CC BY
70
ИЗУЧЕНИЕ СТЕПЕНИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАРБИДОВ ТИТАНА И ВОЛЬФРАМА В ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ
Аникеев Андрей Николаевич
канд. техн. наук, доцент кафедры общей металлургии Южно-Уральского государственного университета,
РФ, г. Златоуст E-mail: [email protected]
Сергеев Дмитрий Владимирович
магистрант, Южно-Уральский государственный университет,
РФ, г. Златоуст E-mail: dazlatoust@inbox. ru
Седухин Вадим Валерьевич
магистрант, Южно-Уральский государственный университет,
РФ, г. Златоуст E-mail: [email protected]
THE STUDY OF THE DEGREE DISTRIBUTION OF THE CARBIDES OF TITANIUM AND TUNGSTEN IN CENTRIFUGAL CASTING
Audrey Anikeev
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of«General Metallurgy» Department, South Ural State University, Russia, Zlatoust
Dmitry Sergeev
Master student, South Ural State University,
Russia, Zlatoust
Vadim Sedukhin
Master student, South Ural State University,
Russia, Zlatoust
Аникеев А.Н., Сергеев Д.В., Седухин В.В. Изучение степени распределения карбидов титана и вольфрама в центробежном литье // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2015. № 7 (19) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/2409
АННОТАЦИЯ
В работе описан метод упрочнения металлической матрицы. Для реализации был выбран метод градиентного упрочнения центробежнолитых заготовок путём введения в кристаллизующийся расплав дисперсных частиц. В качестве дисперсных частиц выбраны карбид титана и карбид вольфрама. После получения заготовок были проведены исследования микроструктуры полученных образцов. Также представлены результаты и сделаны выводы о проделанной работе.
ABSTRACT
In work the method of hardening of a metal matrix is described. For realization the method of gradient hardening of centrifugal and cast preparations by introduction to the crystallizing fusion of disperse particles was chosen. As disperse particles carbide of the titan and carbide of tungsten are chosen. After receiving preparations researches of a microstructure of the received samples were conducted. Results are also presented and conclusions are drawn on the done work.
Ключевые слова: мелкодисперсные частицы, центробежное литье,
распределение частиц.
Keywords: fine particles, centrifugal molding, the distribution of particles.
Работа выполнена в рамках ГЗ № 11.1470.2014/K, а также поддержана Минобрнауки (соглашения№ 14.574.21.0122 и№14.256А5.7690-МК).
Развитие и совершенствование технологических процессов неразрывно связано с применением материалов с повышенными эксплуатационными свойствами. Одним из видов таких материалов являются дисперсноупрочнённые. Металлические сплавы, упрочнённые дисперсными частицами тугоплавких соединений, не растворяются и не коагулируются в металлической матрице при высоких рабочих температурах. Применение дисперсного упрочнения используется при создании современных конструкционных
металлических материалов, что, в свою очередь, позволяет расширить область применения практически всех металлов и сплавов.
Дисперсное упрочнение может осуществляться присадкой в расплав карбидов, нитридов и оксидов. Присутствие таких дисперсных частиц стабилизирует структуру, а также повышает температуру начала рекристаллизации вольфрама и обеспечивает высокие механические свойства. Однако активно развивающееся направление дисперсного упрочнения черных металлов сталкивается с такой проблемой, как неоднородность распределения частиц по объему расплава [4]. Для преодоления этого недостатка разработаны способы, позволяющие вводить в металл тугоплавкие мелкодисперсные частицы, не допуская неравномерности распределения частиц. Одним из таких способов является введение дисперсных частиц в металл при непрерывной разливке, однако на практике не удалось добиться равномерного распределения вводимых модификаторов по сечению получаемой заготовки, ввиду того что частицы всплывали на поверхность и лишь малая часть была захвачена потоками металла и растущими дендритами [2]. Более перспективным является введение частиц при центробежном электрошлаковом литье, но имеющий существенный недостаток, заключающийся в том, что модификаторы в плавильную ёмкость вводят в прессованных таблетках, что ставит под сомнение возможность прогнозирования равномерного распределения дисперсных частиц [3]. Также существует еще один способ введения дисперсных частиц, это получение градиентных центробежно-литых стальных заготовок путем введения в кристаллизующий расплав дисперсных частиц карбидов. Его суть состоит в том, что карбиды вводятся в расплав во время разливки на машине центробежного литья. В струю постоянно во время разливки подаются твердые тугоплавкие дисперсные частицы различной плотности. Если плотность вводимых дисперсных частиц меньше плотности расплава, то при определенной разнице плотностей, центробежная сила и архимедова сила не уравновешиваются и возникают условия для перемещения частиц к свободной поверхности расплава, то есть во внутренние поверхностные слои вращаемой заготовки. Если плотность вводимых частиц больше плотности расплава, то суммарное воздействие
центробежной силы и архимедовой силы будет перемещать вводимые частицы к фронту кристаллизации, то есть во внешние поверхностные слои вращаемой заготовки [11-
Таким образом, учитывая все плюсы и минусы данных методов введения дисперсных частиц в металл, был выбран метод получения градиентных центробежно-литых стальных заготовок путем введения в кристаллизующийся расплав дисперсных частиц карбидов.
