Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы и задачи исследования 12
1.1. Оловянистые бронзы. Диаграммы состояний, фазовые
превращения и свойства в зависимости от ввода легирующих добавок.. 12
1.1.1. Влияние свинца на структурно-фазовые превращения и свойства оловянистых бронз 13
1.1.2. Влияние никеля на структурно-фазовые превращения и свойства оловянистых бронз 17
1.2. Явление обратной ликвации в оловянистых бронзах 20
1.3. Влияние температуры заливки на структуру и свойства оловянистых бронз 22
1.4. Влияние скорости охлаждения при кристаллизации на структуру и свойства оловянистых бронз 30
1.5. Особенности кристаллизации оловянистых бронз при центробежном литье 35
1.6. Выводы 41
1.7. Задачи исследования 43
2. Материал и методики исследований 44
2.1. Выбор материала для исследований 44
2.2. Методика ведения плавки и заливки 46
2.3. Методики определения реальной температуры ликвидуса бронзы БрО 1 ОС 1ЗЦ2Н2 и скоростей охлаждения при кристаллизации 48
2.4. Проведение структурных исследований 51
2.4.1. Металлографические исследования 51
2.4.1.1. Количественный компьютерный анализ распределения включений свинцовой фазы 51
2.4.1.2. Методики глубокого травления шлифов для выявления 8-фазы.. 54
2.4.1.3. Методика выявления границ зерен а-фазы 57
2.3.1.1. Методика исследований дендритного строения 61
2.4.2. Растровая электронная микроскопия (РЭМ) 62
2.4.3. Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) 63
2.4.4. Рентгеноструктурный фазовый анализ (РСФА) 64
2.5. Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) 65
2.6. Определение плотности материала 66
2.7. Определение механических характеристик 66
2.7.1. Измерение твердости и микротвердости 66
2.7.2. Определение прочности при растяжении и изгибе 67
2.7.3. Испытания на ударный изгиб 67
2.7.4. Определение циклической долговечности материала 68
2.7.5. Трибологические испытания 71
3. Фазовый состав бронзы бро10с13ц2н2 в зависимости от условий кристаллизации и легирующих добавок ... 73
3.1. Угар элементов в бронзе при различных условиях плавки 73
3.2. Кривая охлаждения бронзы в условиях медленного теплоотвода ... 75
3.3. Анализ кривых охлаждения бронзы при различных условиях кристаллизации 77
3.4. Результаты РСМА и РСФА бронзы БрО10С13Ц2Н2 в зависимости от условий кристаллизации, введения Ni и РЬ 80
3.5. Выводы 93
4. Структура и свойства вертикальных центробежных отливок из бронзы бро10с13ц2н2 95
4.1. Влияние температуры заливки на структуру и свойства вертикальных центробежных отливок 95
4.1.1. Влияние температуры заливки на структуру вертикальных центробежных отливок 95
4.1.2. Влияние температуры заливки на свойства вертикальных центробежных отливок 108
4.2. Влияние частоты вращения формы на структуру и свойства вертикальных центробежных отливок 116
4.2.1. Влияние частоты вращения формы на структуру вертикальных центробежных отливок 117
4.2.2. Влияние частоты вращения формы на свойства вертикальных центробежных отливок 129
4.3. Выводы 133
5. Способ изготовления литых заготовок колец сальниковых уплотнений 135
5.1. Выбор оптимальных условий получения литых заготовок для колец сальниковых уплотнений 135
5.2. Технологические особенности плавки бронзы БрО10С13Ц2Н2 137
5.3. Дефекты отливок при центробежном литье 141
5.4. Технологическая оснастка для получения бронзовых отливок 147
5.5. Промышленные испытания уплотнений 151
5.6. Выводы 154
Заключение 155
Список литературы 158
Приложения 174
- Влияние температуры заливки на структуру и свойства оловянистых бронз
- Методики определения реальной температуры ликвидуса бронзы БрО 1 ОС 1ЗЦ2Н2 и скоростей охлаждения при кристаллизации
- Кривая охлаждения бронзы в условиях медленного теплоотвода
- Влияние частоты вращения формы на структуру и свойства вертикальных центробежных отливок
Введение к работе
Актуальность темы. Современная промышленность предъявляет жесткие требования к качеству деталей и узлов ответственного назначения. Существует целый ряд изделий, испытывающие при эксплуатации циклические нагрузки и работающие на разрушение, но к которым предъявляются также высокие требования к износостойкости. В нефтехимической промышленности такими изделиями являются поршневые кольца, плунжерные штоки, сальниковые уплотнения штоков и др. Низкая стойкость изделий, выполненных по заводской технологии, вынуждает предприятия закупать дорогостоящие импортные аналоги. Поэтому разработка материалов и технологий, направленных на повышение долговечности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок и износа, является актуальной задачей.
