Дипломный проект (1222694), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Рисунок 3.1 – Схема движения концентрических линий электромагнитного поля, и направление движения жидкого шлака: 1 – сварочная проволока, 2 – линии ЭМП поля вокруг электрода, 3 – лини ЭМП поле каждой половинки кристаллизатора, 4 – направление движение расплавленного шлака и конвекционных процессов, 5 – рубашка охлаждения кристаллизатора, 6 – линии ЭМП поля металла

В результате рассевания энергии от электрода в шлаке, образуется неравновесная устойчивая система, далекая от термодинамического равновесия.

Такая система является диссипативной и демонстрирует незатухающие колебания, или автоколебания [4]. Описанные в работах [7, 8] процессы формирования слитков являются , примером периодических автоколебаний и могут быть представлены как предельные циклы Пуанкаре [8].

Предельные циклы являются примерами хаотического движения замкнутых траекторий торообразного вида, и могут быть не только периодическими, но и квазипериодическими, т.е., изменяться с течением времени под воздействием каких-либо внешних факторов.

Рисунок 3.2 – Вид предельной циклической функции хаотического аттрактора и направление движения капли расплавленного металла

Можно предположить, что подобные торообразные траектории, стремящиеся к другим таким же траекториям и представляющие в совокупности хаотичный аттрактор, содержат легирующие элементы.

Рисунок 3.3 – Схема распределения температурных полей в процессе электрошлакового переплава: 1 – электрод, 2 – направление движения расплава, 3 – рубашка охлаждения кристаллизатора, 4 – патрубок вывода жидкости, 5 – патрубок ввода жидкости, 6 – легированный металл, 7 – направление движения расплавленного металла в шлаке

Тогда расплавленная капля, падающая с электрода и пересекающая эти траектории не способна захватить достаточно большое количество легирующего элемента.

Из работы [1], видно, что при колебательном движении электрода торы образованные в шлаковой ванне «разбивались», либо капля успевала пересекать больше траекторий, нежели в опыте, где система находилась в состоянии покоя, и где не производилось дополнительных воздействий.

При колебании всей электрошлаковой ванны с частотой порядка 8 Гц, наблюдалось увеличение доли легирующего элемента в системе, так же, как и при наведении дополнительного электромагнитного поля, способствовавшего увеличению доли легирующего элемента в металле. Изменение торообразных траекторий в шлаке позволяет расплавленной капле металла захватить больше легирующего элемента, что доказано в работе [1].

Так целью данного исследования является определение характера однородности получаемого сплава металла и легирующего элемента титана при колебательном движении электрошлаковой ванны в диапазоне частот от 5 до 15 Гц. И возможность увеличения доли легирующего элемента в металле при увеличении объема расплавленного шлака в кристаллизаторе относительно объёма расплавленного металла.

Для проведения опытов была спроектирована и изготовлена установка [10] для периодического смещения кристаллизатора относительно электрода с частотой от 5 до 15 Гц.

Рисунок 3.4 – Фото шлифа СЭМ где, исследовались две фазы темная и светлая По результату опытов были получены образцы, которые делились вдоль по диаметру на два равных полуцилиндра и исследовались. Доля титана, перешедшего из шлака в металл достигала 67 % массовых долей при частоте колебаний электрошлаковой ванны порядка 15 Гц, а при частоте в 5 Гц, количество перешедшего титана падало до 12,6 %, (таблица 3.3). 306,8 237,6 Рисунок 3.5 – Микроструктура опытного сплава, где: а – микротвердость фаз (×700); б – изображение в отраженных электронах

При исследовании образцов полученных в результате электрошлакового переплава с частотой порядка 10-12 Гц, сканирующим электронным микроскопом, были выявлены неоднородные участки с различными показателями легирующего элемента.

Подобные неоднородности четко были выражены в местах, расположенных ближе к стенкам кристаллизатора (рисунок 3.4), и в местах наслоения как показано по схеме (рисунок 3.3). В виду неоднородности распределения температуры в шлаковой ванне, наиболее горячие зоны металла, т.е., расположенные ближе к оси центра электрода, имели лучшие показатели по однородности легирующего элемента, но на ряду с этим, значительно уменьшалась доля легирующего элемента в металле от 30 % массовых долей до 3 % массовых долей. Также наибольший показатель перехода легирующего элемента TI в металл, сконцентрирован по касательной к торам, зона которого в образцах сконцентрирован на удалении от электрода порядка 5 мм, и на удалении от стенок кристаллизатора на 8 мм (зона Б рисунок 3.3). Таким образом, область металла, находящаяся на удалении от электрода, в средней части шлифа размером порядка 14 мм, имел наибольшую концентрацию зон с перешедшим в металл легирующим элементом доля которого достигала 60 % массовых долей по отношению к другим элементам. В зона металла, находящаяся на оси электрода (зона А рисунок 3.3), доля перешедшего Ti составила 3…13 % массовых долей по отношению к другим элементам, на исследуемом режиме.

