2.2 Проведення експериментальних плавок

Під час виплавляння досліджуваних сталей спочатку виплавляли хромисту сталь із різним вмістом хрому, потім до неї додавали елемент, вплив якого вивчали. Присадку феротитану здійснювали в тигель після глибокого розкиснення сталі алюмінієм і досягнення металом температури 1600...1620°С. Через 2...3 хвилини після розчинення феротитану здійснювали присадку алюмінію у вигляді злитків масою від 100 до 200 г.

Для зменшення угару легувальних елементів під час плавлення й доведення за хімічним складом дзеркало розплаву покривали плавиковим шпатом.

Оброблення сталі рідкісноземельними металами (РЗМ) здійснювали під час випускання розплаву із печі.

Температуру металу перед введенням легувальних елементів і випуском розплаву з печі контролювали вольфрам-ренієвою термопарою занурення ВР5/20 із кварцовим наконечником і вторинним приладом – електронним потенціометром ЕПП-09М3.

Для виплавляння зносостійких сплавів використовували шихтові матеріали, хімічний склад яких наведено в табл. 2.2.

Сплави виплавляли в індукційній печі ІСТ-0,06 за викладеною вище технологією. У піч завантажували послідовно ферохром, сталевий брухт і чавун. Після повного розплавлення шихти та досягнення розплавом температури 1450…1470ºС, у тигель вводили відповідні добавки, видержували метал до повного розплавлення присадок, випускали в ківш і розливали його у форми.

Оскільки зворот власного виробництва не є компактним шихтовим матеріалом, то для прискорення процесу нагрівання і плавлення шихти необхідно підвищувати усі параметри: силу струму від 70 А для шихти без звороту власного виробництва до 88 А – для плавлення шихти з 24% ЗВВ; напругу – відповідно від 650 до 670 В; потужність – відповідно від 43,2 до 56 кВт.

Таку зміну параметрів роботи печі з використанням різної шихти необхідно враховувати, перш за все, під час розраховування собівартості продукції ливарного цеху. Підвищення робочих параметрів індукційної печі призводить до перевитрат електроенергії, зниження продуктивності плавильного агрегату, збільшення витрат футеровки на 1 тонну придатного литва.

2.3 Визначення ливарних властивостей

Рідкотекучість. Для визначення рідкотекучості сплавів існує кілька видів проб і методик. Кожна з цих проб має суттєві недоліки, які не дають можливості достовірно вивчити поводження рідкого металу під час заповнення ним порожнини ливарної форми.

Спіраль Керрі [1] залишається найкращою пробою для визначення рідкотекучості металів і сплавів як під час виконання дослідних робіт, так і в виробництві. Як проба для визначення рідкотекучості сплавів обрана спіраль трапецієподібного перерізу. Ливарну форму для визначення рідкотекучості сплавів на основі заліза показано на рис. 2.1. Для забезпечення стабільних умов заливання ливарних форм металом застосовували ливникові чаші спеціальної конструкції. Маса металу, яка заповнює чашу, становить 5,5 кг.

1 – ливникова чаша; 2 – перегородка; 3 – зварний каркас; 4 – електромагніт; 5 – упор; 6 – термопара

Рисунок 2.1 – Ливарна форма для визначення рідкотекучості сплавів на основі заліза

Метал у форму підводили від периферії до центра спіралі. Ливникова чаша 1 оснащена перегородкою 2, яка монтується жорстко на звареному каркасі 3. Перегородка відокремлює ливниковий хід від металоприймача чаші й піднімається тільки тоді, коли металоприймач заповнюється розплавом до необхідного рівня й установлюється необхідна температура.

Підйом перегородки здійснюється електромагнітом 4. Упор 5 обмежує рух штанги електромагніта, забезпечує однакову висоту щілини між порогом металоприймача і перегородкою, яка дорівнює 20 мм, і створює в кожному досліді однакові умови заповнення форми металом.

Температуру металу в чаші вимірювали вольфрам-ренієвою термопарою 6 із кварцовим наконечником й електронним потенціометром ЭПП-09М3.

