Файл: Чернявский И.Я. Износоустойчивые металлошлаковые трубы.pdf

Максимальная величина адгезионной прочности ос­ теклованного шлака с окисленной металлической по­ верхностью, полученная в результате этих эксперимен­ тов, достигает 80 • 10п н/м2, в то время как адгезионная

Рис. 22. Зависимость прочности сцепления от прижимного давления

прочность силикатных эмалей с поверхностью металла оценивается в (500—600) ІО5 н/м2 [63].

Вследствие значительного различия коэффициентов термического расширения шлакового стекла и метал­ л а — (6—9) 10~6 и 11,9 ■10-6 — следует ожидать, что ад­ гезионная прочность будет падать с понижением темпе­ ратуры; это подтверждается поставленными опытами. Однако при охлаждении образцов аадг изменяется не­ равномерно; сначала происходит даже некоторое повы­ шение адгезионной прочности, а затем — падение прак­ тически до нуля (см. рис. 20). Для шлака БГМК такое самопроизвольное разрушение сцепления происходит при 300—400° С. Таким образом, сцепление шлака с ме­ таллом нарушается при понижении температуры, и од­ на из причин этого — различие в коэффициентах тер­ мического расширения.

Особенностью взаимодействия шлакового стекла с металлом является участие в процессе окисной пленки на металле. Затрудненные условия для диффузионных процессов при температуре ниже температуры солидуса шлака приводят к тому, что между металлом и шлаком при постановке опытов в воздушной среде всегда при­ сутствует слой окислов. После испытания на поверхно­ сти отрыва шлакового образца остаются адгезирован­ ные окислы металла, поверхность которого также ока-

Рис. 23. Микроструктура граничной зоны металл — шлак X Х136

1 — окисная пленка; 2 — шлак ММК

На шлифе шлакового образца после отрыва (рис. 23) видно, что граница раздела остеклованного шлака с окислами металла четкая, хотя и может быть сильно деформированной. Толщина адгезировавшего слоя окис­ лов от десятков до сотен микрон.

Опыты, поставленные при различных условиях, по­ казывают, что, как и в случае прилипания [68], проч­ ность адгезионного сцепления практически не зависит от степени окисленности поверхности металла. Так, от­ рыв шлакового образца после 3-минутной выдержки в соприкосновении при 880° С показывает, что а аДг при различных условиях окисления металлической поверх­ ности равна в среднем 30 • ІО5 н/м2.

Прочность сцепления между двумя окисленными ме­

15) Ю5 н/мг], что также подтверждает возможность опре­ деления аадг окисным слоем на металле.

Фазовый и минералогический состав

Исследуемые шлаки (см. табл. 1) различаются не только по химическому, но н по фазовому и минерало­ гическому составу. Известен ряд исследований фазово­ минералогического состава доменных и медных шлаков [71—77]. В доменных шлаках, отобранных из отвалов, кристаллизация не доходит до конца. Обычно в них ус­ певают закристаллизоваться в той или иной степени сульфиды, мелилит, ранкпнпт и несколько хуже псевдоволластонпт [71].

Доменные шлаки ММК также представляют собой совокупность различных минералов. Петрографические и

(до 10%), псевдоволластонита и девнтрпфицированного стекла.

Как указывает Ю. Д. Кручинии [78], при кристал­ лизации шлаков ММК образуется обычно два типа структур: порфировая и дендритная. Последняя обла­ дает, как правило, более высокой механической прочно­ стью. Шлаки, на которых мы отрабатывали технологию изготовления труб, имели дендритную структуру.

Исследования [79, 80] показали что температурный режим кристаллизации не оказывает существенного влияния на минералогический состав шлаковых отли­ вок. Что касается структуры шлакового камня, то она зависит от температурного режима кристаллизации. Так, кристаллизация поверхностных слоев шлака ММК на границе двух фаз (расплав — воздух) начинается очень рано, а фронт затвердевания быстро продвигает­ ся к центру. В этих частях наблюдается небольшое ко­

конвертообразные и призматические, как правило, весь­ ма плотно расположенные, с небольшим количеством

является пнроксен-дпопсид-гедеибергптового ряда, кро­ ме того, имеются оливин, фаялит, магнетит, псевдоволластонпт и сульфиды. Как видно, состав этого шлака тоже полиминеральный. Однако всех перечисленных минералов значительно меньше, чем пироксена (послед­ него до 75%). Следовательно, все технические свойства шлака должны в основном определяться свойствами пироксена.

Шлаки эти имеют мелкозернистую структуру с раз­ мером зерен от долей микрона до 0,03 мм. Такую мел­ кую кристаллизацию, по всей вероятности, можно объ­ яснить высоким содержанием закиси железа (до 30%), которая, как уже указывалось выше, разжижает рас­ плав, уменьшает размеры кремпекпслородных комплек­ сов, что, в свою очередь, делает их более подвижными, способными к образованию мельчайших кристалличе­ ских агрегатов [81]. Кроме того, наличие большого ко­ личества закиси-окиси железа в шлаке приводит к об­ разованию магнетита, который является центром кри­ сталлизации пироксена.

Пироксеновое литье, как правило, имеет более высо­ кие физико-механические показатели, чем мелплптовое, особенно по истираемости — основной характеристики металлошлаковых изделий. Это зависит от ряда причин, связанных как со свойствами самих минералов, напри­ мер с твердостью, так и с режимами термической обра­ ботки самих отливок.

Кристаллизация шлаков

Изучаемые шлаки по своей способности к кристал­ лизации из расплава находятся между стеклами и ме­ таллами. Силикатные расплавы, имеющие состав обыч­ но применяемых в промышленности стекол, в отличие от большинства металлов, как правило, плохо кристал­ лизуются из расплава. Шлаки ММК и БГМК относят­ ся к силикатам, хорошо кристаллизующимся, и в то же время их можно в определенных условиях переохладить до чистого стекла. Склонность к кристаллизации из расплава у шлаков ММК выше, чем у шлаков БГМК. Разработку технологии изготовления металлошлаковых