ВЛИЯНИЕ СУЛЬФИДОВ НА ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ПОРОШКОВЫХ И КОМПАКТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Кулиев А.А.,Эльдарзаде Э.Г.,Мамедалиев Р.М.

Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности


Номер: 12-2
Год: 2017
Страницы: 23-29
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

компакт и порошковые материалы, сульфиды, спекание механические свойства, структура, обрабатываемость, включения, compact and crumb materials, sulfide, baked, mechanical properties, structure, process, included

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Статья посвящена рассмотрению вопросов влиянию сульфидов на обрабатываемость порошковых и компактных сталей. Исследовано, что при введении серы и других элементов улучшающих обрабатываемость порошковых и компактных сталей следует, прежде всего учитывать, что при этом сталь удовлетворяло всем требованиям по структурным, механическим и физико-химическим свойствам.

Текст научной статьи

Черные металлы в настоящее время являются наиболее широко используемым конструкционными материалами. В машиностроении их доля составляет -75%, вместе с литыми деталями 97%, поэтому совершенно очевидна необходимость коренного улучшения качественных характеристик стали и чугуна. Известно что, их качество, технологические, эксплуатационные свойства определяются химическим составом и технологией производства. Усложнение формы и повышение точности размеров порошковых деталей в ряде случаев вызывает необходимость их дополнительной механической обработки резанием [1, 475] . Наиболее широко применяются токарная обработка , сверление, нарезание резьбы, шлифование, расточка и развертывание. Механическая обработка порошковых материалов имеет ряд особенностей по сравнению с механической обработкой компактных материалов. При обработке резанием железографитовых материалов лучше поддаются обработке материалы с ферритной структурой. Затем в порядке ухудшения обрабатываемости располагается материалы со структурой ферритно-перлитной и перлитной с выключениями цементита. Влияния различных структур пористого материала на скорость резания аналогично влиянию структуру компактного материала [2, 154]. При обработке железографитовых порошковых композиций силы резания также уменьшаются. В данном случае графит и сульфиды, имея сложную атомно - кристаллическую структуру, выступает в качестве сухой смазки (см. табл. 1.) Таблица 1. Коэффициенты, учитывающие влияния свойства и микроструктуры материалов на скорость (Кv) и силу (Кp) резания. Обрабатываемый материал Микроструктура НВ, МРа Кv Кр Ж Феррит 500 3,7 0,7 ЖГР1,5D2,5К (сульфидированный) Феррит + сульфиды + пластинчатый перлит 700 1,6 0,85 ЖГр1,5D2,5К (сульфидированнный) Феррит + сульфиды + зернистый перлит 700 2,4 0,75 Наиболее значительное влияние на рассмотренные особенности механической обработки порошковых материалов оказывает на величину скорости резания (табл.2.) Таблица 2. Скорость резания различных материалов Инструментальный материал Стойкость, мин. Сталь40Х Чугун СЧ20 ЖГр1,5D2,5К ВК3М 25 220 180 52 При обработке пористых материалов на основе железа, бронзы и некоторых других наиболее радиальное применение твердых сплавов групп ВК, которые в порядке возрастания выстраиваются в ряд: ВК8, ВК3М, ВК6М. При исследовании влияния серы на обрабатываемость компактных материалов из стали и чугунов особое внимание уделяется влиянию серы на основные параметры (скорость резания, стойкость инструмента) и вспомогательные (шероховатость обрабатываемой поверхности, сила резания, форма стружки и др.). Хотя в последнее время предлагается много легкообрабатываемых сталей добавками Pb, Se, Te, Ca [3], интерес к сталям с повышенным содержанием серы не уменьшается, так как сера является недорогим легкодоступным и нетоксичным элементом для легирования и в тоже время эффективно улучшает обрабатываемость сталей, в