Объем одного и того же количества металла в жидком состоянии больше, чем в твердом. Поэтому при застывании слитка в изложнице внутренняя масса металла не может заполнить всего объема первоначально затвердевшей оболочки, и внутри слитка, в верхней его части, образуется пустота, называемая усадочной раковиной.

При разливке сильной струей сталь разбрызгивается, брызги попадают на холодные стенки изложницы и застывают. При прокатке или ковке застывшие брызги образуют плены, представляющие собой слои металла отделяющиеся от основной массы и не сваривающиеся с ней из-за пленки окислов.

От резкого охлаждения поверхности слитка и от подвисания слитка на поверхностях и выбоинах изложницы образуются продольные и поперечные трещины. Наличие в металле при заливке газов и неправильный режим заливки приводят к образованию в слитке подкорковых пузырей.

 

При отливке в металл могут попасть неметаллические включения, которые при дальнейшей обработке приводят к трещинам и волосовинам.

 

 

 

Рис. 1. Схема строения стального слитка:

 

 

1 - серединные кристаллы, имеющие различное направление; 2 - усадочная рыхлость и место наибольшего скопления неметаллических частиц; 3 - усадочные пустоты; 4 - мосты перемычки; 5 - усадочная раковина; 6 - кристаллы, имеющие вид мелких зерен; 7 - мелкие кристаллы, расположенные перпендикулярно к стенкам изложницы; 8 - крупные кристаллы, расположенные перпендикулярно к стенкам изложницы; 9 - крупные кристаллы, расположенные наклонно; 10 - кристаллы, имеющие вид крупных зерен.

 

Дефекты стальных слитков разделяют на естественные или неизбежные, которые возникают при затвердевании и охлаждении слитка, и технологические, которые возникают из-за несовершенства технологии разливки, а также выплавки стали. К числу первых относятся усадочная раковина, осевая рыхлость, химическая и структурная неоднородность, сотовые пузыри, эндогенные неметаллические включения; к числу вторых - трещины, плены, завороты корки, подкорковые пузыри в слитках спокойной стали, «голенища» и рослость слитков кипящей стали, малая толщина в них здоровой корочки и некоторые другие.

Осевая рыхлость. В верхней осевой части слитков спокойной стали обнаруживаются скопления мелких усадочных пустот, называемые осевой рыхлостью или пористостью. При кристаллизации слитка осевая зона незатвердевшего металла все время сужается и в отдельных местах происходит срастание кристаллов, растущих с противоположных боков этой зоны. Под сросшимися кристаллами затвердевание идет без доступа жидкого металла сверху из прибыльной части слитка и поэтому в этих местах образуются мелкие усадочные пустоты.

Увеличению осевой рыхлости способствуют понижение температуры разливаемого металла, увеличение массы слитка, наличие в стали элементов, повышающих усадку при затвердевании (в особенности углерода), наличие элементов (хрома, титана), увеличивающих вязкость жидкой стали,

Улучшение обогрева верхней части слитка приводит к уменьшению осевой пористости.

Заворот корки. Это дефект поверхности слитков, образующийся преимущественно при сифонной разливке вследствие окисления и охлаждения поверхности жидкой стали в изложнице.

Обычно поверхность поднимающегося в изложнице металла покрывается пленкой окислов, образующихся в результате окисления составляющих стали кислородом воздуха. Затвердевающий под пленкой металл образует вместе с ней корку, которая поглощает также всплывающие из жидкой стали неметаллические и шлаковые включения. Если корка пристает к стенкам изложницы, то поднимающийся снизу металл прорывает ее, заворачивает к стенке изложницы и заливает. В месте заворота корки в слитке обнаруживаются скопления неметаллических включений и газовые пузыри, образующиеся в результате взаимодействия окислов корки с содержащимся в стали углеродом. В процессе прокатки в месте заворота корки возникают рванины, поэтому требуется зачистка поверхности проката или поверхности слитков перед прокаткой, что усложняет производство и вызывает дополнительные потери металла.

Интенсивность роста корки и пораженностъ слитка заворотами увеличиваются при низких температуре разливаемой стали и скорости разливки и, в особенности, при наличии в стали легкоокисляющихся элементов (хрома, алюминия, титана). Для снижения пораженности слитка заворотами прибегают к специальным мерам защиты поверхности металла в изложнице от окисления.

Поперечные горячие трещины. Образование наружных поперечных трещин - результат препятствия свободной усадке затвердевающего слитка. Наиболее часто трещины возникают вследствие местного зависания слитка в изложнице.

Для предупреждения образования этого порока необходимо обеспечивать плотное прилегание прибыльной надставки к изложнице и отбраковывать изложницы с дефектными стенками.

Продольные наружные горячие трещины. Они возникают при разливке перегретой стали и при повышенных скоростях разливки. Их ширина составляет 1-3 мм, длина достигает 1 м и более.

