Дефекты в отливках из черных сплавов
Тодоров Р.П., Пешев П.Ц.
Машиностроение, 1984 г.
ДЕФЕКТЫ, ВЫЗВАННЫЕ НАЛИЧИЕМ ВОДОРОДА
Долгое время считалось, что основная часть газовых дефектов вызывается водородом. Последние исследования показали, что при нормальных условиях плавления и разливки количество водорода в расплавленном металле недостаточно для образования водородной пористости [112, 38]. Согласно [119] пористость в сером чугуне появляется, если содержание водорода превышает 0,0004 ,%, а по данным [59], —0,0001 %.
Первыйвид дефекта, вызванного водородом, представляет собой газовые раковины размером 1—6 мм с округленными формами, наиболее часто встречаемыми в толстых сечениях итепловых узлах отливки (рис. 3.11). Часть этих дефектов является следствием диффузии водорода из внешних частей отливки к внутренним. Источником газовых раковин может быть водород, образующийся из сырой футеровки печей, невысушенного желоба и литейного ковша, из непрокаленных и влажных ферросплавов, вводимых в металл, и др. Содержание газов в некоторых из ферросплавов показано в табл. 3.4.
Много водорода вносят ржавые металлические отходы, в которых вода присутствует в гидратной форме. Так, например, одна тонна шихты с 1 % ржавчины содержит 2,5 кг водорода [86]. При плавке водород выделяется в атомарном состоянии и активно растворяется в металле:
Устранить газовые дефекты возможно только при полном высушивании всех материалов, соприкасающихся с жидким металлом. Футеровку ковшей следует подогревать до красного цвета. Ферросплавы следует хранить в сухом помещении и перед употреблением прокаливать.
Чем длительней контакт расплавленного металла с газовой атмосферой, тем больше водорода растворяется в металле. Следовательно, процесс плавки должен вестись как можно быстрее. Покровные флюсы (криолит и др.) понижают растворение газа в. металле. Дегазация стали тетрафлурэтилом в ковше вдвое уменьшает концентрацию водорода, а вакуумирование удаляет 70 % растворенного водорода.
Второйвид дефектов, вызванный наличием водорода, представляет собой многочисленные газовые раковины правильной сферической или овальной формы с размерами до 3 мм. Они расположены на поверхности или около поверхности отливки. Такой дефект классифицируется как ситовидная поверхность, он встречается во всех отливках из железоуглеродистых сплавов, заливаемых в сырые формы. Наиболее опасен дефект для тонких стенок отливок. Поверхность закрытых раковин, образующихся в отливках из серого и высокопрочного чугунов/, покрыта тонким графитовым слоем. Если разбить отливку, то одна часть раковины будет покрыта слоем графита, а другая имеет блестящую серую поверхность. В периферийной зоне раковины в структуре присутствует мелкий графит. Раковины в отливках из белого чугуна имеют большой размер, расположены в глубине отливки, их поверхность обладает серебристым оттенком.
Существует две теории, объясняющие выделение графита на поверхности газовых раковин («углеродная» и «метановая»). Па «углеродной» теории разлагающаяся вода окисляет железо. Оксид железа, реагируя с углеродом металла, образует оксид углерода, который затем восстанавливается водородом:
Дефектность чугунных отливок резко возрастает, если в металл попадает алюминий в количестве; 0,005—0,11 % [99, 106]. Алюминий ускоряет разложение воды, т. е. увеличивает содержание растворенного в металле водорода [97]г При увеличении содержания алюминия свыше 0,02 % ситовидная пористость понижается-Предполагается, что в этом случае на границе металл — форма образуется достаточно плотная пленка А120з, препятствующая диффузии водорода в расплавленный металл [166]. Действие магния аналогично действию алюминия, если его остаточное количество в чугуне превышает 0,09 % [182]:
Марганец способствует растворению водорода в сплаве. На рис. 3.13 показано влияние примесей в чугуне на растворимость в нем водорода.
Особенно вредно одновременное присутствие в металле алюминия и магния. Газовые дефекты можно уменьшить введением в формовочную смесь 2—3 % пека или 6—7 % каменноугольного порошка. Эти добавки уменьшают скорость затвердевания отливки и водород успевает выделиться из металла.
Висмут снижает поверхностное натяжение чугуна и уменьшает количество растворенного водорода (рис. 3.14) [73]. Но если содержание алюминия в металле превысит 0,04—0,16 %!, то действие висмута прекращается и отливки получаются пористыми. При одинаковом содержании алюминия количество растворенного водорода увеличивается с повышением содержания в металле марганца, и серы (рис. 3.15) [9].
Участие водорода в образовании ситовидной пористости в стальных отливках доказано многократно и объясняется реакцией между влагой формы и Feметалла: