Меню

Дефект металла газовый пузырь



MetalloPraktik.ru

Технология производства металлопроката | Опыт. Исследования. Результаты.

Дефект холодного проката «Раскатанный пузырь»

Дефект «Раскатанный пузырь»

Характеристика дефекта (фото ниже):

«Раскатный пузырь» представляет собой дефект в виде пленочных отслоений, расположенных по поверхности проката и представляющих собой нарушения целостности металла, образовавшейся при раскатке газового пузыря слитка или сляба. Дефект может сопровождаться пленами, надрывами, окалиной, трещиной, темными пятнами или полосами.

Причина возникновения дефекта:

1. Раскатка окислившихся и не заварившихся сотовых или подкорковых газовых пузырей.

2 Окисление металла кислородом при разливке стали.

3 Повышенная газонасыщенность металла вследствие перегрева.

4 Выделение химических соединений из металла при кристаллизации вследствие уменьшения их растворимости при снижении температуры.

5 Повышенное газообразование в стали с формированием пузырей в поверхностных зонах сляба МНЛЗ.

6 Захват частиц шлака вследствие излишней турбулентности в зоне уровня кристаллизатора.

7 Течь воды из кристаллизатора.

8 Нарушение технологических параметров производства стали (низкий уровень металла в ковше, некачественная шлакообразующая смесь, недостаточная защита струи и «зеркала» металла от окисления).

9 Применение кислорода при обработке стаканов промковшей или нарушение режима сушки ковшей.

10 Повышенное содержание влаги в шлакообразующей смеси.

11 Нарушение технологии раскисления стали (недостаточная раскисленность металла).

12 Оплавление слитков в колодцах или длительный нагрев металла при высоких температурах без оплавления.

Устранение дефектов:

1 Использование качественных шлакообразующих материалов.

2 Равномерная подача шлакообразующей смеси в кристаллизатор

3 Соблюдение технологии выплавки и раскисления стали.

4 Применение защитных погружных стаканов.

5 Тщательная подготовка ковшей к приему металла, и исключение попадания конвертерного шлака в ковш..

6 Поддержание технологического оборудования в исправном состоянии.

7 Повышение основности шлака.

8 Уменьшение количества свободного кислорода в конце плавки в конвертере.

9 Рафинирование металла от неметаллических включений путем продувки металла аргоном, использование перегородок и фильтров в промежуточном ковше.

Дефектные участки с пузырями могут быть вырезаны и переведены в некондицию или брак.

Дефекты фото:

Вид вскрывшегося пузыря в последних клетях прокатного стана:

Источник

Дефект металла газовый пузырь

Введение.

Каждое предприятие литейного производства время от времени пересекаются с вопросами газовых образований (появления газовых раковин).

Работа по предотвращению брака отливок заключается в выявлении брака, анализе характера обнаруженных дефектов, определении причин их возникновения, назначении и выполнении процедур по предупреждению дефектов.

Литературный обзор.

Определение дефекта металла

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией (ГОСТ-17102).

В прикладном, техническом понимании следует считать такие отклонения от нормального, предусмотренного стандартами качества, которые ухудшают рабочие характеристики металла или изделия и приводят к снижению сортности или отбраковке изделий. Однако не всякий изъян металла является дефектом изделия. Отклонения от нормального качества металла, которые не существенны для работы данного изделия, не должны считаться для него дефектами. Отклонения от нормального качества, являющиеся дефектами для изделий, работающих в одних условиях (например, при усталостном нагружении), могут не иметь значения при других условиях работы (например, при статическом нагружении).

Виды дефектов.

Дефекты подразделяют на явные, скрытые, критические, значительные и малозначительные, исправимые и неисправимые. Явные поверхностные дефекты выявляют глазом, а внутренние скрытые и поверхностные, неразличимые глазом, – специальными средствами. Критическим называют дефект, при наличии которого использование продукции по назначению невозможно или исключается из-за несоответствия безопасности или надежности. Значительный – дефект, который существенно влияет на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность, но не является критическим. Малозначительный – дефект, который не оказывает влияния на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность.