В качестве материала для изготовления данных изделий можно рекомендовать литые нестандартные высокооловянистые бронзы со свинцом и никелем, применяющиеся в судостроении и автомобилестроении, хорошо известные своими высокими антифрикционными и механическими свойствами.
Известно, что свойства литых бронз определяются своим химическим составом и условиями кристаллизации. Тем не менее, в литературе нет единого мнения о выборе состава и оптимальных условий кристаллизации для многокомпонентных бронз, работающих одновременно на износ и разрушение. Некоторые свойства отливок, такие как ударная вязкость и циклическая долговечность, изучены слабо, либо не изучены. Исследования отливок из данных сплавов, полученных вертикальным центробежным литьем, являющимся одним из способов получения отливок с высокими механическими свойствами, ограничены. Количественные характеристики составляющих микроструктуры ввиду большой трудоемкости процесса не изучались. Имеющиеся в литературе данные исследований центробежных отливок содержат много противоречий, связанных с распределением в структуре легкоплавкой свинцовой составляющей.
Диссертационная работа выполнялась при финансовой поддержке индивидуального гранта ТПУ и проекта «Кадровый резерв ТПУ».
Цель работы. Исследование взаимосвязи между условиями кристаллизации, структурой и свойствами бронзы БрО10С13Ц2Н2 и разработка технологии получения литых заготовок для сальниковых уплотнений с высокими механическими и эксплуатационными свойствами.
Методы исследований. В работе использовались основные положения металловедения и литейного производства сплавов на медной основе. Применяли современные методы физико-химического анализа материалов: растровая электронная микроскопия, количественный компьютерный анализ микроструктуры с применением цифровой фотосъемки, рентгеноструктур-ный микроанализ, рентгенофлуоресцентный анализ и др. Механические и эксплуатационные свойства оценивали, используя 7 схем нагружения (растяжение, ударный изгиб, трение, усталостные испытания и др.). Обработка экспериментальных данных велась с применением методов математической статистики.
Научная новизна:
впервые проведены исследования структуры, механических и служебных характеристик вертикальных центробежных отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2 в зависимости от условий кристаллизации;
установлено, что вертикальные центробежные отливки из бронзы БрО10С13Ц2Н2, полученные при температуре заливки 1150 С, частоте вращения чугунной формы 6,7 с"1 и отношении массы отливки к массе формы 1:2,5 обладают максимальной прочностью, пластичностью, ударной вязкостью, циклической долговечностью и умеренной износостойкостью;
с помощью масштабного компьютерного анализа установлен ряд новых количественных закономерностей распределения включений свинца и эв-тектоида в структуре вертикальных центробежных отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2;
исследована и научно обоснована характерная особенность распределения легкоплавкой свинцовой фазы в структуре вертикальных центробежных отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2;
уточнен фазовый состав оловянисто-свинцовистой бронзы с добавками 2 % никеля, полученной при реальных условиях кристаллизации;
разработаны методики выявления структуры оловянистых бронз для количественного компьютерного анализа распределения включений эвтектоида (патент РФ № 2273014, патент РФ № 2272271).
