Технические науки/1. Металлургия

К.т.н. Жигуц Ю.Ю., д.т.н. Широков В.В., інж. Копча І.І.

Ужгородський національний університет, Україна

Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка

СИНТЕЗ ВИСОКОХРОМИСТИХ НЕІРЖАВІЮЧИХ СТАЛЕЙ

Вступ. Важливою проблемою для сучасного виробництва є не тільки створення нових матеріалів, але і покращення властивостей традиційних. Саме тому, синтез матеріалів на основі металотермічних процесів із використанням порошкових екзотермічних сумішей, а також дослідження впливу нових технологічних способів виготовлення сплавів набули великого практичного значення.

Метою роботи було встановлення можливості отримувати високохромисті неіржавіючі термітні сталі (типу Х17Т, Х25Т, Х28) із використанням порошкових інгредієнтів металотермічних шихт (в тому числі, із відходів ковальського та термічного виробництв), а також виявлення впливу технології їх виготовлення на структуру, хімічний склад і механічні властивості термітних сплавів. Поставлене завдання досягалося таким чином, що порошкова екзотермічна суміш для виготовлення виливків з високолегованих сталей, складалася із залізоалюмінієвого терміту, додаткової кількості алюмінію у вигляді порошку або млива стружки, порошку вуглецю та ін. компонентів.

Методика проведення експерименту. Суть технології металотермічного синтезу достатньо проста – в металотермічний реактор засипаються порошкоподібні інгредієнти шихти, які підпалюються спеціальним запалом. Після завершення горіння в нижній частині реактора формується зливок, у верхній частині за рахунок значної різниці у питомій масі продуктів реакції, збирається шлак. Для визначення маси зливка і виходу сплаву з шихти на першому етапі дослідження проведені мікроплавлення при масі шихти 100–150 г у металевому тиглі. Ініціювання процесу горіння проводилося спеціальним титановим запалом виготовленим з порошку титанового хімічного ПХ-2

ТУ 48-10-78-83. Отримання високохромистих сталей металотермічними процесами при використанні порошкових інгредієнтів для компонування шихти проводилося за схемою:

(1)

Після встановлення складу шихти за стехіометричними коефіцієнтами хімічної реакції та корекції її коефіцієнтами засвоєння компонентів [1], проводився розрахунок адіабатичної температури металотермічної реакції. Із метою підвищення стабільності горіння і покращення кінетичних характеристик протікання реакції у склад шихти також вводилося 1–2% (від маси шихти) плавикового шпату ().

Теоретична і експериментальна частини досліджень. Швидкість процесу проплавлення зменшується із зростанням ущільнення шихти і суттєво зростає при застосуванні брикетування (за рахунок зменшення втрат пилових матеріалів), як показано в табл. 1.

Таблиця 1. Швидкість проплавлення шихти

Вид запалу	Швидкість проплавлення шихти при певній дисперсності алюмінієвого порошку (г/м^2·хв), ×10^-4
	(0,6–0,8) мм	(0,4–0,5) мм	(0,3–0,4) мм	(0,1–0,25) мм
Верхній запал	19	20	–	24
Нижній запал	9	12	15	–

Необхідний домішок алюмінієвої стружки (чистотою 93–95% за металічним алюмінієм) на 1 кг окалини визначався спочатку за стехіометричним складом реакцій (2) і (3) з наступною корекцією за результатами досліджень [2]:

; (2)

. (3)

У ливарній лабораторії була проведена термітна плавка на основі шихти вказаного вище розрахункового складу. Як видно з табл. 2, отримано високохромисті термітні сталі у межах хімічного складу регламентованого стандартом з механічними властивостями (табл. 3) не гіршими, ніж у сталей виготовлених промисловими методами. Особливістю даного типу термітних сталей є феритна структура і крупнокристалічна будова виливків. В результаті проведених досліджень вдалося отримати високохромисті термітні сталі типу Х17Т, Х25Т, Х28, із використанням відходів ковальського, термічного виробництв [3].

Таблиця 2. Хімічний склад термітних сталей (% за масою)

№ з/п	Маркасталі типу	Вміст елементів
		C	Mn	Si	Cr	Ti	S	P
1	Х17Т	0,08	0,45	0,60	16,9	0,55	0,03	0,05
2	Х25Т	0,07	0,51	0,75	24,4	0,61	0,03	0,05
3	Х28	0,06	0,42	0,61	27,2	–	0,02	0,04

Таблиця 3. Механічні властивості синтезованих термітних сталей

№ з/п	Маркасталі типу	σв, МПа	δ	Ψ	ан, МДж/м^2	Бал зерна
			%
1	Х17Т	520	21,0	46,0	9,8	4–5
2	Х25Т	530	12	40	7,4	4–5
3	Х28	550	18	43	1,1	3–4

Проведена експериментальна робота говорить про значні перспективи застосування порошкових матеріалів для синтезу сплавів. Враховуючи, що спосіб виготовлення цих сплавів має повну автономність, а саме, не вимагає джерел електроенергії, складного обладнання (пристроїв для синтезу, в яких підтримується необхідна температура, тиск і співвідношення реагуючих компонентів), він може знайти широке використання у неспеціалізованому виробництві та інших галузях.

Література:

1. Zhiguts Yu. Špeciálna termitova liatina//Výrobné inžinierstvo. Košice. − 2007. − r.6. − N 2, s. 45-48.

2. Жигуц Ю.Ю. Термітне зварювання високомарганцевих сталей//Информационно-технический журнал „Сварщик”. К:. Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины. –Из-во «Аврора Принт», − 2007. − № 5. C. 14-16.

3. Жигуц Ю., Широков В., Кушнір П. Використання порошкових матеріалів для синтезу високохромистих нержавних сталей// Вісник львівського національного аграрного уні-верситету Агроінженерні дослідження №12. Т.2. – Львів: Львів. нац. аграр. ун-т, 2008. - №12 (2). − С. 485−490.