Разработка и исследование литого железоалюминиевого композита и процесса раскисления им литейных сталей

• Автор: Петровский, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Роль алюминия в литейных сталях

1.2. Обработка жидкой стали алюминием и оценка способов его ввода

в расплав

Краткие выводы, цели и задачи исследования

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объект исследования.

2.2. Исходные материалы

2.3. Методика приготовления железоалюминиевого композита

2.4. Методика исследования структуры и свойств железоалюминиевого композита.
2.4.1. Определение плотности.
2.4.2. Определение структурных составляющих
2.5. Методика определения алюминия, кислорода, неметаллических включений в стали и ее механических свойств
3. РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОАЛЮМИНИЕВОГО КОМПОЗИТА
3.1. Требования к композитному раскислителю жидкой стали.
3.2. Условия получения литого композитного раскислителя
3.3. Выбор матричного и армирующего компонентов
3.3.1 Выбор матричного компонента
3.3.2. Выбор армирующего компонента
3.4. Разработка технологии жидкофазного совмещения компонентов
3.5. Оценка взаимодействия компонентов композита.
3.6. Разработка состава
3.7. Краткие выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ
ЖЕЛЕЗОАЛЮМИНИЕВОГО КОМПОЗИТА.
4.1. Исследование свойств
4.2. Исследование структуры
4.3. Краткие выводы.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖЕЛЕЗОАЛЮМИНИЕВОГО КОМПОЗИТА С ЖИДКОЙ СТАЛЬЮ
5.1. Прогнозируемый механизм взаимодействия.
5.2. Оценка теплового эффекта
5.3. Оценка изменения химического состава жидкой стали.
. р 5.4. Краткие выводы
6. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСКИСЛЕНИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ ЖЕЛЕЗОАЛЮМИНИЕВЫМ КОМПОЗИТОМ
6.1. Оценка эффективности раскисления углеродистой стали.
6.2. Оценка эффективности раскисления легированной стали.
6.3. Краткие выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
I
И
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Удаление твердых продуктов раскисления жидкой стали алюминием происходит в основном в момент выпуска ее из печи в ковш и разливке, то есть когда имеет место турбулентное перемешивание расплава. В этот период удаляется до % оксидных включений. Очищение металла от включений корунда происходит главным образов вследствие массоперсноса их потоками металла к поверхностям раздела со шлаком и футеровкой [7]. Адгезия корунда на поверхности этих фаз облегчается вследствие высокой межфазной энергии на границе его с жидкой сталью [3, 8-]. В процессе выдержки расплава в ковше или в форме, удаление неметаллических включений незначительно [2]. Наряду с растворенным кислородом, алюминий, вводимый в сталь, взаимодействует с азотом и серой, находящимися в расплаве, образуя нитриды, сульфиды и комплексные соединения. Нитриды алюминия в жидкой стали при раскислении, как правило, не образуются []. Большая величина произведения равновесных концентраций алюминия и азота исключает такую возможность. Как показано в работе [], максимальное количество нитридов алюминия выделяется при 0 - °С. Согласно [], при температурах выше 0 °С включения AIN сразу после выделения коагулируются и располагаются в металле в виде отдельных крупных однородных частиц. При температурах ниже 0 °С включения выделяются главным образом по границам зерен. При повышенном содержании алюминия в стали (более 0,1 %) выделяются нитриды двух групп []: нитриды первой группы имеют вид игл длинной до мкм; нитриды второй группы выделяются в виде крупных призматических зерен длинной до мкм и толщиной до мкм. Алюминий оказывает существенное влияние на форму и распределение сульфидных включений [, , ]. При раскислении жидкой стали небольшим количеством алюминия сульфиды и оксисульфиды кристаллизуются в виде обособленных беспорядочно разбросанных глобулей - первый тип включений (Рис. Эти включения оказывают незначительное влияние на свойства стали, обеспечивая ее высокие пластичность и вязкость [, ]. Однако при этом в отливках может быть развита ситовидная пористость. При введении алюминия в количестве, при котором металл хорошо раскислен, но в нем остается мало избыточного алюминия, сульфиды выпадают в виде пленок или мелких включений, образующих цепочки по границам зерен - второй тип включений (Рис. Такие включения, имея развитую поверхность, ослабляют связь между зернами литого металла и ухудшают механические свойства, прежде всего пластичность и ударную вязкость стали, и вызывают красноломкость []. Дальнейшее увеличение количества вводимого для раскисления алюминия приводит к образованию включений третьего типа, относительно крупных, неправильной формы (Рис. Согласно [2, ], сульфиды III типа состоят из сульфидов алюминия, марганца и железа. Авторы работ [-] не обнаружили сульфидов алюминия. По их мнению, сульфиды III типа состоят из железо-марганцевых сульфидов, выделение которых происходит на включениях корунда и шпинели. В работе [] показано, что, наряду с содержанием алюминия, на образование сульфидных включений различных типов оказывает влияние содержание углерода в стали (рис. Выявлено, что для предотвращения образования сульфидов второго типа по мере снижения содержания углерода в стали необходимо увеличивать содержание остаточного алюминия. Согласно [], критическое содержание алюминия, при котором образуются включения второго типа, составляет: в малоуглеродистой стали 0, - 0,1 %, среднеуглеродистой - 0,5 - 0,5 %, в высокоуглеродистой -0,5 - 0,0 % . Чтобы образовывались сульфиды первого типа, желательно иметь докритическое содержание алюминия, но его бывает недостаточно для получения плотной мелкозернистой стали, поэтому чаще приходится вводить свсрхкритическое количество алюминия. Рис. А1докр = 0. С]. А1смрхкр = 0,/[%С] + 0,5. Данные о влиянии углерода, кремния, алюминия и фосфора на типы включений в стали с содержанием серы 0,2 % приведены в исследовании []. Было установлено, что в бескремнистых сталях, независимо от размера присадки алюминия, образуются сульфиды только 1 и 2 типов.