Практическая ценность работы:
предложен способ получения литых заготовок сальниковых уплотнений из бронзы БрО10С13Ц2Н2 с высокими механическими и служебными свойствами;
разработаны методики выявления структуры оловянистых бронз для проведения компьютерного количественного анализа включений эвтектоида, подтвержденные патентами РФ (патент РФ № 2273014, патент РФ № 2272271);
Реализация работы в промышленности. Сальниковые уплотнения, выполненные из бронзовых отливок, способ получения которых представлен в диссертационной работе, внедрены на нефтехимических предприятиях ООО «Синтезмеханик» (г. Уфа) и ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» (г. Сала-ват). Полученные результаты промышленного внедрения экспериментальных уплотнений подтверждены соответствующими актами и приведены в Приложениях.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
применением современных методов исследования структуры и свойств материалов;
значительным объемом и воспроизводимостью экспериментальных данных;
промышленным внедрением уплотнений, изготовленных из отливок,
8 полученных по предлагаемой в работе технологии;
апробацией полученных результатов на научных конференциях различного ранга.
Личный вклад автора. Автору принадлежит обоснование и разработка основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость. Результаты экспериментальных и теоретических исследований, обработка и их представление получены лично автором и при его участии под руководством научного руководителя.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Микроструктура отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2, полученных
при скоростях охлаждения 1,1...110,8 С/с и температурах заливки
Ю50...1250С, состоит из зерен а-фазы, включений соединения CugNiS^ и
частиц свинца. Методики выявления структуры подтверждены патентами
РФ.
Структура вертикальных центробежных отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2 с мелким зерном, высокой дендритной неоднородностью, крупными включениями свинца и эвтектоида, получаемая при температурах заливки 1000... 1050С, обеспечивающая высокую износостойкость и достаточную циклическую долговечность.
Структура вертикальных центробежных отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2 с крупным зерном, внутрезеренным распределением дисперсных включений эвтектоида и свинца округлой формы, получаемая при температурах заливки 1150... 1250С, частоте вращения чугунной формы 6,7 с-1 и отношении массы отливки к массе формы 1:2,5, обеспечивающая максимальную циклическую долговечность, ударную вязкость и умеренную износостойкость.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались на научных семинарах кафедры «Материаловедение и технология металлов» Томского политехнического университета в период с 2000 по 2006 гг., а так-
9 же были доложены на следующих конференциях: VII, X, XII Международных научно-практических конференциях «Современная техника и технологии» (Томск, 2001,2004,2006), II Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении» (Юрга, 2003), II Международной научно-технической конференции «Современные проблемы в машиностроении» (Томск, 2004), I Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, реинжиниринг, управление, автоматизация» (Новокузнецк, 2004), IV Международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2005), XV Петербургских чтениях по проблемам прочности, посвященные 100-летию со дня рождения академика С.Н. Журкова (Санкт-Петербург, 2005), 11 Anniversary International scientific - practical conference «Modern technique and technologies» (Tomsk, 2005), III Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 2005), III Международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (Москва, 2005), XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов» (Самара, 2006 г.).
Некоторые доклады отмечены дипломами и рекомендациями к опубликованию в реферируемых центральных журналах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, получено 2 патента на изобретения, 2 статьи приняты к опубликованию.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 178 страницах, включая 60 рисунков и 21 таблицу, и состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка цитируемой литературы из 171 наименования и 2 приложений.
Во введении обоснована актуальность выбранной темы, показана научная новизна и практическая ценность работы.
В первой главе проведен анализ имеющихся в литературе данных по состоянию исследуемых вопросов на основе публикаций российских и зарубежных ученых, сформулированы задачи исследования.
Во второй главе, исходя из поставленных задач, обоснован выбор материала, приведены условия плавки и заливки экспериментальных отливок. Приведена схема металлографических испытаний центробежных отливок, представлены разработанные методики металлографического травления, описана методика исследования дендритного строения. Приведены способы определения химического, фазового составов и плотности материала. Представлены методы определения механических характеристик, оборудование и схемы нагружения.
В третьей главе рассмотрено влияние перегрева выше ликвидуса на угар компонентов бронзы БрО10С13Ц2Н2; экспериментально определена температура ликвидуса, получены и проанализированы скорости охлаждения расплава в формах с разной теплопроводностью в зависимости от температуры заливки. Исследовано влияние отдельных легирующих элементов и условий кристаллизации сплава на его фазовый состав и химический состав структурных составляющих.
