РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы, используемые в исследованиях
Основным объектом исследования является металл, наплавленный электродами
фтористо-кальциевого типа УОНИ 13/55, в покрытии которых использовались
ферротитан и комплексный ферросплав, выплавленные и рафинированные
электрошлаковым способом.
При изготовлении опытной партии сварочных электродов были использованы
следующие компоненты (табл. 2.1).
Таблица 2.1 –
Компоненты, используемые в покрытии опытных электродов УОНИ 13/55
Наименование
Марка
(состав)
Основной компонент
Нормативный документ
Флюоритовый концентрат
ФФС 95-97
CaF2
ГОСТ 4421-73
Мрамор
М - 97Б
CaCO3
ГОСТ 4416-73
Стекло жидкое натриевое
SiO2 -73%
Na2O-27%
ГОСТ 13078-81
Ферросилиций
ФС 75
FeSi
ГОСТ 1415-78
Ферромарганец
ФМн 1.0
FeMn
ГОСТ 4755-80
Ферротитан
ФТи 30 А
FeTi
ГОСТ 4761-91
Песок кварцевый электродный
SiO2
ГОСТ 4417-75
Слюда мусковит
СМЭ - 315
K2O Al2O3 SiO2 2H2O
ГОСТ 14327-82
Железный порошок
ПЖВ 2
Fe
ГОСТ 9849-86
Ферротитан электрошлаковой выплавки
45% Ti
FeTi
Опытный материал
Комплексно-легированный ферротитан
К - 2
Fe-Ti-Si-Mn
Опытный материал
Исходными компонентами для получения опытных слитков ферросплавов служили
следующие материалы (табл. 2.2).
Таблица 2.2 -
Компоненты для получения слитков ферротитана и комплексного ферросплава
Наименование
Марка (состав)
Нормативный документ
Титан
ВТ 1-0
ГОСТ 19807-74
Сталь
Ст 3 сп
ГОСТ 380-71
Ферромарганец низкоуглеродистый
ФМн 1.0
ГОСТ 4755-80
Ферросилиций
ФС 75
ГОСТ 1415-78
Флюс
АНФ 1 П
ГОСТ 9087-81
Флюс
АНФ 6
ГОСТ 9087-81
Известь отожженная
ИФ-0
ОСТ 14-16-165-85
Двуокись титана
(ТЭ) 99.5% TiO2
ТУ 6-10-1368-78
2.2. Методика исследования химического состава, содержания неметаллических
включений и механических свойств наплавленного металла
Для исследования влияния состава ферротитана на качество наплавленного металла
были изготовлены три партии сварочных электродов УОНИ 13/55:
– партия №1-контрольная, изготовлена по рецептуре электродов УОНИ 13/55 [19] с
использованием алюмотермического ферротитана ФТи30А и ферросплавов
промышленного производства, см. п. 2.7, табл. 2.5;
– партия №2 изготовлена по рецептуре электродов УОНИ 13/55 [19] с заменой
ферротитана алюмотермического способа производства ФТи30А на ферротитан
электрошлаковой выплавки (ЭШВ) ФТШ45, см. табл. 2.8;
– партия №3 изготовлена по рецептуре электродов УОНИ 13/55 [19] с заменой всех
ферросплавов промышленного производства на 12 % опытного
комплексно-легированного ферротитана ЭШВ сплав К-2, см. п. 2.7, табл. 2.9.
Методика расчета состава шихты электродов и комплексного ферросплава К-2
приведены в п. 2.7.
Образцы наплавленного металла для химического анализа во всех случаях
отбиралась из верхних трех слоев восьмислойной наплавки.
Микроструктурный анализ ферросплавов и наплавленного металла проводили с
использованием металлографического микроскопа МИМ 8-М при увеличении 100, 200,
300, 420, 600 и 900. Включения в наплавленном металле исследовались
петрографическим методом на нетравленых шлифах при увеличении 600 и 900 на
микроскопе МИМ 8-М.
Загрязненность неметаллическими включениями металла, наплавленного опытными
электродами, оценивали по ГОСТ 1778-70, метод П. Ошибка при подсчете объемной
доли включений не превышает 8 %. Также определялось удельное количество
включений, и их средний размер [93].
Сравнительные испытания выносливости металла сварного шва проводили на стыковых
сварных образцах из стали Ст3сп сечением 23ґ150 мм, толщиной 5мм с центральным
отверстием 7 мм, сваренных электродами УОНИ 13/55 с раздельным введением
ферросплавов в покрытие электродов и с покрытием с комплексным ферросплавом
электрошлаковой выплавки. Образцы для сварки вырезали вдоль направления
проката. Пластины сваривали двухсторонним швом в кондукторе электродами
диаметром 4 мм при токе 160-180 А и напряжении дуги 24-26 В. Усиление сварных
соединений зачищали заподлицо с основным металлом, термообработку не
производили. Пределы выносливости образцов определяли в динамической
лаборатории Запорожского национального технического университета на установке
осевого циклического нагружения [94]. Частота нагружения 20-22 Гц. Точность
поддержания амплитуды нагружения составляла 3 %. Построение левой ветви кривой
усталости производилось по методу наименьших квадратов. Пределы выносливости
определяли методом «лестницы» [95]. Шаг нагрузки составлял 4 МПа. Обработка
результатов проводилась по методике, представленной в работе [95].
Сравнительные испытания способности металла сварных швов противостоять ударным
нагрузкам в условиях работы встряхивающих устройств электрофильтров оценивали
по результатам испытаний натурных деталей, установленных на специально
разработанном ударном стенде (рис. 2.1). Стенд имитирует реальные
энергетические параметры ударного импульса, которые воспринимает балка
встряхивания электрического фильтра.
Рис. 2.1. Ударный стенд для испытаний сварных балок встряхивания.
Удары воспроизводятся молотковым валом, используемым в электрических фильтрах.
На валу, который вращается с заданной скоростью, установлено 9 молотков, массой
10 кг. В качестве моделей использовались фрагменты натурных балок встряхивания
с вваренными наковальнями и закладными пластинами. Балка через демпфер
закрепляется на стенде. Сварку осуществляли электродами УОНИ 13/55 с раздельным
введением ферросплавов в покрытие электродов и с комплексным ферросплавом
электрошлаковой выплавки. Испытания проводили на базе 1ґ106 ударных циклов, что
соответствует м