При використанні 5-и міліметрового кварцового наконечника з товщиною стінки 0,5 мм максимальне значення температури фіксується за 5...8 с після початку заливання металу в металоприймач чаші, а прилад забезпечує показання й запис температури через 1,18...3,38 с.

Методика дає можливість здійснити вимірювання рідкотекучості з відносною похибкою + 6%.

Лінійна усадка. У технічній літературі описані методики визначення лінійної усадки сплавів з використанням механічних, тензометричних, реостатних, індукційних, диференційно-трансформаторних й інших датчиків і вторинних приладів.

На жаль, єдиної методики визначення лінійної усадки не існує, що значно утруднює порівняння результатів досліджень різних авторів.

Використана в цій роботі методика визначення лінійної усадки розроблена співробітниками кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Удосконалену схему установки для визначення лінійної усадки сплавів на основі заліза показано на рис. 2.2.

В основу методики покладені перетворення лінійних змін зразка під час його усадки в пропорційну зміну електричної напруги за допомогою потенціометричного датчика лінійних переміщень.

Напруга, одержувана на виході з датчика 7 (див. рис. 2.2), змінюється під час переміщування його рухомої траверси, механічно зв’язаної за допомогою алундової тяги 6 і рухомого стрижня 5 з одним із кінців досліджуваного зразка, вилитого у формі 2. Другий кінець зразка закріплений стрижнем 3.

Всі частини приладу змонтовані на литому корпусі 8, який установлювали на металеву підставку 9. Вимірювання температури зразка здійснювали за допомогою вольфрам-ренієвої термопари 4, прикріпленої до гнучкої штанги, змонтованої на литому корпусі 8.

Сигнал від датчика записується на діаграмі потенціометричного двокоординатного самописця Н–703 у функціональній залежності ε = f(t ºС).

Датчик живиться постійним струмом від джерела стабілізованого живлення напругою 1,2 В.

1 – опока; 2 – форма для зразка; 3 – нерухомий стрижень; 4 – термопара ВР 5/20; 5 – рухомий стрижень; 6 – тяга алундова; 7 – датчик; 8 – литий корпус; 9 – підставка

Рисунок 2.2 – Схема установки для визначення лінійної усадки сплавів на основі заліза

Визначення лінійної усадки здійснювали на призматичних зразках розмірами 200×25×30 мм, які формувалися в піщано-глинястих формах (див. рис. 2.2).

Відносна похибка експериментальних даних під час визначення лінійної усадки становить + 3%.

Тріщиностійкість. Більшість методик, які запропоновані в літературі для визначення тріщиностійкості сплавів, засновані на накопиченні в дослідних зразках критичних усадкових напружин, які призводять до утворення гарячих тріщин. Залишається здійснити тільки кількісну оцінку цих напружин.Проте, як показали результати апробації таких методик авторами цієї роботи, вони не дають достовірних результатів під час вивчення тріщиностійкості високолегованих сталей.

Нами використана вдосконалена технологічна циліндрична проба, запропонована раніше для визначення тріщиностійкості вуглецевих сталей. Проба має зменшені розміри, що дуже важливо при виплавлянні експериментальних сплавів у малих кількостях.

На відміну від відомої проби, підведення металу здійснювали не трьома живильниками, а одним, що дуже важливо для сплавів, схильних до плівкоутворення. Крім того, метал підводили прямо в тіло виливка, а не в термічний вузол. Ця технологічна проба (рис. 2.3) показала високу відтворюваність результатів.

Рисунок 2.3 – Проба для визначення тріщиностійкості високолегованих сплавів на основі заліза

Оцінку тріщиностійкості сталей здійснювали за площею тріщини, яка утворюється на технологічній пробі із внутрішнього боку в місці розташування термічного вузла. Підготовлену відповідним чином поверхню проби (в місці утворення тріщини) змащували чорним чорнилом і притискували до досліджуваної поверхні масштабно-координатний папір. Площу тріщини визначали за її відбитком на мАсштабно-координатному папері.