Улучшение качественных характеристик металла шва за счет повышения чистоты шихты

Скачать работу - Улучшение качественных характеристик металла шва за счет повышения чистоты шихты

Операции дробления, смешивания и пассивирования компонентов сопровождается большой потерей этих элементов на окисление [7]. Во многих отраслях промышленности при изготовлении ответственных деталей из низколегированных сталей применяются электроды с основным покрытием типа УОНИ-13. Сварочные электроды с фтористо-кальциевым покрытием имеют существенные преимущества перед всеми другими при сварке конструкций ответственного назначения [1]. Электроды типа УОНИ-13 характеризуются более низким содержанием газов в наплавленном металле по сравнению с электродами других видов, малая окислительная способность покрытий обеспечивает более полный переход легирующих элементов в металл сварочного шва. В наплавленном металле наблюдается и прирост примесей цветных металлов, серы и фосфора, по сравнению содержанием в проволоке, за счет перехода их из обмазки электрода. Это обусловлено тем, что в некоторых ферросплавах, используемых в качестве составляющих покрытия, содержание серы и фосфора в 1.5 5.0 раз больше, чем в сварочной проволоке [8]. Доля таких компонентов в покрытиях электродов обычно составляет 15 30 %. В работе [9] установлено, что при наплавке электродами фтористо-кальциевого типа в шлак переходит фосфора 0.001 0.002 %, серы 0.0013 0.004% по отношению к массе расплавленного стержня.

Следовательно, гарантировано низкое содержания серы и фосфора в металле сварного шва возможно лишь за счет снижения концентрации этих примесей в компонентах покрытия электродов. В состав электродных покрытий фтористо-кальциевого типа в основном входит ферротитан, ферромарганец и ферросилиций.

Причем наибольшую долю из них занимает ферротитан до 15%. Поэтому газонасыщенность ферротитана и содержание в нем таких примесей как сера, фосфор и цветные металлы существенно влияют на свойства металла сварных швов [2]. Для улучшения свойств сварных швов необходимо использовать в сварочных электородах ферротитан высокого качества с низким содержанием газов и примесей цветных металлов.

Следовательно, актуальной задачей материаловедения и сварки является разработка материалов и технологий, позволяющих улучшить структуру и свойства наплавленного металла за счет улучшения качества сварочных электродов. В связи с выше изложенным для улучшения структуры и свойств наплавленного металла, предложено, при изготовлении электродов типа УОНИ-13 использовать комплексную лигатуру, полученную сплавлением электрошлаковым способом отходов титана с серийными ферросплавами, с использованием эффекта рафинирования активными шлаками. 1. Исследование структуры и свойств наплавленного металла Для исследования влияния состава ферротитана на свойства наплавленного металла были изготовлены три партии электродов УОНИ 13/55 с различными по составу и способу производства ферросплавами: партия А – по рецептуре с использованием алюминотермического ферротитана ФТи30А и ферросплавов промышленного производства. партия Б – по рецептуре А с заменой ферротитана алюминотермического способа производства ФТи35А на ферротитан электрошлаковой выплавки ФТШ45. партия В – по рецептуре А с заменой всех ферросплавов промышленного производства на 12% опытного комплексно-легированного ферротитана К-2. Пассивирование сплава К-2 производили в муфельной печи при температуре 350 ° С в течение 30 мин.

Исследование технологического процесса приготовления обмазочной массы и нанесения ее методом опрессовки для всех трех партий электродов, а также процесса возбуждения и горения дуги показало, что каких либо различий в технологичности при изготовлении и наплавке металла между электродами партий А, Б и В не наблюдается [ 10 ] . 1.1 Исследование химического состава наплавленного металла Химический состав металла, наплавленного электродами с покрытиями, содержащими ферротитан разного способа производства, имеет некоторые различия [9] (табл. .1, .2.). Таблица 1.1 – Химический состав наплавленного металла

Партия электродов	Массовая доля элементов, %
	С	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
Паспортный состав	0,08-0,11	0,2-0,5	0,6-1,2	0,022	0,024

Как видно из приведенной таблицы, химический состав металла, наплавленного электродами всех исследованных в работе партий, соответствует требованиям паспорта электродов УОНИ 13/55. Более низкое содержание Si и Mn в металле, наплавленном электродами партии Б и В получено в результате большего вовлечения этих элементов в реакции раскисления металлической ванны, при меньших содержаниях Аl в покрытии электродов партии Б и В (0,14%) в сравнении с покрытием А (0,96%). Более высокая концентрация Si, Mn и Тi в металле партии В в сравнении с Б свидетельствует о меньших потерях этих элементов на поверхностное окисление в процессе изготовления электродов при использовании сплава К-2. В металле, наплавленном электродами партии В, содержится наименьшее количество примесей S и P, что является следствием применения комплексно-легированного ферротитана К-2, при получении которого методом ЭШВ использовались отходы титана, содержащие малое количество этих примесей, а промышленные ферросплавы ФМн1 и ФС 45 были рафинированы по S и P высокоосновным флюсом в процессе выплавки. При этом, в наплавленном металле снижается не только количество S и P, газов (О и N), а также и примесей цветных металлов [8] (табл.1.2). Таблица 1.2 – Содержание газов и примесей цветных металлов в наплавленном металле

