Б)Опишите металлургические способы повышения качества металла.

Вариант №4

Чем определяется качественность металла. Опишите металлургические способы повышения качества металла.

А)Чем определяется качественность металла.

Единого понятия определяющего качественности или дефектности металла нет, один вид металла будет работать значительно лучше в одних условиях чем другой, при изменении среды и условий использования, потребуется металл уже с совершенно с другими свойствами, поэтому качество металла не является однозначным понятием.

       Качество металла можно определить как совокупность физических, химических, технологических свойств. В зависимости от преобладания одних свойств над другими стали получают применение и соответствующим образом классифицируются.

    Совокупность свойств металла определяется химическим составом сплава, и структурой металла.

    В качестве основополагающей закономерности - качество металла можно определить зависимостью содержания вредных примесей и неметаллических включений в расплаве, чем меньшее количество вредных примесей и неметаллических включений содержится в стали, тем ее качество выше.

   Вредными для металла в первую очередь являются примеси серы, фосфора, газов:

Фосфор - проникает в расплав металла вместе с рудой. Присутствие фосфора повышает порог хладноломкости металла, т.е. повышает температуру перехода металла в хрупкое состояние. Его удаляют в процессе выплавки металла путем наведения шлаков и флюсов.

Сера - в расплаве металла появляется вместе с рудой. Взаимодействуя с железом образует сульфид (FeS), входящий в состав эвтектики плавящейся при Т=988 о Это явление называют красноломкость. Устраняется введением в металла марганца.

Газы. Основные газы, которые попадают вметалла - кислород, азот, водород, содержащиеся в воздухе. Кислород и азот образуют оксиды и нитриты, которые делают металла хрупким.   Особенно опасно присутствие в металле водорода, который приводит к внутренним надрывам в металле (флокены). Устранение газов возможно при выплавке стали в электропечах или вакууме.

В зависимости от содержания примесей и газов сталь может быть обыкновенного качества по ГОСТ 380-94, качественной по ГОСТ 1050-88, высококачественной и сверх высококачественной.

б)Опишите металлургические способы повышения качества металла.

Улучшить качество металла можно уменьшением в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений. Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу. Для вакуумирования в ковше ковш с жидкой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами создают разрежение до остаточного давления 0,267…0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. Улучшаются прочность и пластичность стали.

Вакуумирование в ковше эффективно проводить до раскислениясильнымираскислителями – кремнием и алюминием. Углерод металла реагирует с кислородом, окись углерода откачивается, а с ней откачиваются азот и водород. В результате металл раскисляется без образования неметаллических включений и дегазируется. При вакуумировании струи металла при переливе из ковша в ковш пустой ковш устанавливают в вакуумной камере, откачивают воздух. Подают к камере второй ковш с металлом. Металл из верхнего ковша через воронку переливают в нижний, при этом вакуум в камере не нарушается. Попадая в разреженное пространство, струя распадается на мелкие капли. Дегазация в вакууме раздробленной струи более эффективна по сравнению с вакуумированием металла в ковше.

Для высококачественных и некоторых высоколегированных сталей применяют отливку слитков в вакууме. Используют камеру, состоящую из двух частей. В нижнюю помещают просушенную изложницу, в верхней части на плиту герметично устанавливают промежуточный ковш. Откачивают из камеры воздух, в промежуточный ковш наливают металл и начинают разливку. Степень дегазации зависит от остаточного давления. Газы удаляются не только из слитка, но и из струи металла, протекающей в вакууме. Значительное снижение содержания водорода (до 60...70 %) обеспечивает получение стали, нечувствительной к флокенам, что упрощает процесс производства крупных поковок. Слитки, полученные таким способом, характеризуются повышенными механическими свойствами, но стоимость их значительно повышается.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей.

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду, погруженному в шлаковую ванну, и к поддону, установленному в слегка конусном водоохлаждаемом кристаллизаторе, в котором находится затравка. Выделяющаяся теплота нагревает ванну до температуры свыше 1700 ºC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла  проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов. Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток. По мере формирования слитка либо опускают поддон, либо поднимают электрод. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, высокими механическими и эксплуатационными свойствами.

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка, выплавляемого в электропечах или установках ЭШП. Расходуемый электрод закрепляют на водоохлаждаемом штоке и помещают в корпус печи и далее в медную водоохлаждаемую изложницу. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0,00133 кПа. При подаче напряжения между расходуемым электродом (катодом) и затравкой (анодом) возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла, проходя зону дугового разряда, дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток. Дуга горит между электродом и жидким металлом в верхней части слитка на протяжении всей плавки. Охлаждение слитка и разогрев жидкого металла создают условия для направленного затвердевания слитка. Следовательно, неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, усадочная раковина мала. Слиток характеризуется высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами.