РАЗДЕЛ 2
МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Обоснование методологии исследований
Как показано в разделе 1, детали стеклоформующего инструмента испытывают
влияние вязкой химически активной расплавленной стекломассы, термоциклических и
механических нагрузок. Температура на рабочей поверхности инструмента достигает
700°С и более (в зависимости от состава и температуры стекломассы). В этих
условиях от материала стеклоформующего инструмента требуется высокая
сопротивляемость разрушению под действием химически активной вязкой
стекломассы, высокая теплопроводность и термостойкость, малый коэффициент
термического расширения. Кроме того материалы должны обладать достаточно
высоким уровнем механических свойств и хорошо обрабатываться резанием в связи
со значительной долей ручного труда при гравировке и чеканке рабочих
поверхностей инструмента.
По теплофизическим и технологическим свойствам указанным критериям наиболее
полно удовлетворяют графитизированные чугуны, которые и являются основным
конструкционным материалом для многих деталей стеклоформующего инструмента.
Однако выбор рациональных составов чугунов для деталей инструмента затруднён
из-за недостаточного количества моделей прогнозирования поведения чугуна в
конкретных условиях эксплуатации. Ещё в большой мере это проявляется при
определении составов сталей и наплавочных материалов для ремонта и упрочнения
вышедших из строя деталей, оценка работоспособности которых, осуществляется в
основном по показателям механических характеристик.
Поэтому, для устранения перечисленных недостатков и успешного решения
поставленных в работе задач предложена комплексная методология создания
конструкционных материалов (рис. 2.1) с повышенной надёжностью и
Рис.2.1. Блок-схема управления комплексом исследовательско–технологических
операций по созданию конструкционных материалов, работающих в условиях вязких
агрессивных сред при термоциклических и механических нагрузках
долговечностью для работы в условиях вязких химически активных сред при
термоциклических и механических нагрузках и которая включает как стандартные,
так и специальные методы исследований в разработке которых автор данной
диссертационной работы принимал непосредственное участие.
2.2. Изготовление образцов и контроль качества металла
Проведение плавок и применяемые материалы. Опытные плавки проводили в
лабораторных условиях в индукционных печах типа ИСТ емкостью 20…400 кг с
основной и кислой футеровками. Отливки получали методом фракционной разливки
металла постоянного состава. Для предотвращения насыщения металла газами
наводили искусственный шлак из кварцевого песка и плавикового шпата. Заливку
металла осуществляли в сухие литейные формы, получая заготовки (литые образцы)
согласно ГОСТ 7293-85, из которых вырезали образцы для контроля химического
состава, металлографических исследований и определения механических и служебных
свойств.
При получении образцов из материала для наплавочных работ, вначале отливали или
получали методом экструзии наплавочные прутки диаметром 1,5…5 мм и длиной до
200 мм. После этого при помощи газовой горелки ГЗ-03 с наконечником №5,
кислорода и ацетилена (пламя нормальное) наплавляли металл в медный
кристаллизатор. Из полученных заготовок изготавливали образцы для
исследований.
При проведении плавок были использованы чушковые литейные и передельные чугуны,
чугунный и стальной лом, ферросилиций, ферромарганец, феррохром, никель, медь,
алюминий, железо «Армко», электродный бой, феррованадий, ферромолибден,
ферровольфрам, ферробор, церий. Раскисление и модифицирование сплавов
осуществляли в печи перед выпуском металла. Для получения вермикулярной и
шаровидной формы графита в чугуне использовали лигатуры ЖКМ-1 и ЖКМ-2. Для
снятия внутренних напряжений и получения необходимой структуры отливки отжигали
в печах сопротивления.
Контроль химического состава и плотности. Отбор проб для определения
химического состава производили в соответствии с ГОСТ 7565-81. Содержание
углерода, серы, фосфора и магния определяли химическим методом, а содержание
кремния, марганца, хрома, меди, вольфрама, ванадия, молибдена, никеля, алюминия
– спектральным в соответствии с ГОСТ 225360-87 ... ГОСТ 2253610-77 и ГОСТ
26040-77 ... ГОСТ 260413-82. Плотность определяли стандартным методом
гидростатического взвешивания.
Металлографический анализ. Металлографический анализ проводили на микроскопах
МИМ – 7, МИМ – 8, Epytip (Карл Цейс Иена) и Metovol по ГОСТ 3443-87, а также на
электронных микроскопах УЭМВ-100В и УЭМВ-100К.
Анализ структурных составляющих проводили на образцах после травления металла.
В качестве травителей использовали 5 %-ый раствор азотной кислоты в этиловом
спирте, а для никелевых сплавов – реактив Марбле, состоящий из 99,0 мл
этилового спирта, 2,0 мл соляной кислоты и 5,0 г хлорного железа.
Форму, размеры, распределение и количество графита в чугунах и
графитизированных сталях определяли на нетравленных шлифах по ГОСТ 3443-87.
Определение параметра формы графита llг осуществляли с помощью оптического
микроскопа при увеличении х100, измеряя длину и ширину пластинчатых или
максимальный и минимальный размеры округлых включений графита согласно методики
[253], которая впоследствии была использована при разработке Государственного
стандарта Украины ДСТУ 2891-94 «Чугун для отливок»:
, (2.1)
где L – длина включения, мм;
c – ширина включения, мм.
При подсчете параметра формы llг графита учитывали только те включения, через
которые проходило перекрестие нитей окуляра при перемещении шлифа на
- Київ+380960830922