Партия электродов	Массовая доля элементов, %
	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 производстве ферротитана и комплексно-легированного ферротитана методом ЭШВ используются отходы Тi в виде листовой обрези, содержащие низкое количество газов (О и N), С и примесей цветных металлов без использования вторичного А1, что полностью исключает возможность их внесения.

Поэтому содержание примесей Cu и Sn в металле, наплавленном электродами партии Б и В ниже, чем электродами А. Количество кислорода в металле, наплавленном электродами партии В, наиболее низкое. Это свидетельствует о более полном раскислении металла шва при использовании в покрытии В комплексно-легированного ферротитана К-2. 1.2 Исследование неметаллических включений в металле шва Использование ферротитана ЭШВ в покрытии сварочных электродов позволило снизить в наплавленном металле содержание газов, примесей и неметаллических включений.

Результаты оценки загрязненности неметаллическими включениями металла, наплавленного опытными электродами приведены в табл. .3. Таблица 1.3 – Содержание оксидных включений в наплавленном металле

	Массовая доля оксидных включений, %
Партия	Общее	Удельная доля в общем количестве, %
электродов	Количество	Al 2 O 3	SiO 2	Сложные оксиды (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
Проволока Св.-08, Св-08Г2С [2]	0,005-0,015	59,11	33,14	7,75

Как видно из приведенных в таблице данных, в наплавленном металле электродов партии Б и В существенно снижено общее количество неметаллических включений. В металле, наплавленном электродами В, содержащем только один ферросплав в виде комплексно-легированного ферротитана, полученного методом ЭШВ, общее количество неметаллических включений снижено более чем на 40% в сравнении с металлом электродов А, при использовании алюминотермического ферротитана и раздельным введением в покрытие других раскислителей – ферромарганца и ферросилиция. При этом, количество тугоплавких включений с Al 2 O 3 более чем в два меньше, чем в металле, наплавленном электродами А. В таких же пределах уменьшено содержание стекловидных силикатов. В металле партии Б и В отсутствуют крупные экзогенные частицы тиалита и перовскита, характерных для ферротитана алюмотермического способа производства. При снижении общего количества включений несколько возрастает удельная доля силикатов сложного состава с гетерогенной микроструктурой.

Преимущественное формирование силикатов сложного состава и меньшее содержание кислорода в металле, наплавленном электродами В, при равном исходном количестве раскислителей в покрытии этих электродов, свидетельствует о более полном и интенсивном процессе удаления продуктов реакции раскисления при использовании комплексно-легированного ферротитана [5]. 1.3 Механические свойства наплавленного металла Результаты исследования механических свойств металла, наплавленного опытными электродами, представлены в табл. .4. Таблица 1.4 – Механические свойства металла сварного шва, наплавленного опытными электродами

	Значения механических свойств по ГОСТ 6996 -75
Партия электродов	Временное сопротивление разрыву s В , МПа	Предел текучести s Т , МПа	Относительное удлинение d , %	Ударная вязкость KCU, Дж/см 2
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
Типичные значения для УОНИ 13/55 [5]	510-570	390-440	24-28	156-245
Паспортные данные УОНИ13/55	³ 490	³ 390	³ 20	³ 160
Требования ГОСТ 467-75 к типу электродов Э50А	³ 490	—	³ 20	³ 130

Механические свойства и химический состав наплавленного металла всех партий электродов соответствует требованиям ГОСТ 9467-75. При этом, пластичность металла наплавленными электродами партий Б и В выше чем А. Использование в покрытии электродов более чистого по примесям и неметалличским включениям ферротитана электрошлаковой выплавки ФТШ 5 позволило повысить на 7% средние значения относительного удлинения и на 9% ударной вязкости в сравнении с электродами партии А. При замене всех ферросплавов покрытия электродов на комплексно-легированный ферротитан электрошлаковой выплавки К-2 средние значения относительного удлинения увеличены на 12%, а ударной вязкости на 18% в сравнении с электродами партии А, и на 8 и 9% соответственно для средних типичных значений электродов УОНИ 13/55. Таким образом проявилось более низкое содержанием газов, S и P, а также примесей цветных металлов в наплавленном металле электродами В, по сравнению с А и электродами промышленного изготовления с использованием ферротитана алюминотермического способа производства.

оценка стоимости аренды земельного участка в Калуге
оценка комнаты в Туле
оценка собственности в Липецке