По происхождению дефекты изделий подразделяют: на производственно-технические, металлургические, возникающие при отливке и прокатке; технологические, возникающие при изготовлении и ремонте деталей (сварке, наплавке, механической и термической обработках, калибровке и др.); эксплуатационные, возникающие после некоторой наработки изделия в результате усталости металла деталей, коррозии, охрупчивания под действием радиации, изнашивания и т.д., а также неправильного технологического обслуживания в эксплуатации

Усадочные раковины – открытые или закрытые сравнительно большие полости произвольной формы с грубой шероховатой, иногда окисленной, поверхностью, находящиеся в теле отливки. Образуются вследствие неравномерной усадки металла при затвердевании в верхней части слитка или в утолщенных частях отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Усадочные раковины находятся между сердцевиной и коркой отливки.

Рыхлота – местное скопление мелких усадочных раковин при крупнозернистой структуре металла. Часто встречается рыхлота, расположенная над усадочной раковиной.

Пористость – местное скопление мелких газовых или усадочных раковин. Газовая пористость обычно наблюдается в большом объеме отливки или отдельных ее участках.

Ликвационные зоны – неравномерность химического состава металла в теле отливки. Газовая ликвация – характерный дефект слитка кипящей стали, представляющий собой участки структурной и химической неоднородности в виде стреловидной ликвации – каналов в зоне наружной корочки и сегрегационных пятен у внутренних концов сотовых пузырей. Участки газовой ликвации в пузырях загрязнены неметаллическими включениями (сульфидами и оксисульфидами).

Читайте также:  Влияние образующихся на поверхности металла окислов на процесс коррозии

Газовые пузыри или раковины в литом металле представляют собой полости (округлые, овальные или продолговатые) с чистой и гладкой, иногда окисленной поверхностью. По расположению в слитках пузыри могут быть внутренние и подкорковые. Внутренние пузыри расположены произвольно по объему слитков, в спокойной стали преимущественно в верхней части слитков, а в кипящей в средней по высоте и сечению зоне. Подкорковые пузыри расположены у поверхности слитков и представляют собой тонкие извилистые каналы, часто выходящие на поверхность. Горячая деформация приводит к завариванию пузырей в том случае, если стенки их не содержат стойких оксидов или силикатов, а содержат только оксиды железа и марганца. На поперечных макрошлифах спокойной стали незаварившиеся пузыри имеют вид тонких полосок. Песчаная раковина – полость в теле отливки, частично или полностью заполненная формовочным материалом.

Шлаковая раковина – полость, заполненная шлаком.

Вскип, вскиповая раковина – оксидные складки или раковины, образующиеся при кипении сплава. Различают скипы со стороны формы, стержня и от холодильника.

Металлические включения – инородные металлические тела в основном металле отливки. Такими телами могут быть нерасплавленный легирующий компонент, модификатор, внутренний холодильник и т.д.

Неметаллические включения бывают двоякого рода и происхождения:

1) включения неметаллических частиц, попавших в металл извне (частицы шлака, огнеупора, графита, песка и т.д.) могут образовать шлаковые и песчаные включения, которые чаще всего расположены в верхних частях отливки или на их поверхности;

2) включения частиц окислов, сульфидов, силикатов, нитридов, образующихся внутри металла вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке сплава. Они располагаются в виде цепочек или сетки, часто по границам зерен. По форме бывают округлые или удлиненные. Последние могут сильно снижать пластичность металла.

Газовая пористость.

Газовые раковины представляют собой полости в теле отливки, образованные выделившимися из металла или внедрившимися в металл газами. Поверхность таких раковин гладкая. Газовые раковины могут быть одиночными и групповыми.

Газовая пористость определяется следующим образом (на примере алюминиевых литейных сплавов):

балл 1 — мелкая пористость;

балл 2 — пониженная пористость;

балл 3 — средняя пористость;

балл 4 — повышенная пористость;

балл 5 — высокая пористость.

Пользоваться эталонами степени пористости можно независимо от марки сплава.

Условия определения газовой пористости:

При определении пористости в алюминиевых литейных сплавах усадочная рыхлость или центральная пористость исключается.

Для определения газовой пористости темплеты (плоская масштабная модель), вырезанные из чушек, отливки или образцы, вырезанные из отливок, обрабатывают до шероховатости Ra не более 1,6 мкм.

