Технология устранения дефектов стального литья экзотермической наплавкой

• Автор: Кувшинова, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тольятти
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Аннотация

Глава 1. Особенности экзотермической наплавки

1.1. Принцип процесса экзотермической наплавки

1.2. Основные способы экзотермической наплавки

1.3. Параметры режима процесса экзотермической наплавки

1.4. Компоненты термитной шихты

1.4.1. Основные компоненты

1.4.2. Легирующие добавки в термитной шихте

1.4.3. Металлический наполнитель

1.4.4. Технологические добавки

1.4.5. Связующие вещества

1.5. Оснастка для экзотермической наплавки
1.6. Задачи исследования
Глава 2. Определение состава термитной шихты для заварки малых дефектов
2.1. Определение количества основных компонентов шихты
2.2. Грануляция компонентов термитной шихты
2.3. Выбор способа уплотнения термитной шихты
2.4. Исследование состава термитной стали
2.5. Исследование влияния технологических добавок к шихте на
качество термитной стали
Выводы
Глава 3. Особенности формирования наплавленного металла
3.1. Предварительный подогрев зоны наплавки
3.2. Определение условий качественного сплавления наплавленного металла с основным
3.3. Исследование условий снижения пористости наплавленного

металла
3.4, Структура и механические свойства металла в зоне наплавки 115 Выводы
Глава 4. Технология экзотермической наплавки
4.1. Разработка технологической оснастки
4.2. Типовой технологический процесс заварки поверхностных дефектов стального литья
4.3. Опытно-промышленное опробование разработанного
технологического процесса
Выводы
Заключение
Общие выводы
Предложения
Использованная литература
Приложение
Аннотация
Актуальность темы. Небольшие поверхностные дефекты типа усадочных и газовых раковин объёмом до (10...25) • 10'6м3 составляют более 60 % всех дефектов стального литья. Поверхностные дефекты являются концентраторами напряжений при эксплуатации изделий и могут существенно понизить прочность литых деталей. Кроме того, поверхностные дефекты ухудшают товарный вид изделий. Поэтому их обычно заваривают ручной дуговой или газопламенной сваркой. Перед заваркой дефекта требуется его механическая разделка и подогрев. Расходуются дорогостоящие электроды или газы, операция заварки трудоёмка, требует наличия сварочного оборудования и высокой квалификации сварщика. Так, например, в ремонтно-литейном цехе АО АвтоВАЗ на заварке дефектов работают два сварщика 5-го разряда. Всё это увеличивает затраты на осуществление процесса заварки поверхностных дефектов литья.
Более экономичным процессом является экзотермическая наплавка, при которой нет необходимости в разделке дефекта, не требуется электроэнергия, горючие газы, электроды и сварочное оборудование. В качестве ингредиентов термитной шихты используются отходы металлургического производства и дешёвые порошки первичного алюминия. Резко снижаются требования к квалификации рабочих. Обеспечивается высокая производительность процесса.
Однако процесс экзотермической наплавки изучен и освоен лишь для устранения крупных дефектов или восстановления крупных частей машин и механизмов, для которых требуется более трёх килограмм термитной шихты (—1,5 кг наплавляемого металла). Сведения о технологии наплавки малыми порциями шихты, с выходом наплавляемого металла менее 0,3 кг, в литературе отсутствуют. Это связано с трудностями зажигания и обеспечения горения малых порций шихты: процесс горения не успевает установиться, сплошной слиток металла массой
прессовали в форме при усилии 100 кгс. Такое усилие прессования выбрано как минимальное, при котором образец держал форму и не разрушался. Усилие прессования выше 100 кгс применять не имело смысла. Чем выше усилие, тем плотнее частицы термитной смеси прилегают друг к другу и тем меньше воздушная прослойка между ними. А во время экзотермической реакции, помимо кислорода оксида железа активно используется кислород воздуха [71]. Известно также, что кислорода оксида железа может быть не достаточно для стабильного протекания экзотермической реакции. Поэтому применяют меры по обогащению термитной шихты кислородом путём дополнительного доступа кислорода из атмосферы или из других компонентов шихты [71; 79; 121]. В нашем случае в изготовленном брикете основными поставщиками кислорода служат окалина, и воздушная прослойка между частицами термитной смеси. Кислород из воздушной прослойки окисляет алюминий, что даёт дополнительное количество тепла, достаточное для поддержания и развития начинающейся экзотермической реакции. Поэтому прессование брикета смеси с усилием выше 100 кгс может создавать трудности для стабильного протекания экзотермической реакции.
На первой стадии эксперимента изготовили 10 брикетов. Каждый брикет помещали в стакан из формовочной смеси, накрывали крышкой с отверстием, через которое смесь поджигали газовой горелкой. Из десяти брикетов воспламенились восемь, но ни в одном из восьми брикетов реакция не дошла до конца. Реагировало всего
5... 10% термитной смеси брикета. Прореагировавшая часть смеси представляла собой шлаковый спёк, металлических слитков в нём не было обнаружено.
Было высказано предположение, что причина такого результата - нехватка кислорода для свободного протекания реакции. Очевидно, что даже при усилии 100 кгс частицы компонентов термитной смеси