В четвертой главе представлены результаты исследований структуры вертикальных центробежных отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2, полученных при различных температурах заливки и частотах вращения чугунной формы. Показана связь между условиями кристаллизации бронзы, структурой, механическими и эксплуатационными свойствами отливок. По данным металлографического анализа обсуждена характерная особенность распределения легкоплавкой свинцовой составляющей в структуре отливок.
В пятой главе приведен способ изготовления литых заготовок для сальниковых уплотнений плунжерного штока компрессора высокого давления, основанный на технологических особенностях плавки бронзы БрО10С13Ц2Н2 и результатах исследований структуры и свойств вертикальных центробежных отливок. Рассмотрены разновидности дефектов, возни-
кающих при получении отливок, обсуждены причины их возникновения и возможные меры борьбы с ними. Показана высокая экономическая эффективность предлагаемой технологии.
В заключении приводятся основные выводы по результатам диссертации.
В приложении приведены акты об использовании результатов диссертационной работы.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах [68,104, НО, 112, 113,118, 120, 136-138,143, 144, 146, 163].
Влияние температуры заливки на структуру и свойства оловянистых бронз
Влияние температуры заливки на структуру и свойства оловянистых бронз В работе [41] проведены исследования по влиянию температуры заливки (/зал) на свойства бронзы. Ее плавили в индукционной печи с перегревом до 1280 С и заливали в сырые и сухие земляные формы. Испытания показали, что оптимальные температуры литья соответствуют ґзал = 1200-5-1150 С с отклонениями на ± 10... 15 С. При более низких температурах снижается предел прочности, резко падает пластичность, а в изломе образцов почти всегда наблюдаются пористость, сопровождаемая характер 23 ной окраской, и газовые пузыри, обнаруживаемые гидроиспытаниями и механической обработкой.
Снижение механических свойств и появление возрастающей пористости авторы [41] связывают с интенсивным газовыделением, зависящим от температуры литья. Последняя, как фактор, регулирующий скорость охлаждения, находясь в «опасном интервале температур» [41], обуславливает наиболее продолжительный период охлаждения и затвердевания отливки. К опасному диапазону относятся те температуры, которые при заливке вызывают интенсивное газовыделение при кристаллизации расплава. Для рассматриваемой бронзы это будут температуры выше 1200 и ниже 1150 С.
Результаты работы [41] показали, что образцы, отлитые при температурах 1190- -1170 С из предварительно перегретого до 1280 С сплава, обладают наиболее высокими механическими свойствами. Однако не все бронзы имеют указанную область оптимальных температур литья [20, 42-50]. Свинцовистые бронзы БрОС 8-12 и БрОС 11-5 обеспечивают более высокие механические свойства при предельно низких значениях температуры заливки Для оловянистых бронз в литературе приведен ряд рекомендаций, касающихся правильного выбора режима литья. Некоторые специалисты [51, 52] предпочитают низкие температуры в пределах 1050...ИЗО С в зависимости от состава сплава и конфигурации отливок, имея в виду уменьшение угара при невысоком перегреве и снижение газонасыщенности сплава. Если расплав по каким-либо причинам был насыщен газами, то получение из него годных отливок лучше удается при низких температурах заливки, так как процесс затвердевания ускоряется, и газ не успевает выделиться. При этом отливка обладает мелкозернистой структурой и не имеет пригара. С другой стороны [53], высокие температуры заливки (1180... 1250 С) улучшают условия питания отливок. Получаемая столбчатая, а в отдельных случаях крупнозернистая равноосная структура не рассматривается как нежелательная.
При одинаковых условиях заливки у образцов из оловянистых бронз с мелкозернистой структурой предел прочности на разрыв и относительное удлинение были ниже по сравнению с имеющими столбчатую структуру [42-45], причем последние оказались вполне герметичными при испытании под высоким давлением рабочей среды (150...300 ат) [43]. Наряду с такими рекомендациями во многих работах отдается предпочтение некоторым средним температурам заливки - в пределах 1150... 1180 С.