Для определения газовой пористости макрошлиф травят, не выявляя макроструктуры, затем промывают проточной водой и просушивают фильтровальной бумагой.

Газовая пористость темплетов чушек определяется на трех квадратах площадью 1 см 2 каждый. Количество пор и размер пор определяют как среднее арифметическое трех измерений.

Балл пористости, определенный по трем квадратам на двух макрошлифах темплетов чушек, распространяют на всю плавку.

Контроль пористости проводят визуально, невооруженным глазом. Для определения диаметра пор можно пользоваться оптическими приборами с увеличением до 10 раз.

Причины образования газовых раковин:

Дефект образуется в результате механического проникновения газов в жидкий расплав с поверхности раздела металл — форма, если газы выделяются из форм и стержней. Это явление часто сопровождается видимым эффектом кипения расплава или выбросом его из формы и поэтому получило название вскип. На границе раздела металл — форма газы практически присутствуют всегда, однако внедриться в металл они могут только при условии, если избыточное газовое давление в форме или стержне будет превышать сопротивление со стороны металла, зависящее от высоты столба металла над соответствующей точкой формы или стержня и от удельного веса жидкого сплава.

Образуется газовый пузырь из-за потока газов, выходящего из поры в формовочном материале; образующегося около устья поры газовый пузырь растет до тех пор, пока силы поверхностного натяжения металла, стремящиеся округлить пузырь до шара, и подъемная сила металла не оторвут его от поверхности формы. На месте отрыва пузыря растет новый.

Газы могут механически захватываться металлом в элементах литниковой системы и непосредственно в полости литейной формы при заливке. Захваченные таким образом пузыри газа могут остаться в отливке и образовать газовые раковины. Струя металла, вытекающая из ковша, увлекает воздух в литниковую воронку или чашу, откуда пузыри воздуха могут вместе с металлом попасть в стояк и далее — в полость литейной формы. Количество воздуха, увлекаемого струей металла, возрастаем с .увеличением высоты ее падения. Распыленная, неправильной формы струя металла увлекает больше воздуха, чем струя правильной формы — круглая. Количество воздуха, попадающего в стояк, зависит также от конструкции и объема литниковой чаши.

Читайте также:  Сколько весит лист металла 4мм 1250 2500

Причиной образования раковин могут быть газы, выделяющиеся из предметов, устанавливаемых в форму: холодильников, жеребеек, шпилек, солдатиков, асбестовых прокладок и т. п. Если поверхность этих предметов покрыта ржавчиной или сконденсированной влагой, то при контакте с металлом происходит газообразование, приводящее к возникновению в отливках местных наружных или внутренних газовых раковин. Аналогичным образом образуются газовые раковины от прокладочной глины.

Раковины часто возникают от газов, содержащихся в жидком металле. В жидком металле всегда присутствуют газы (азот, водород, кислород): а) б) в)

Скачкообразное падение растворимости газа в металле в период затвердевания приводит к образованию газовых раковин. Такое понижение растворимости приводит к тому, что из закристаллизовавшейся твердой фазы газы переходят в расплав, который непрерывно ими обогащается (степень обогащения незакристаллизовавшегося расплава газом зависит от скорости распространения газа в металле и скорости кристаллизации).

Способы решения проблемы.

Способы предотвращения газовых раковин. Для предупреждения газовых раковин, образующихся при механическом проникновении газов в металл (вскипе), следует:

Уменьшать газотворность смесей – для этого необходимо:

