Газы в сталях. Факторы, влияющие на их растворимость. Методы предупреждения формирования газовых дефектов

Билет №14

Эндогенные газовые включения – дефекты, образованные газами, присутствующими в расплаве и выделяющимися при затвердевании отливок в виде отдельной фазы.

В отливках газы содержатся в виде газовых включений или раковин, хим. Соединений, твердых растворов.

В чистом железе при комнатной температуре водород содержится в виде атомов или ионов в твердом растворе; азот – в виде нитридов или в твердом растворе; кислород – преимущественно в виде окислов.

Источники газов: шихтовые материалы, атмосфера печи, флюсы, футеровка печи и ковшей.

Прецесс растворения газов – многостадийный: 1) массоперенос газа к поверхности металла; 2) адсорбция газа на поверхности металла; 3) переход через границу газ-металл; 4) массоперенос в толщину металла.

Наиболее часто лимитирующим звеном процесса является внутридиффузионная область – массоперенос в металле.

Водород в отливках из стали – причина образования газовых раковин. Водород растворяется в железе в виде растворов внедрения в атомарном состоянии.

Растворимость водорода в железе по закону Свиттерса: [H]=K_H , где Кн – константа, P – парциальное давление водорода.

С повышением температуры – растворимость водорода увеличивается; растворимость водорода в различных модификациях железа различна, и меняется скачкообразно при переходе из одной модификации в другую.

4. Элементы, повышающие растворимость водорода – Ti, Zr, Nb, Ta, V.

5. Уменьшающие растворимость водорода – С, Si, Al (их связи с Fe сильнее, чем у водорода).

6. Слабо влияющие на растворимость водорода – Ni, Co, Mo, Mn, Cr, Cu.

В твердой отливке при повышение ее температуры атомарный водород может диффундировать, соединяться в молекулы. Объем газа растет, растут напряжения, возможны даже внутрикристаллические трещины, и как следствие снижение качества отливки.

Азот поступает в жидкую сталь с шихтой, или из печной атмосферы в дуговой печи. В зоне действия дуг молекулярный азот переходит в атомарный. Растворимость по з. Свиттерса: [N]=K , где P – парциальное давление азота.

Растворимость азота в α-Fe увеличивается с увеличением температуры, а в γ-Fe снижается;

Азот образует нитриды.

4. Элементы образующие прочные нитриды – повышают растворимость азота в Fe(Al, Ti, Zr, V, Nb).

5. Не образуют нитриды, но повышают растворимость азота в Fe (Cr, Ta, Mn, Mo).

6. Понижают растворимость – C, Ni, Cu, Co.

Азот является причиной «старения» ферритных и Ф-П сталей. Образование нитрида Fe₄N, что приводит к охрупчиванию, так как эти нитриды имеют игольчатую форму.

Положительные качества нитридов: 1)измельчают структуру отливок, упрочнят, устраняют неблагоприятную морфологию.

Методы предотвращение эндогенных включений: 1) Использование чистых чихтовых материалов; 2) Предотвращение активного взаимодействия расплава с атмосферой печи и футеровкой; 3) Глубокое раскисление стали; 4) Выбор оптимальных температур плавки и заливки; 5) Рафинирование; 6)Уменьшение времени выдержки стали в ковше.

Экзогенные газовые включения – образуются газами, выделяющимися в тело отливки из формы в результате выделения газов из формовочных и стержневых смесей.

Источники: 1) Газы, выделяющиеся при деструкции связующих и испарения влаги; 2) отсутствие выпора, неправильная ЛС, воздух в порах формы.

Деффекты: «Корольки» - при неспокойном заполнении формы, при разбрызгивании металла, капли Ме покрытые оксидной пленкой.

Методы предотвращения: 1) Создание направленного газового потока в формах, при минимальном содержании влаги в смесях; 2) использование связующих с высокой температурой деструкции; 3)увеличение газопроницаемости формы; 4) Применять принцип направленного затвердевания отливки и установки прибылей; 5) Выпоры, вентиляция.

Дата добавления: 2015-04-24