Авторы работ [20, 42-50] провели целый ряд исследований влияния температуры заливки на структуру и свойства оловянистых бронз. Сплавы БрОЦСН 3-7-5-1, БрОЦЮ-2, БрОЦС 5-5-5 заливали при температурах 1050, 1100, 1150, 1200 и 1250 С в сырые песчаные формы. Опытные образцы имели ступенчатую форму с различной толщиной стенок (h): 5, 10, 15, 20 и 35 мм [43,44]. Металл подводился в наиболее массивное сечение образца, что способствовало его направленному затвердеванию. Сопоставление макроструктур отливок из различных марок бронз показывает, что в зависимости от температуры заливки можно получить различные структуры - от равноосной мелкозернистой при температуре 1050 С, до столбчатой при 1250 С. С увеличением толщины отливок и ростом температуры заливки, количество равноосных кристаллов повышается. В тонких (h = 5 мм) сечениях, как правило, наблюдалась мелкозернистая структура независимо от величины температуры заливки.
Оценивая по совокупности полученные результаты, можно отметить общую тенденцию к снижению плотности и механических свойств у всех оловянистых бронз при увеличении температуры заливки, причем это имеет место, как в тонких, так и в толстых сечениях образцов Изучение макро- и микростроения опытных проб из оловянистых бронз показало заметное его различие в зависимости от толщины стенок и температур заливки. У всех образцов, независимо от типа сплава, была мелкозернистая структура при температурах 1050 С, т.е. при перегреве над линией ликвидус -50 С. С повышением температуры до 1100
Методики определения реальной температуры ликвидуса бронзы БрО 1 ОС 1ЗЦ2Н2 и скоростей охлаждения при кристаллизации
В качестве структурных исследований применялись: металлографический анализ с применением оптической микроскопии, различных методик металлографического травления структуры, цифровой фотосъемки и компьютерной программы обработки изображений; растровая электронная микроскопия (РЭМ), рентгеноспектральный микроанализ (РСМА), рентгенострук-турный фазовый анализ (РСМА). Металлографические исследования
Для металлографического анализа структуры применяли оптический микроскоп МИМ-8М, цифровой фотоаппарат MDC-1500 (Китай) и, разработанную на кафедре материаловедения и технологии металлов ТПУ, компьютерную программу обработки изображений "Система КОИ" [114]. Данная программа служит для расчета объемной доли и среднего размера частиц структуры и позволяет производить расчет по пятистам секущим в одном поле зрения [115]. При написании программы использовались формулы, представленные в работах [116, 117].
Образцы для металлографических испытаний вырезали из центробежных отливок в радиальном направлении. Исследуемая поверхность образца представляла собой прямоугольник размерами 36x13 мм. Шлифы имели высоту 10... 15 мм, всего было приготовлено около 50 шлифов. Количественный компьютерный анализ распределения включений свинцовой фазы
Микроструктура отливок из бронзы БрО10С13Ц2Н2 состоит из матрицы (а-твердого раствора олова, цинка и никеля в меди), включений упрочняющей составляющей, визуально схожих с включениями эвтектоида (а+5) двойных оловянистых бронз, и включений свинцовой фазы (рис. 2.5). Таким образом, бронза БрО10С13Ц2Н2 является трехфазным сплавом.
Количественную оценку объемной доли и средних размеров включений свинцовой фазы для всех образцов проводили на нетравленых шлифах. Свинцовые включения являются мягкой составляющей структуры и для предотвращения их выполировывания и сохранения неизменной формы, шлифы при полировке поворачивались под разными углами, не прижимаясь сильно к войлоку. Свинец представляет собой темные включения различной дисперсности, имеющие преимущественно округлую либо зубчатую форму (см. рис. 2.5).