Трещины образуются следующим образом. В результате усадки корки затвердевающего слитка и теплового расширения изложницы между ними образуется зазор. Жидкий металл оказывается как бы в сосуде, стенками которого служит корка затвердевшего металла. Тонкая корка может не выдержать ферростатического давления жидкой стали; ее разрыв в продольном направлении представляет собой продольную трещину. Вероятность разрыва тем выше, чем выше температура стали и скорость разливки, так как в этих случаях из-за избытка тепла медленнее нарастает толщина корки затвердевшего металла. Обычно продольные трещины образуются по углам слитка.

Мерами борьбы с образованием продольных горячих трещин обычно служат: предотвращение перегрева стали, уменьшение скорости разливки, применение изложниц с вогнутыми и волнистыми стенками.

Продольные холодные наружные трещины. Они образуются в процессе охлаждения затвердевшего слитка на его гранях при температуре ниже 600 °С. Они возникают при слишком быстром охлаждении слитков в результате термических и фазовых напряжений. Для предотвращения их образования следует медленнее проводить охлаждение слитков. Наиболее действенное средство против образования термических трещин - посадка слитков в нагревательные колодцы в горячем состоянии.

Плены. Они обычно образуются при разливке сверху и преимущественно в нижней части слитка. В результате удара струи металла о дно изложницы сталь разбрызгивается. Брызги и заплески застывают на стенках изложницы, причем поверхность их окисляется и поэтому они не растворяются в поднимающейся жидкой стали и не свариваются с основной массой слитка, образуя дефект поверхности слитка - плены. Плены не свариваются с металлом и при прокатке, вследствие чего поверхность прокатанных заготовок приходится подвергать зачистке.

Для уменьшения разбрызгивания заполнение изложниц начинают медленно при не полностью открытом стопоре или затворе. С целью уменьшения пленообразования применяют также разливку через промежуточные ковши и воронки.

Подкорковые пузыри. В слитках спокойной стали иногда обнаруживаются газовые пузыри, расположенные у поверхности слитка. Причин возникновения этих подкорковых пузырей несколько. Одна из них -излишне толстый слой смазки изложницы. В этом случае смазка не успевает выгореть до подхода жидкого металла и залитая металлом возгоняется. Возгоны задерживаются между кристаллами затвердевающего металла, образуя пузыри. Пузыри образуются и при слишком высоком (>0,5 %) содержании влаги в смазке в результате ее испарения, а также при разливке недостаточно раскисленной стали вследствие образования при ее кристаллизации пузырьков СО. Образуются подкорковые пузыри и в результате разбрызгивания стали при разливке сверху. Приставшие к стенкам капли металла (брызги) окисляются с поверхности. Попав затем в жидкую сталь окислы капель реагируют с углеродом стали, образуя пузырьки СО.

При прокатке слитков в местах расположения пузырей возникают волосовины - мелкие тонкие трещины.

Рослость слитка спокойной стали и внутренние газовые пузыри. Причиной этого дефекта слитков спокойной стали является повышенное содержание в стали водорода. Во время кристаллизации избыточный водород выделяется из раствора и остается между кристаллами в виде пузырей, вызывая увеличение высоты («рост») слитка. Этот дефект характерен для сталей с повышенным содержанием кремния.

Голенище. При чрезмерной окисленности кипящей стали кипение в процессе заполнения изложницы идет очень бурно, пузырьки СО сильно вспенивают металл. После окончания интенсивного кипения (при химическом закупоривании после ввода алюминия) сталь оседает, оставляя на стенках изложницы застывшую корку (голенище).

Рослость слитков кипящей стали. При недостаточной окисленности металла и вялом кипении в слитке остается много пузырей, в результате чего возрастает высота слитка, уменьшается плотность головной части и увеличивается головная обрезь при прокатке.

 

 

 

 

 

                                               Заключение

 

Дефекты и брак поковок могут быть следствием дефектов исходного металла, нагрева и дефектов, возникающих при ковке и штамповке из-за нарушения технологии и износа штампов. Дефекты стальных слитков разделяют на естественные или неизбежные, которые возникают при затвердевании и охлаждении слитка, и технологические, которые возникают из-за несовершенства технологии разливки, а также выплавки стали. К числу первых относятся усадочная раковина, осевая рыхлость, химическая и структурная неоднородность, сотовые пузыри, эндогенные неметаллические включения; к числу вторых - трещины, плены, завороты корки, подкорковые пузыри в слитках спокойной стали, «голенища» и рослость слитков кипящей стали, малая толщина в них здоровой корочки и некоторые другие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       

                                        Список литературы:

 

1.  Барышев Г.А. (2007) Материаловедение: конспект лекций

2. Коротких М.Т. (2004) Технология конструкционных материалов и материаловедение