Также хотелось бы отметить, что не редко во всех экспериментах по области полученных шлифов, выявлялись участки с концентрацией легирующего элемента общей долей 24,5…38 % массовых долей, не укладывающиеся в общую картину модели. Данные аномалии могут являться результатом выброса легирующего элемента Тi по причине его концентрации в определенные промежутки времени в шлаке. Часто такие участки располагались близко к стенкам кристаллизатора. Причиной могло послужить заволакивание расплавленным металлом сгустка, адсорбированного из шлака легирующего элемента. В виду неоднородности температур, металл приближаясь к более холодной зоне, а именно к стенке кристаллизатора не давал в полной мере раствориться Ti.

По окончанию электрошлакового переплава стеклообразный шлак на срезе имел следующую структуру рисунок 3.6 а.

б)

а)

Таблица 3.3 – Химический состав металла после воздействия вибрацией

№ спектр	Содержание компонентов в металле массовых долей, %
	С	O	Fe	Ti	Si
Спектр 14	2,97	26,4	1,83	68,80	-
Спектр 15	3,04	27,93	22,34	41,61	0,97
Спектр 16	2,87	26,25	57,43	13,24	0,21
Спектр 17	2,96	26,98	20,85	47,33	-
Спектр 18	2,90	27,18	17,50	48,84	0,72
Спектр 19	2,95	26,72	19,23	51,10	-

Фаза титана на (рисунок 3.6 а), представлена более светлыми областями, и несет характер вытянутых вдоль кубических кристаллов, образующих так называемые «траектории».

Таблица 3.4 – Химический состав шлака после воздействия вибрацией

№ спектр	Содержание компонентов в шлаке массовых долей, %
	С	O	Fe	Тi	Si	Са	F
Спектр 21	4,04	29,56	1,38	48,15	-	12,67	-
Спектр 22	3,02	27,22	2,01	47,9	0,1	14,96	4,5
Спектр 23	2,87	26,25	57,43	13,24	0,21	14,34	3,96
Спектр 28	3,96	37,79	26,13	9,24	4,15	15,35	3,38

При увеличении частоты колебаний шлаковой ванны до 15 Гц, можно было наблюдать уменьшение общей площади участков, насыщенных титаном, по всему срезу шлифа.

В сплаве титан находился в составе интерметаллид, легированного феррита и химического соединения титана, и железа Ti₆Fe₇. Возможно было наблюдать и другие соединения, например, карбиды титана TiC, образованные в результате восстановления титана из TiO₃.

Р Рисунок 3.7 – Образцы сварных швов с использованием нового разработанного флюса

1. Вывод по разделу:

1) Разработана теоретическая модель электрошлакового переплава рассматривающая процесс ЭШП на основе теории открытой синергетической системы.

2) Экспериментальные данные помогают определить характер и механизм перехода легирующего элемента в жидкий металл. Изменение скорости подачи сварочной проволоки и уменьшение теплоотвода от рабочей зоны кристаллизатора, способствует более равномерному распределению Ti в металле. Данные механизмы помогают регулировать температурные зоны, что уменьшает конвекционные процессы, вызванные разницей температур. А переход легирующего элемента зависит от направления и силы электромагнитного поля, как электрода, так и кристаллизатора.

3) В ходе экспериментов получены сплавы, с содержанием титана до 69 % массовых долей, которые в дальнейшем могут применяться как ферросплавы.

4) Исследован механизм перехода титана из оксидной шлаковой ванны в переплавляемую низкоуглеродистую проволоку с учетом гидродинамического воздействия.

5) В ходе химического и фазового анализов установлено, что в лигатуре полученных образцов присутствуют соединения интерметаллидов Fe₇Ti₆, и карбидов TI₂C и TIC, но общая доля карбидов незначительна по причине незначительного содержания углерода в сварочной проволоке и шлаке

4 БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СВРОЧНЫХ РАБОТ

Характеристики

Список файлов ВКР