HomeОбработка сталиМеханическая обработка › Газовые включения в стали — пузыри

Газовые включения в стали — пузыри

Газовые включения в стали - пузыриКроме твердых включений, в стальном слитке часто встречаются включения газов, образующихся в металле во время затвердевания слитка и не успевающих выделиться из металла.

 

Газообразные примеси попадают в металл во время плавки из шихты, печных газов или атмосферы, растворяясь в нем непосредственно или путем предварительного образования химического соединения, растворимого в металле. При отливке газы могут попадать из материала формы или из веществ, покрывающих стенки формы (обмазки), или из загрязнений металлических стенок и т. п.

 

При этом газы образуются вследствие выгорания или испарения указанных веществ при соприкосновении с горячим жидким металлом могут раствориться в последнем или механически внедриться. Наконец, газы могут быть механически захлестнуты (из атмосферы) струей металла при слишком быстрой заливке или неудачном расположении литников и выпоров.

 

Из газов, попадающих в жидкий металл и обнаруживаемых затем в пузырях затвердевшего металла, главным образом встречаются: Н2, СО, N2, С02, 03 Н20, СН4, SO,.

Состав газовой смеси в пузырях может быть самым разнообразным в зависимости от металла и соприкасавшейся с ним атмосферы (газовой среды). Чаще всего и в наибольшем количестве в газовых пузырях встречаются Н2 и CO. J

 

Все газы, содержащиеся в металле, могут быть разделены по происхождению на две группы:

1) газы, непосредственно растворенные в металле при плавке и выделяющиеся при охлаждении вследствие уменьшения растворимости;

2) газы, образуемые реакцией в металле при плавке и разливке. Например, образование газов в стали может получиться в результате следующих реакций:

FeO + С = Fe + СО; ^ Fe + Н20 = FeO + Н2. (2)

 

Особенно часто происходит реакция (1) в стали, не вполне раскисленной, т. е. не освобожденной от FeO. При отливке такая сталь, вследствие обильного выделения СО из жидкого металла, производит впечатление кипения жидкости, откуда она и получила название кипящей стали. В затвердевшем слитке такой стали обычно обнаруживается чрезвычайно большое количество пузырей.

 

Для практики имеет значение не только количество пузырей, но и их расположение и форма в слитке. Особенно опасны бывают литье и механическая иирииотка стили сотовые или подкорковые пузыри, расположенные п большом количестве близ поверхности слитка; они бывают хорошо заметны на макрошлифе. Благодаря близости их к поверхности при последующей механической обработке легко могут произойти надрывы металла, вызывающие образование на поверхности слитка выбоин, рванин и трещин.

 

Эти дефекты нельзя исправить путем заваривания, так как стенки таких газовых пузырей окисляются и металл не сваривается даже при энергичной ковке или прокатке в нагретом состоянии. Менее вредными оказываются внутренние газовые пузыри, в которых стенки металла остаются неокисленными и, при энергичном давлении газ может продиффундировать в нагретый металл, так что пузыри могут завариться, не оставляя следов своего существования.

 

Там же, где слиток в дальнейшем не подвергается горячей механической обработке, наличие газовых пузырей является дефектом, которого необходимо избегать при самом литье.

 

Газовая ликвация. Говоря о газовых включениях, необходимо отметить связь их с ликвацией в слитке. Выше было указано, что выделение газовых пузырей может не быть приноровлено к ликвационным областям, как, например, в случае образования «сотовых» пузырей около наружных слоев слитка, но часто все-таки наблюдается, что пузыри сосредоточиваются в ликвационных областях.

 

При этом иногда в макроструктуре видна газовая ликвация, заключающаяся в том, что в газовых пузырях скопляется некоторое количество ликвата (маточного раствора) в виде твердых неметаллических включений или богатого растворенными примесями металла.

 

Газовая ликвация объясняется тем, что в газовых пузырях при охлаждении происходит некоторое разрежение (вакуум) вследствие уменьшения при охлаждении давления газов, заполнявших пузырь. При этом, благодаря, опять-таки, существованию просветов между кристаллами, получается сообщение между пузырем и последними порциями маточного раствора, которые и засасываются в пузырь.

 

Борьба с пузырями: раскислители и успокоители металла. Меры, предпринимаемые с целью уменьшения возможности образования пузырей в металле, чрезвычайно разнообразны в соответствии с разнообразием условий их получения. Они сводятся к уменьшению содержания растворенных или внедренных газов в жидком металле и к предотвращению газообразования вследствие реакций.

 

В первом случае наиболее действительным средством была бы отливка металла в вакууме при наиболее низкой температуре, так как растворимость газов в жидком металле тем меньше, чем меньше давление и температура, и газы должны выделяться из металла в вакуум наиболее полно.

 

В практике иногда применяют эту меру, однако отливка в вакууме представляет технические трудности и потому прибегают обычно к другим, менее действительным мерам для уменьшения количества растворенных газов в жидком металле: предохранению от непосредственного соприкосновения с га зами под покровом шлаков (которые, однако, только замедляют, но не пресекают насыщение металла газами), наблюдению за чистотой загружаемых при плавке материалов, продолжительному выдерживанию, встряхиванию отлитого жидкого металла, применению различных способов отливки и т. п.

 

Наиболее же применимой мерой для уменьшения пузыристости является добавка в металл раек целителей или успокоителей, которые переводят газообразующие примеси в металле в твердые тела и этим предотвращают выделение газов.

 

К раскислителям и успокоителям относятся такие элементы, как Si Mn, Al, Ti (в железных сплавах), и все те элементы, которые дают прочные твердые соединения с кислородом или другими газообразными элементами. Как раскислители они отнимают кислород от окислов основного металла (FeO), предотвращая этим образование СО по указанной выше реакции;

 

как успокоители же эти элементы дают с газами непосредственно твердые соединения (с N2 — нитриды, с Hj — гидриды, с СО — карбонилы, например, Si3N4, MnN и т. п.), которые также остаются в металле в виде твердых включений или переходят в шлак.

 

Отсюда следует, что добавка успокоителей, уменьшая образование газовых включений в металле, может вместе с тем вызывать иногда загрязненность его твердыми металлическими включениями. Кроме того, замечено, что в стали прибавка успокоителей (кремния и алюминия) сопровождается усилением другого дефекта — усадочных пустот. Поэтому добавка успокоителей представляет до известной степени опасную меру и ее следует применять с осторожностью.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.