том числе и автоматной [4]. При увеличении содержания серы с целью повышения обрабатываемости стали следует, конечно, учитывать и требования к свойствам стали, поскольку на ряд свойства сера влияет неблагоприятно. В связи с этим нередко рекомендации по содержанию серы сопровождаются определенными требованиями по составу и морфологии образующихся сульфидных выключений (рис. 1. и 2). В сталях с повышенной обрабатываемостью содержание серы изменяется в пределах от 0,03- до 0,15%, в автоматной стали от 0,15- до 0,35%, а по стандартам ФРГ и Англии допускается 0,4 и 0,6 %. Рис.1.Различные виды оксисульфидных включений стали: а, х1000; б, х 500; в, х 600; г, х 800 Рис.2. Частичный (а) и почти полный (б) захват сульфидов в чугунах с 3,6 - 3,8 % С; а, х. 250; б, х. 800 Производственный опыт показывает, что уже небольшое повышение содержания серы существенно повышает обрабатываемость конструкционной стали, определяемой по стойкости инструмента и по уменьшению силы трения при резании. Однако, при этом необходимо учитывать и влияние серы на механические свойства стали, особенно в прокатанных сталях с сильно вытянутыми сульфидами марганца (рис.3.). Как видно из рис. 4. рост количества вытянутых сульфидов способствует развитию разрушения поперечных образцов при ориентациях надреза, причем отрицательное влияние серы сильно проявляется на образцах с надрезом, перпендикулярном к поверхности листа. Рис.3. Сульфиды MnS II типа (а) и (б) в сталях, деформированных при комнатной температуре на 85%. х 500 Рис.4. Влияние содержания серы на пластичность и вязкость нормализованной стали St 52-3[5]; 1-продольные, 2-поперечные, 3 - вертикальные образцы Таким образом, этими исследованиями установлено, что относительное уменьшение ударной вязкости поперечных образцов с увеличением содержания серы более существенно чем продольных образцов. Пластичность δ и ψ углеродистых сталей в нормализованном состоянии практически не зависит от содержания серы (рис.4). Влияние содержания серы на ψ сильно зависит от направления вырезки образцов: ψ прод заметно уменьшается с увеличением содержания серы, ψ попер снижается от 85% до 30% при 0,003 % при 0,11% S. Относительное увеличение δ продольных и поперечных образцов до содержания серы 0,11% почти одинакова. Для случая автоматных сталей очень важно влияние сульфидов на характер образующейся стружки. При обточке и сверлении проката из качественной среднеуглеродистой стали твердосплавным инструментом его износ уменьшается с увеличением содержания серы до 0,1% . При этом улучшается качество обрабатываемой поверхности. Повышением содержания серы улучшают обрабатываемость и инструментальных сталей, в том числе и быстрорежущих. Ряд исследователей связывают благоприятное влияния сульфидов на обрабатываемость стали с тем, что они обеспечивают образование на поверхности инструмента тонкого смазывающего слоя и тем самым уменьшают его износ. Известно, что коррозионностойкие стали типа 18-8 с обычным небольшим содержанием серы являются труднообрабатываемыми резанием, что объясняется их высоким коэффициентом трения, низкой теплопроводностью и склонностью к наклепу. Повышение содержания серы до 0,1% обеспечивает повышение стойкости инструмента более чем 10 раз. Однако при повышенном содержании серы ухудшается коррозионная стойкость и свариваемость этих сталей (рис 5). Во многих работах последних десятилетий получено, что эффективность воздействия серы на обрабатываемость стали зависит не только от ее содержания, но и от природы, формы и распределения сульфидных включений. Сульфиды марганца I типа облегчают обрабатываемость тем, что способствуют дроблению стружки. Рис.5. Длительная коррозионная прочность стали в зависимости от содержания серы: 1 - 0,001, 2 - 0,038 % В ряде работ установлено, что в сталях с малым количеством оксидных включений при не очень крупных компактных включениях сульфидов обрабатываемость