  1. Устанавливать оптимальный состав формовочных и стержневых смесей. При этом смеси должны содержать минимальное количество газотворных материалов — воды, органических связующих, противопригарных добавок, глины, извести, слюды, асбеста и т. п.
  2. Стержни на основе крепителей с высокой гигроскопичностью необходимо устанавливать в форму полностью остывшими, а формы заливать сразу же после сборки. Для сложных стержней применение смесей на гигроскопичных крепителях нецелесообразно.
  3. Радикальным способом является высушивание и прокаливание стержней и форм. При этом из них почти полностью удаляется вода, и частично удаляются летучие продукты из связующего материала.
  4. Для стержней из самотвердеющих жидкостекольных и наливных смесей, содержащих в исходном состоянии до 5% влаги, рекомендуется обязательная сушка. При подсушке стержней и хорошей их вентиляции вскипы не происходят.
  5. Образованию газовых раковин в отливках может способствовать краска, обладающая повышенной газотворной способностью, особенно нанесенная толстым слоем. Окрашенные стержни надо подсушивать.
  6. Увеличивать скорость отвода газов из форм и стержней:
  7. Повышение скорости отвода газов из форм и соответственно снижение давления газа достигается прежде всего уменьшением длины пути фильтрации газов. Для этого необходимо уменьшать расстояние от отливки до стенок и лада опок, предусматривать вентиляционные каналы в форме и стержне.
  8. Радикальным решением проблемы ликвидации брака по газовым раковинам от форм и стержней является использование оболочковых форм и стержней. В этом случае давление газа на границе металла формы (стержень) не превышает 5 Г/см 2 и значительно меньше критического, равного 12—20 Г/см 2 . Должно быть обеспечено надежное удаление газов из стержней через форму. Для этого необходимо, чтобы вентиляционный канал в форме был продолжением вентиляционного канала стержня, чтобы обеспечивалась надежная защита знака стержня и вентиляционного канала от попадания металла. При заливке знака стержня или вентиляционного канала в форме может произойти длительный вскип (с выбросом металла из формы), и как следствие в отливке образуются групповые газовые раковины.
  9. Cпособствовать удалению из отливки внедрившихся газовых пузырей до момента ее полного затвердевания.
  10. Один из основных методов предупреждения механического проникновения газа в металл является создание дополнительного давления газов над зеркалом металла в полости формы. Этот метод применяют при литье под низким давлением. Повышение противодавления на зеркало металла препятствует проникновению в него газов из форм и стержней и образованию газовых раковин.
  11. Для удаления газовых пузырей из жидкого металла наиболее эффективно повышение температуры заливаемого металла. При повышенной температуре заливки сплава увеличивается время, в течение которого возможно удаление пузырей газа из отливки. Повышение температуры заливки наиболее эффективно для тонкостенных отливок.
  12. Для устранения раковин от газов, захватываемых металлом при заливке форм, необходим, правильный расчет и конструирование литниковой системы. Размеры элементов литниковой системы даже для простых отливок следует рассчитывать по проверенным нормалям, учитывающим конфигурацию и развес литья, особенности технологического процесса и другие факторы. С целью предотвращения газовых раковин рекомендуется медленная заливка форм. Вытекающая из ковша струя металла должна быть компактной, для чего сливной носок или стопорное устройство ковша не должны иметь настылей. Скорость заливки должна соответствовать пропускной способности литниковой системы
  13. Для предупреждения образования раковин от предметов, устанавливаемых в полость формы (холодильников, жеребеек, арматуры и т. п.), их поверхность следует очищать от ржавчины, масла и других газотворных веществ. Жеребейки следует покрывать тонким слоем олова, толщина должна быть минимальной, так как избыток олова может привести к образованию пористости. Предварительно очищенные холодильники следует покрывать малогазотводным огнеупорным материалом (краской, песком). Время до заливки форм, особенно сырых, с установленными холодильниками должно быть минимальным, так как на холодильниках конденсируется влага. Нельзя допускать выхода на рабочую поверхность форм крючков, деревянных солдатиков и частиц скрапа, попавших в смесь. Оборотную смесь, входящую в состав облицовочной, следует подвергать магнитной сепарации. Слой прокладочной глины, которую можно заменить на асбестовый лист или шнур, формовочную смесь, сухой песок и т.д. ,по разъему форм и знакам стержней должен быть минимальным.. Перед перекрытием форм, особенно для крупных отливок, следует тщательно удалять из полости формы все посторонние предметы, лишние жеребейки, прокладочную бумагу, куски глины, смеси и т. п.
  14. Для предотвращения образования раковин от газов, содержащихся в жидком металле, следует снижать газонасыщенность исходных шихтовых материалов, правильно вести плавку, обработку металла перед заливкой в формы и разливку. С целью уменьшения газонасыщенности металла следует избегать применения ржавого лома, так как с увеличением срока хранения ржавого лома содержание газов в нем возрастает.. Газонасыщенность сплава может измениться из-за интенсивного обмена газами между металлом, шлаком и атмосферой печи в процесее плавки. Для уменьшения газонасыщенности стали, процесс кипения ее следует проводить более интенсивно, чтобы образующиеся пузырьки СО при всплывании увлекали за собой растворенный в металле водород. Недопустима чрезмерно длительная выдержка стали в ковше перед заливкой, так как даже раскисленная сталь быстро обогащается газами, особенно в недостаточно просушенных ковшах и при влажном воздухе.
Читайте также:  Адгезия силикона к металлу