В качестве шихтовых материалов использовалось мягкое железо марки стали 10880. Для проведения эксперимента ранее были выбраны такие частицы, как карбид вольфрама, карбид титана. Карбид вольфрама — марка карбид С, дисперсность 4—6 мкм. Карбид титана — марка карбид Ч, дисперсность 3—4 мкм.
Плавку проводили в индукционной тигельной печи.
Плавка № 1. Шихта — сталь 10880, без раскисления Al, подача FeTi на зеркало металла (на зеркале пленка окисленная).
Плавка № 2. Шихта — сталь 10880, раскисление Al, подача на зеркало металла FeTi.
Плавка № 3. Шихта — сталь 10880, добавление углерода (в расчете, чтобы в заготовке было 0,2 %), раскисление Al, подача FeTi на зеркало металла.
Продолжительность каждой плавки составила 25 мин. Затем полученный металл был залит в машину центробежного литья. Во время разливки для получения образцов 2 и 3 в струю расплавленного металла производилась подача ручным способом карбида вольфрама и карбида титана в определенном количестве. Первый образец являлся эталонным, поэтому введение дисперсных частиц при его разливке не проводилось.
Таблица 1.
Содержание вводимых частиц в образцах
№ образца Масса навесок карбидов, гр.
WC TiC
1 0 0
2 10 10
3 10 10
Для проведения анализа микроструктуры из каждой заготовки были выпилены по три образца с помощью ленточнопильного станка BOMAR Ergonomic 320.250 DGR Образцы были отполированы и подготовлены на комплексе Buhler. После подготовки образцов проводились исследования микроструктуры на растровом электронном микроскопе «JEOL» JSM-6460 LV.
В результате исследования образца № 2 в верхнем и среднем сечении были обнаружены карбиды вольфрама. Карбидов титана не обнаружено. Предположительно причиной тому явилась несмачиваемость карбида титана с металлом. В нижнем сечении найден оксид хрома. Предположительно, он появился при взаимодействии металла с антипригарной краской, которой обрабатывали кокиль.
В образце № 3 на верхнем и среднем сечении также были обнаружены карбиды вольфрама. Карбидов титана не обнаружено. В нижнем сечении найдено химическое соединение Ti+O+Si.
Таблица 2.
Среднее количество карбидов в образцах
Номер заготовки Среднее количество карбидов вольфрама в образцах, шт/мкм2
Верхнее сечение Среднее сечение Нижнее сечение
Эталон 0 0 0
№ 2 2,1 2,7 0
№ 3 4,0 5,1 0
По проделанной работе можно сделать вывод, что концентрация введенных частиц неодинакова в различных слоях различных заготовок. Наибольшая концентрация наблюдается в середине заготовки. При исследовании микроструктуры заготовок не было обнаружено введенных частиц карбидов титана. Вероятно, причиной этому явилась несмачиваемость карбида титана с металлом. Доказательством этому явилось то, что карбиды титана были найдены в шлаке.
Список литературы:
1. Аникеев А.Н. Получение градиентных центробежно-литых стальных заготовок путем введения в кристаллизующийся расплав дисперсных частиц карбидов : дис. ... канд. техн. наук / А.Н. Аникеев. — Челябинск, 2013. — 160 с.
2. Григорович В.К. Дисперсионное упрочнение тугоплавких металлов / В.К. Григорович, Е.Н. Шефтель. — М., 1988. — 296 с.
3. Лахтин Ю.М. Материаловедение: учебник для высших технических
учебных заведений / Ю.М. Лахтин. — М., 1990. — 528 с.
4. Решетников С.А. Введение дисперсных карбидов в жидкий металл при кристаллизации непрерывного слитка и их распределение в металлической матрице: дис. ... канд. техн. наук / С.А. Решетников. — Челябинск, 1999. — 104 с.
