(812) 313-79-89
Email: mail
обратная связь

ЦЭШЛ

ЦЭШЛ. Технологический процесс

Сущность технологии заключается в электрошлаковом переплаве электрода в плавильной емкости, обеспечивающей накопление жидкого металла и шлака в нужных количествах, и последующей его заливке во вращающуюся форму. В качестве переплавляемого металла могут применяться расходуемые электроды любой формы и сечения. Такая технология и была использована для изготовления фланцевых заготовок ответственного назначения.

Переплав расходуемого электрода осуществляли под флюсом, представляющим собой смесь фтористого кальция, электрокорунда, магнезита и кремнезема. Такой флюс обеспечивает рафинирование жидкого металла и плавильной емкости от серы и фосфора, защиту от вредного воздействия окружающей среды, а также отличается значительной текучестью при высокой скорости охлаждения.

Метод электрошлакового литья прост и производителен. Оборудование для реализации этой технологии включает в себя серийные установки типа А-550У или ЭШП-0,25, гарнисажную плавильную емкость специальной конструкции, центробежную машину с вертикальной осью вращения и литейную форму.

Точность получаемой отливки определяется литейной формой. Поэтому использовали составной кокиль, изготовленный методом токарной обработки кольцевых заготовок, каждая из которых повторяет часть наружной конфигурации отливаемой детали. При сливе шлакометаллической струи в кокиль под действием центробежных сил происходит ее разделение. Шлак препятствует прилипанию отливки к стенкам литейной формы, располагаясь тонким и ровным слоем на ее поверхности. Значительная часть шлака вытесняется внутрь и вверх отливки, где является тепловой надставкой и не позволяет образовываться усадочным полостям и раковинам. По мере общего снижения температуры металла и шлака на поверхности отливки образуется гарнисаж отделяемый от заготовки только после ее извлечения из формы.

Важным преимуществом такой технологии является возможность упрочнения металла заготовок за счет его модифицирования. Выбор модификатора осуществляли согласно методике, изложенной в работе. Установлено, что наиболее эффективным является комплексное модифицирование синтетическими ультрадисперсными частицами карбонитрида титана и титана в количестве 0,3… 0,5% от массы расплава. Модификатор получали смешиванием порошковых компонентов с последующим холодным прессованием в таблетки диаметром 25… 30 мм и толщиной 8… 15 мм. Размеры таблеток были выбраны из условия их растворения в модифицируемом расплаве в течение 20… 30 с. Модификатор вводили при температуре 1650°С за 2 мин до слива, что обеспечивало равномерное распределение дисперсных частиц-инокуляторов по всему объему жидкого металла в плавильной емкости. Заливку металла в металлическую литейную форму кокиль проводили при температуре 1600°С.

Заготовки фланцев, полученные центробежным электрошлаковым литьем с модифицированием (ЦЭШЛM), удовлетворяют всем предъявляемым требованиям к выпускаемой продукции: это и геометрическая точность отливки, и высокие свойства металла. Так, припуск под механическую обработку по наружной поверхности составляет 2… 2,5 мм, по высоте до 1 мм, по внутреннему диаметру 8… 5 мм. Коэффициент использования металла при этом достигает 0,6—0,8. Это существенно снижает металлоемкость изделия и энергозатраты на его изготовление.

Электрошлаковый модифицированный металл отличается от металла, полученного открытой плавкой, мелкозернистой структурой, большей химической однородностью, отсутствием инородных окисных включений, воздушных пузырей, пор, раковин, трещин, низким содержанием вредных примесей серы и фосфора, равномерной плотностью металла по всему объему, а, следовательно, и изотропностью физико-механических свойств по всем направлениям. Так, например, анализ структуры полученных отливок из стали 2X13 свидетельствует о том, что немодифицированный металл имеет направленную транскристаллитную структуру с большой протяженностью первичных осей дендритов. Металлографический анализ показал, что в этом случае происходит огрубление структуры мартенсита, сопровождающееся значительным повышением твердости с межкристаллитной формой разрушения металла.

Введение в металл 0,4% модификатора приводит к существенному изменению структуры и свойств литого металла. Устраняются зоны транскристаллизации в кольцевых отливках, резко уменьшаются размеры дендритов, которые к тому же приобретают благоприятную форму по всему объему закристаллизовавшегося металла. Структура отливок характеризуется наличием ферритно-мартенситной матрицы с компактными карбидами, расположенными большей частью в микрозернах, а разрушение ударных образцов носит в основном транскристаллитный характер.

В этом случае уровень механических свойств отливок практически не отличается от свойств кованой заготовки. Результаты механических испытаний некоторых марок сталей, применяемых для изготовления фланцев, приведены в таблице.


Марка стали
Режимы
термической
обработки
σВВ, МПа
σТТ, МПа
δ, %
ψ, %
KCU +20
МДж/м2
09Г2С
Нормализация
930°С, воздух
505
332
34
62
1,34
09Г2С (индукционная плавка)
481
324
21
49
0,76
09Г2С (ЦЭШЛМ)
512
343
29
61
1,25
12Х13
Закалка 1050°С,
масло,
отпуск 660°С, воздух
808
636
21,3
68,1
1,42
2Х13 (индукционная плавка)
784
615
15,4
50,2
0,68
12Х13 (ЦЭШЛМ)
816
622
20,4
64,6
1,39
10Х18Н10Т
Аустенитизация
1050°С, воздух
546
278
55,2
67,5
2,62
10Х18Н10Т (индукционная плавка)
514
249
44,3
50,1
1,64
10Х18Н10Т (ЦЭШЛМ)
598
324
52,6
61,2
2,13

Сравнительный анализ показывает значительное превосходство электрошлакового металла над металлом открытой индукционной плавки и небольшие различия но отношению к свойствам кованого. Ультразвуковой контроль и магнитодефектоскопия показали плотную литую структуру, отсутствие микротрещин и каких-либо дефектов. После механической обработки такие фланцы успешно прошли гидроиспытания на герметичность под давлением 44 МПа.

Детали изготавливаются методом центробежного электрошлакового литья обеспечивают высокие свойства литого металла за счет его рафинирования в процессе электрошлаковой плавки и применения специальных технологических приемов для получения направленной кристаллизации металла при отливке. Свойства электрошлакового литого металла не только не уступают свойствам обычного кованого, но в ряде случаев превосходят его по характеристикам пластичности и ударной вязкости при одинаковых показателях прочности.