При исследовании распределения свинцовых включений в структуре центробежных отливок, объемную долю и средние размеры включений анализировали по 6...8 полям зрения для каждой области. Шлифы изучали от периферии отливки к оси (I - наружная, II - средняя, III - внутренняя части отливки) в направлении предполагаемого фронта кристаллизации (рис. 2.7) При проведении исследований периферийных областей наружной и средней частей отливки (области 1, 2, 7 и 8), от края отливки отступали 0,8...2 мм. Центральную часть отливки (область 5), имеющую наибольшее практическое значение, изучали на площади -30 мм Проводя металлографический анализ внутренней части отливки (области 3, 6 и 9), от свободной поверхности отступали 1,5...3 мм. При количественном компьютерном анализе свинцовой фазы использовалось свыше 600 фотографий микроструктур. Методики глубокого травления шлифов для выявления б-фазы
В настоящее время структуру металлов и сплавов выявляют путем химического или электролитического травления. К основным видам травления относится травление нанесением капли жидкого реактива на поверхность шлифа, попеременное погружением поверхности шлифа в разные реактивы, травление втиранием тампоном, пропитанным реактивом, в поверхность шлифа, и т.д. [119]. Трудности здесь представляют необходимость выполнения ряда сложных процедур, например связанных с нагревом реактивов, смешиванием большого количества компонентов реактивов, соблюдение высокой точности при взвешивании отдельных компонентов.
Чтобы произвести количественный анализ упрочняющей 8-фазы в оло-вянистых бронзах с помощью компьютерной программы "Система КОИ", образец следует потравить таким образом, чтобы матрица приобрела равномерный темный цвет, а 8-фаза осталась белой [120]. Это условие необходимо, так как при попадании в поле зрения светлых пятен матрицы программа автоматически считывает их как светлую 5-фазу, что вносит ошибку в расчеты.
Для количественной оценки объемной доли и средних размеров включений 5-фазы, шлифы подвергаются глубокому травлению. Травитель для глубокого травления шлифов подбирали экспериментально. Методика глубокого травления отработана в процессе исследований и выглядит из последовательно повторяющихся процедур.
Использовали два способа травления:а) на полированный шлиф наносят несколько капель травителя и поворачивают его до равномерного распределения по поверхности.
Кривая охлаждения бронзы в условиях медленного теплоотвода
Результаты РСМА и РСФА бронзы в зависимости от условий кристаллизации, и введения легирующих элементов На рис 33, а, и ЗА, а, представлены микроструктуры бронзы, режим отраженных электронов) отлитой в формы с разной теплопроводностью, а также элементы: в характеристических излучениях. Так как коэффициент отражения с атомным номером изменяется плавно и монотонно, то сигнал отраженныхэлектронов может быть использован для получения информации об относительной разности в среднем атомном номере областей микроструктуры [125]. В бронзе, атомные номера (Z) элементов возрастают следующим образом: Области с высоким атомным номером должны выглядеть ярче по сравнению с областями с низким атомным номером. Из рис. 3.3, а и 3.4, а следует, что области с более высоким атомным номером - это области, обогащенные свинцом.
Основу сплава составляет а-твердый раствор равномерным распределением в нем Ni и Zn. На микрофотографиях сплава) при рассмотрении в отраженных электронах, за счет различного состава и атомного номера областей, выявилась дендритная ликвация олова в а-фазе (чередование разных по интенсивности цвета областей матри-цы).Серые включения обогащены Sn и Ni и являются предположительно 8-фазой, однако более сложного состава В табл. 3.3 и 3.4 приведены результаты рентгеноспектрального микроанализа различных составляющих микроструктур образцов сплавов 1 и 2 (табл. 2.1).бронза склонна к дендритной ликвации олова, что также следует из диаграммы состояния. Разница его концентраций в объеме дендрита (степень дендритной ликвации) достигает 10 %. Светлые участки матрицы, обогащенные компонентом, имеющим по сравнению с темными участками, больший атомный номер, за счет насыщенности оловом, незначительно обеднены цинком и никелем. Темные участки, обогащенные медью, цинком и никелем, являются осями дендритов, кристаллизующиеся в первую очередь. Свинцовая фаза состоит на основе свинца и растворенной в нем меди ( 4,7 %). Незначительное присутствие свинца в а-фазе возможно связано с его массопе-реносом при полировке образцов, а также с растворимостью в твердом растворе. Концентрация олова во включениях серой фазы совпадает с таковой с 8-фазой оловянистых бронз без никеля, однако наличие значительного количества никеля в них (5...7 %) говорит о существовании тройного соединения на основе Для исследования влияния условий литья бронзы, добавок в него Ni и РЬ, на состав фаз был проведен качественный рентгеновский анализ сплавов (1-5, табл. 2.1). Перед проведением съемок по диаграм 85 мам состояний элементов, входящих в состав исследуемых бронз [2, 16, 24, 36] были определены возможные фазы (табл. 3.5).