стали лучше, чем в случае мелких или очень крупных сульфидов. Кроме размеров, значительное влияние оказывают морфология и распределения сульфидов. Наиболее эффективно влияют равномерно распределенные, глобулярные, слабо деформирующиеся сульфидные включения размером более 3 мкм. Менее благоприятно влияют сульфиды эвтектические (II типа). Связывается это с тем, что эвтектические сульфиды имеют меньшие размеры. Теперь с этим трудно согласиться, учитывая, что наблюдаемые на шлифах мелкие сульфиды II типа - это только разрезы крупных непрерывно разветвленных образований. Именно этим, очевидно , объясняется менее эффективное влияние сульфидов II типа на обрабатываемость стали. Отмечаемое в литературе влияние на обрабатываемость величин отношений [% O] : [% Mn] и [% Mn] : [% S] объясняется влиянием этих величин на природу и морфологию сульфидов, что рассмотрено в литературе. Так при повышенном содержании марганца в хорошо раскисленной стали образуются крупные ограненные сульфиды MnS, при прокатке они вытягиваются в длинные прутки или пластинки, что и ухудшает обрабатываемость. При повышенном отношении [% O] : [% Mn] образуются глобулярные слабо деформирующиеся сульфиды, а поэтому обрабатываемость чугуна и стали улучшается (рис. 6, 7). Рис. 6. Расположение сульфидов MnS в чунах с 2,0 - 2,3 % С. Х400 Рис. 7. Структура оксисульфидного включения В последнее время для повышения обрабатываемости стали предлагают не только повышать содержание серы, но и изменить природу сульфидов, например, путем ввода в сталь титана или циркония. Как показано выше при вводе в сталь титана или циркония вместо сульфидов марганца образуются сульфиды ( карбосульфиды) титана или циркония. Образуются они при эвтектической кристаллизации. Эти фазы хрупкие и при высокой температуре, при прокатке они пластически не деформируются, а дробятся на мелкие частицы, строчечно располагающиеся в прокате. Очевидно, именно наличием хрупких включений Ti (C, S) коррозионностойкий сталь 18-8 обеспечивается улучшение ее обрабатываемости. К рекомендуемому вводу в сталь Pb, Se, Te, Ca раздельно или в комплексе с серой с целью улучшения ее обрабатываемости следует походить очень осторожно, так как некоторые из них, прежде всего свинец, экологически не безопасны, а поэтому распространение по машиностроительным и металлургическим заводам свинец содержащих сталей безусловно нежелательно (рис. 8, 9). Рис. 8. Марганцевая и титановая сульфидные эвтектики: а - не травлено; б - травлено пикратом натрия. Х 400 Рис. 9. Неметаллические включения и сплаве Fe - Zr - S c 0,21% Zr и 0,056 % S: глобулярные оксисульфиды и пленки FeS. X500 При вводе серы и других элементов, улучшающих обрабатываемость стали, следует прежде всего учитывать, что при этом сталь удовлетворяла всем требованиям по механическим и физико-химическим свойствам. Выводы 1. Исследованием установлено что, механическая обработка порошковых материалов имеет ряд особенностей по сравнению с механической обработкой компактных материалов. 2. Определено что, при влиянии серы на обрабатываемость стали особое внимание уделяется влиянию серы на основные и вспомогательные параметры. 3. Установлено что, содержание серы сопровождаются определенными требованиям по составу и морфологии образующихся сульфидных включений. 4. В компактных сталях с повышенной обрабатываемостью содержание серы изменяется в пределах 0,008 - 0,35%, а спеченных порошковых железографитовых материалах 0.4-1.0% 5. Влияние серы на механические свойства стали, особенно прокатных сталях с сильно вытянутыми сульфидами марганца. 6. Повышением содержания серы улучшается обрабатываемость инструментальных и быстрорежущих сталей. 7. Показано, что при вводе в сталь титана или циркония вместо сульфидов марганца образуются сульфиды титана или циркония и образуются они при эвтектической кристаллизации.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.