Сталь
Водород попадает в сталь вследствие использования при плавке ржавого лома, насыщенных газом ферросплавов, использования влажных компонентов шихты и т.д.
При растворении водорода в жидкой стали газ не выделяется, что объясняется способностью его давать пресыщенные растворы. При резком охлаждении стали в процессе заливки в форму происходит резкое понижение растворимости водорода и его выделение из пресыщенного раствора в виде газовых пузырьков, образующих впоследствии газовые раковины. При дальнейшем воздействии переувлажненной литейной формы подкорковые раковины переходят в сплошные газовые раковины, пронизывающие почти всю толщу отливки.
Нормальная газонасыщенность основной электростали составляет по расплавлении твёрдой шихты 13-60, в конце периода окисления 23-65 и перед выпуском 5-14 см3 /100 r металла. Обычное содержание водорода в электростали 0,004-0,005%.
Понижение содержания водорода с 7-9 до 4-5 см3/100 г жидкой стали значительно повышает пластичность литой стали и устраняет образование раковин и друmх дефектов. Необходимо, чтобы шихтовые материалы не содержали ржавчину, состоящую из гидрата окислов железа Fem (OH)n; следует употреблять только сухую руду, прокаливать ферросплавы перед присадкой в печь, в особенности ферросилиций, сушить ковши дном вверх. Не допускать присадки извести, успевшей поглотить влагу и частично превратиться из СаО в Са(ОН)2 . Полезно присаживать известняк, прокаленный при 500-700° С, для сушки и удаления конституционной влаги. В результате можно отметить, что водород - одна из самых нежелательных примесей в стали, идущей на фасонные отливки. Один процент продуктов коррозии стали в шихте вносит в сталеплавильную печь около 2,5 м3 водорода на 1 т стали.
Наибольшее влияние, которое оказывают газы на литейные и эксплуатационные свойства стали, относится и к азоту. Сталь, выплавленная в электродуговых печах, содержит в 5-10 раз больше азота, чем мартеновская. Обычное содержание азота в стали, определяемое по способу горячей экстракции в вакууме, колеблется от 0,002-0,006%. Газовые раковины, вызванные наличием азота, можно исключить введением в сталь ферротитана перед выпуском, чтобы связать азот в прочные нитриды титана.
Минимальное содержание газа в отливке можно, прежде всего, обеспечить деаэрацией шихтовых материалов и расплава до начала заливки, а также задержкой выделения растворённых газов во время кристаллизации в литейной форме.
К процессам получения стали, способствующим резкому снижению количества газов в расплаве, можно отнести плавку и разливку в вакууме и др.
Повышенная скорость охлаждения в интервале кристаллизации задерживает выделение газов из расплава до его перехода в твёрдое состояние и предотвращает образование ситовидной пористости в стальных отливках.
На рисунке представлена отливка, на обработанной поверхности которой имеются газовые раковины светлые, гладкие, рассредоточенные, сферической формы, мелкие. Раковины образовались в связи с повышенным содержанием в расплавленном металле водорода, который возник в металле в результате использования ржавой и влажной шихrы. После тщательного отбора шихтовых материалов и их просушки дефект не появлялся.
Чугун
Увеличенное содержание в металле водорода и азота приводит к появлению в отливке рассматриваемых газовых раковин. Для снижения возможности появления газовых раковин необходимо постоянно следить за выполнением ряда мероприятий.
Не применять ржавый лом. Одна тонна шихты с 1% ржавчины содержит 2,5 кг водорода. При плавке водород выделяется в атомарном состоянии и активно растворяется в металле.
Не рекомендуется использовать литейный чугун. имеющий пористый излом. Источником образования газа могут быть и ферросплавы. Ферросплавы необходимо высушивать перед введением их в печь.
Применять вакуумную плавку, что позволит удалить до 70% растворенного водорода, или продуть чугун в течение нескольких минут сухим инертным газом, например, азотом или аргоном.
В расплаве снизить содержание алюминия, титана. магния и марганца, которые способствуют повышению концентрации водорода в жидком чугуне.
В чугуне должно быть меньше 0,01-0,02% алюминия и титана. Алюминий ускоряет разложение воды. т.е. увеличивает содержание растворенного в металле водорода. Действие магния аналогично алюминию, если его остаточное количество в чугуне превышает 0,09%. Марганец способствует растворению водорода в сплаве. Особенно вредно одновременное присутствие алюминия и магния.
Заменить ферросилиций с 1,75-2.25% алюминия на ферросилиций с 0,5-0,8% алюминия.
Использовать для изготовлении отливок сухие или подсушенные формы.
Вводить в сырые песчано-глинистые формовочные смеси не менее 4% каменноугольной пыли или древесного пека, битума. 3-5% мелкораздробленных окислов железа.
Дли уменьшения содержания азота в чугуне рекомендуется:
Исключить использование в шихте стали, выплавленной в электродуговых печах, поскольку она содержит в 5-10 раз больше азота, чем мартеновская.
При выплавке чугуна в индукционной печи необходимо использовать науглероживатели с содержанием азота до 0,5%.
При изготовлении ответственных отливок из серого чугуна следует проверить содержание азота в стальных отходах, особенно если сталь была выплавлена в электродуговой печи. Высокое содержание азота в стальных отходах приводит к появлению газовой пористости.
Газовые раковины. вызванные наличием азота, можно исключить введением в металл титана. который образует устойчивые нитриды. Если требовании к структуре металла высоки, то содержание титана не должно превышать 0,05%.