Таблица 3.5 Возможные Фаза а в оловянистых бронзах представляет собой твердый раствор олова, никеля, цинка в меди и имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а переменного значения: а = 3,615 А - для чистой меди, а = 3,695 А - для легированной меди [36].Фаза б - соединение - имеет сложную кубическую решетку с электронной концентрацией 21/13, параметром а = 17,98 А и содержит 32,6 % Sn, остальное - медь [2, 24].Фаза 9 - соединение с электронной концентрацией 7/4 и гексагональной решеткой с параметрамиостальное - медь Свинцовая фаза состоит из практически чистого свинца с г. ц. к. решеткой и параметром: а = При образовании твердого раствора замещения период решетки растворителя должен увеличиваться, если ионный радиус растворенного элемента больше ионного радиуса атомов основного элемента (растворителя) и уменьшаться, если наоборот [130]. При образовании раствора внедрения период решетки растворителя должен увеличиваться вне зависимости от соотношения между ионными радиусами растворителя и растворенного элемента.
Влияние частоты вращения формы на структуру и свойства вертикальных центробежных отливок
Комплект технологической оснастки для получения бронзовых заготовок методом вертикального центробежного литья приведен на рис. 5.6. В него входят две металлические полуформы (1 и 2), имеющие соотношение между собственной массой и массой отливки 2,5:1. В качестве материала форм выбран серый чугун.
Преимущество серого чугуна как материала для коки Помимо этого, содержащиеся в нем значительные выделения графита играют роль припыла и предохраняют поверхность кокиля от приваривания к ней расплавленного металла. Для свободного удаления готовой отливки внутренней боковой поверхности верхней полуформы придают уклон в сторону нижней полуформы 030 (с Диаметр внутренней боковой поверхности верхней крышки (D3, рис. 5.6), являющийся наружным диаметром отливки, выбирается исходя из размеров готового уплотнения и припусков на механическую обработку. В компрессорах сжатия этилена фирмы «Esslinger» (Германия) используются сальниковые уплотнения с плоскими разрезным кольцами (рис. 5.8) [171]. Сальниковое уплотнение состоит из двух колец: одно уплотнительное (рис. 5.8, а, и 5.9, б), со стороны высокого давления, другое замыкающее (рис. 5.8, б, в, и 5.9, а), со стороны низкого давления. Первый тип колец наиболее ответственный. Места стыков двух разрезных колец смещены по отношению друг к другу для предотвращения пропуска газа (рис. 5.9, 5.10). Фирмы «MAIWEG» и «DICHTMNGPAAR» (Германия) выпускают сальниковые уплотнения, тип уплотнительного кольца которого представлен на рис. 5.8, е. Фирма «KRANZ» (Германия) изготавливает уплотнительные кольца несколько иного типа (рис. 5.8, б.). Уплотнения штоков компрессора 2-го каскада фирмы «Esslinger» (Германия) имеют схожую конструкцию и отличаются тем, что внутреннее отверстие уплотнения под диаметр штока 1-го каскада составляет 63 мм, а под диаметр штока 2-го каскада - 56 мм. В первом случае создается давление этилена порядка 25 МПа, во втором - 150 МПа. Очевидно, что из всех типов колец наиболее ответственными являются уплотнительные кольца сальникового уплотнения штока компрессора 2-го каскада, т.к. они работают в наиболее жестких условиях. Вследствие этого, размер экспериментальных отливок в главе 4 выбран исходя из реальных размеров литых заготовок данного типа колец. Для промышленного внедрения поставлялись литые бронзовые заготовки после предварительной механической обработки, проводимой для выявления литейных дефектов. При обнаружении видимых дефектов на поверхности литых заготовок, последние забраковывались. В табл. 5.3 представлены размеры необработанных отливок, отливок после предварительной механической обработки, и размеры готовых колец.