Цель работы заключается в снижении вероятности образования газовых раковин в отливках за счёт привнесения в расплав транспортного инертного газа. При этом уже образовавшиеся газовые пузырьки объединяются и выходят на поверхность расплава.

Экспериментальная часть.

На сегодняшний день на базе ФГУП «ПО «Маяк» реализован проект по станкостроению. На базе предприятия организована крупно узловая сборка промышленных станков, в том числе станков с числовым-программным управлением (ЧПУ). Станина станка – основная корпусная несущая составляющая. На станине монтируются узлы и механизмы технологических машин. Качество работы станка целиком зависит от прочности, жесткости и износостойкости литой станины, так как на нее действуют усилия при работе механизмов. Станина обеспечивает точное взаимное расположение всех основных узлов станка. Станины для станков закупаются в Китае и через Балтийскую компанию (г. Санкт-Петербург), и только потом станины поставляются непосредственно на ФГУП ПО МАЯК.

В рамках исследования к сотрудничеству по получению образцов отливок было задействовано «Кыштымское машиностроительное объединение» входящее в крупнейший металлургический холдинг РМК (Российская медная компания). Основным видом деятельности предприятия является литейное производство, где качество выпускаемой продукции очень высоко. Брак продукции составляет от 7-15% от всей выпускаемой продукции.

Каждое предприятие литейного производства время от времени пересекаются с вопросами газовых образований (появления газовых раковин).

Работа по предотвращению брака отливок заключается в выявлении брака, анализе характера обнаруженных дефектов, определении причин их возникновения, назначении и выполнении процедур по предупреждению дефектов.

Задачи исследования по предупреждению появления газовых раковин:

уменьшение газотворности за счёт оптимизации состава формовочных и стержневых смесей;

увеличение скорости отвода образующихся в результате химических реакций или привнесённых газов из форм за счёт уменьшения длины пути фильтрации газов;

удаление из отливки внедрившихся газовых пузырей до момента ее полного затвердевания;

привнесение в расплав транспортного инертного газа;

контроль концентрации раскислителя.

Первые два метода описаны в учебниках и справочниках по металлургии, и эффект по их применению в исследовании оказался минимальным.

Контроль концентрации раскислителя позволяет существенно снизить количество окисленных форм железа и других металлов, что благотворно влияет на протекание химических реакций с образованием газов раскислителя. Однако здесь субъективным критерием является сам исходный металл и количество примесей в его составе.

Эффективным способом устранения газовых дефектов, после неоднократных исследований в стале-литейном цеху «Кыштымского машиностроительного объединения» стал метод привнесение в расплав транспортного инертного газа.

За счёт введения в расплав металла инертного транспортного газа возможно существенно повысить вынос газовых пузырей за пределы ковша. В качестве направляющего тракта применяли специально изготовленные для этих целей на предприятии «Бакор» керамические трубки, способные выдержать высокие температуры.

Инертный газ является уникальным газом, который не вступает в реакции с другими присутствующими веществами, находясь в ковше в момент заливки расплавленного метала он вызывает процесс барботажа (объединение более мелких частиц СО в более крупный), являясь при этом надежным проводником сопутствующих газов на границу раздела фаз «Металл – Воздух».

На первом этапе исследований был проведён анализ причин возникновения газовых пористостей на литейном производстве Кыштымского машиностроительного объединения. Непосредственно на предприятии были отобраны образцы металлов, имеющих газовые пористости и проведён анализ на содержание компонентов на Атомно-эмиссионном спектрометре «Spectromaxx» в центральной заводской лаборатории. Результаты анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Химический анализ исходного металла, % (Атомно-эмиссионный спектрометр «Spectromaxx»)

Источник