ТехноИнжениринг.РФ

Анализ причин разрушения кокиля

___Марка стали, из которой был изготовлен кокиль, соответствует 5ХНМ. Содержания всех хим. элементов находятся в переделах, регламентированных нормативной документацией.

___Анализ макроструктуры шлифованного темплета не выявил отклонений от требований к качеству металла. Наличие грубых дефектов сталеплавильного происхождения и от нарушения технологии разливки стали — не зафиксировано.

___Оценка химической неоднородности металла показала, что в исследуемом образце присутствует ликвация химических элементов, которая характерна при разливке стали в изложницы и которая напрямую связана с процессами кристаллизации слитка. Ликвация зарождается и развивается на границе твердой и жидкой фаз слитка. По мере сближения фронтов затвердевания от стенок изложницы к оси слитка, скорость усадочного перемещения ликватов возрастает. Поток движущегося жидкого металла увлекает за собой скопления ликватов. экстрагируя их из межосных пространств растущих дендритов кристаллов. Ликвация крайне опасна, потому что кроме неоднородности по химическому составу, а следовательно и неравномерности по механическим свойствам металлической матрицы (анизотропии), также присутствует и неоднородность по содержанию микродефектов в металле (микроскопических газовых раковин или неметаллических включений), которые в значительной степени ослабляют прочностные характеристики металла в различных направлениях, внося дисбаланс в картину внутренних напряжений, что вызывает неравномерность износа готовых деталей (в данном случае кокиля) при эксплуатации.

___Анализ микроструктуры металла показал, что присутствуют также неоднородности и внутри самих составляющих металлических фаз. Зафиксированы строчки сульфидных включений, которые явились результатом процессов окисления серы, а затем дальнейшего раскисления сплава известью при классическом стале-плавильном процессе.

___По причине частых теплосмен работы кокиля, внутри металлической матрицы обнаружены структурные изменения, которые явились результатом фазовой перекристаллизации. Кристаллы аустенита вследствие периодических нагревов сначала интенсивно растут, увеличиваясь в размерах и создавая новые внутренние напряжения, а затем, начиная с краёв, распадаются на также зернистые перлит, феррит и графит. Новые зёрна элементов металлической матрицы имеют свои оболочки, состоящие из зон: диффузионного окисления, обезуглероживания (образования низко-углеродистого феррита, вследствие выпадения графита в отдельные, постоянно растущие кристаллы), перераспределения — с последующей локальной концентрацией по границам зёрен оксидов, сульфидов, хромитов, хрупких и недеформируемых силикатов сложного состава.

___Процессы фазовой перекристаллизации рождают новые внутренние напряжения, концентраторы которых располагаются в основном по границам постоянно растущих от нагревов зёрен. Образовавшиеся вновь структурные фазы — новые составляющие металлической матрицы, имеют каждая свой удельный объём, который в значительной степени отличается от удельного объёма первоначальной металлической матрицы (см. таблицу). Вследствие этого, в поверхностном слое зерна возникают растягивающие напряжения, а в середине сечения зерна — образуются сжимающие напряжения.

___Рано или поздно, внутренние напряжения, особенно если их градиент постоянно увеличивается, вызывают деформации металлической матрицы, сначала — упругие, а впоследствии — пластические, остаточные. В итоге это приводит сначала к короблению, а затем к трещинам и разрушению детали (в данном случае кокиля).

___Вследствие изменения фазового состава металлической матрицы, также изменились и механические свойства материала. На исследуемом образце, отобранном после забраковки кокиля, зафиксировано уменьшение пластичности, снижение упругости, увеличение хрупкости и рост твёрдости по сравнению с характеристиками металла до эксплуатации кокиля (в состоянии поставки). Что также сыграло немаловажную роль при разрушении кокиля и преждевременного выхода его из работы.

___

УСПЕХОВ ВАМ

___