Билет №7

1. Газовые дефекты в стальных отливках. Причины и механизм их образования. Меры предупреждения.

Газы в стали: водород, азот, кислород.

Источники газов: 1) шихтовые материалы (лом, возврат, легир.); 2) атмосфера печи (связ.с внешней атмосферой); 3) футеровка печи, ковша; 4) литейная форма (влага, связующее, добавки).

Газы приводят к дефектам газовой пористости, которая ухудшает мех.свойства сталей.

3. Механизм растворения и удаления газов:

1) водород диффундирует к поверхности раздела металл-газ (конвективное диффузия+молекул.диффузия)

2) адсорбция молекул водорода на границе металл-газ.

3) диссоциация молекул водорода на атомы: Н₂→Н+Н

4) растворение атомов водорода в жидком металле: Н→[Н]

5) перенос [Н] от поверхности металл-газ в объем расплава.

4. кинетика растворения (удаления) газов:

Лимитирующая стадия – а) молекулярная диффузия; б) хим.реакция: Н₂→Н+Н и Н+Н→ Н₂

5. образование газовых раковин:

- эндогенные газовые раковины:

Если r→0, то p_кап→∞, т.е. происходит образование по гетерогенному механизму (на зародышах – неметаллических включениях). Газовая раковина больше всего образуется на поверхностных слоях. Предотвращение: КИП, тщательная подготовка ковшей, внепечное

вакуумирование, рафинирование инертными газами, компрессионное литье.

- экзогенные газовые раковины:

Газы из формы (стержня). Источники газов – влага, связующее, добавки.

р_газ>р_атм+р_мест.+р_кап

р_мест.=ρgh_Me

р_кап=2σ_Н/r_кап

r_кап=r_{поры в форме} (зависит от плотности упаковки и размера зерен песка)

диаметр зерна=(0,1-0,4) мм, диаметр поры=0,32*диаметр зерна, r_кап=(0,015-0,06) мм.

Экзогенные газовые раковины образуются в верхней части отливки. Предотвращение: а) снижение газотворности формы и стержней (уменьшение влажности, расхода связующего); б) увеличение газопроницаемости смеси; в) выполнение искусственных газоудаляющих каналов (наколы); г) применение красок (уменьш. r_кап, увел. р_кап)

2. Варианты плавки стали в кислой электродуговой печи. Их возможности, достоинства и недостатки.

- Футеровка – динас (SiO2)

- шлак – кислый (%SiO2>>(%CaO+Al2O3))

- невозможность рафинирования от серы и Р.

- практически полное окисление марганца из завалки.

Mn+O2→(MnO), [Mn]+[O]→(MnO)

(MnO)+(SiO2)→mMnO*nSiO2

Это приводит к трудности выплавки стали, содержащей марганец (110Г13Л)

- невозможность выплавки сталей, содержащей титан и алюминий (SiO2)+[Ti]→[Si]+(TiO2)

- плавка углеродистых сталей

- плавка легированных сталей (Cr, Mo, V, Ni, Co)

Достоинства: 1) высокая стойкость футеровки; 2) низкая стоимость футеровки; 3) небольшая длительность плавки; 4) низкий расход электроэнергии.

Технология плавки:

- заправка;

- завалка: металлическая часть (стальной лом, возврат, науглероживатели), шлакообразующие (кварцит), окислителей нет.

- плавление: окисление C, Si, Mn, P, Cr, V, Mo.

- окислительный период: окисление ЛЭ; полное окисление марганца, КИП (окисление С) (FeO+[C]=[Fe]+{CO}↑→рафинирование жидкой стали от водорода, НВ)

- восстановительный период: раскисление металла и шлака. Раскисление металла за счет ФМн, ФС, алюминия, а шлака – угольного порошка, порошка ФС и алюминия; восстановление ЛЭ (Cr, Mo, V); восствновление кремния.

(SiO2)+[C]→[Si]+{CO}↑ Содержание кремния зависит от содержания углерода.

По ГОСТам % Si=(0.2-0.4(0.52)) %

0.2% - активный вариант плавки: препятствует восстановлению кремния. Уменьшается активность оксида кремния с добавлением основного оксида FeO.

mFeO+nSiO2→mFeO*nSiO2

0,4% - пассивный вариант: не препятствует восстановлению кремния. Раннее завершение плавки.

- выпуск металла и раскисление в ковше (Al, Ti, P, Si-Ca, РЗМ)