Способ обработки порошка тугоплавкого соединения перед введением в расплавленную сталь

 

.СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОРОШКА ТУГОПЛАВКОГО СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕД ВВЕДЕНИЕМ В РАСПЛАВЛЕННУЮ СТАЛЬ, включающий очистку частиц порошка в жидкой среде с помощью ультразвука и их металлизацию, отличаюади й-о с я тем, что, с целью повышения механических свойств стали, в качестве жидкой среды используют расплав эвтектики хлористого натрия, хлористого калия и фтористого лития, а металлизацию частиц осуществляют путем ввода в объем расплава эвтектики титана и хлористой меди при одновременном воздействии на расплав ультразвуковыми колебаниями с последующим охлаждением полученной компоS зиции.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ПМ

1(511 С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

"«1

«»»

« "".ч«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " к AB TopcHoMY свидетельств (21) 3461543/22-02 (22) 02 ° 04 ° 82 (46) 28.02 ° 84. Бюл. М 8 (72) И.В . Мозговой, П.В. Штоль, В.П. Сабуров, Е.Н. Еремин, К;К. Денисов, Б.Е. Лопаев и Б.Я. Гилев (71) Омский политехнический институт (53) 669 ° 15-196(088.8) (56) 1 ° Погодин-Алексеев Г.И., Гаврилов В.М; Методы введения в расплав труднорастворимой дисперсной фазы.

Труды ЦП НТО Машпром, 1961, сб» 2, с, 7, 2 ° Погодин.-Алексеев Г.И. и др.

Стальные сплавы-взвеси, полученные при помощи ультразвука. — Сб. докла. дов 4-й конференции. Применение ультразвука в машиностроении .

Изд-во ЦП НТО Машпром, 1963, с 38. (54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОРОШКА

ТУГОПЛАВКОГО СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕД ВВЕДЕ

НИЕМ В РАСПЛАВЛЕННУЮ СТАЛЬ, включающий очистку частиц порошка в жидкой среде с помощью ультразвука и их металлизацию, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения механических свойств стали, в качестве жидкой среды используют расплав эвтектики хлористого натрия, хлористого калия и фтористого лития, а металлизацию частиц осуществляют путем ввода в объем расплава звтектики титана и хлористой меди при одновременном воздействии на расплав ультразвуковыми колебаниями с последующим охлаждением полученной компо- е

С2 зиции.

1076480

Изобретение относится к металлургии; в частности к технологии обработки порошков тугоплавких соединений перед введением их в расплавленную сталь с целью ее модифицирова" ния и упрочнения, и может быть использовано в литейном, сварочном производствах, а также в других от-. раслях промышленности.

Известен способ, по которому обработку порошка тугоплавкого соеди- 10 нения, заключающуюся в химической очистке поверхности частиц порошка, осуществляют непосредственно в процессе введения порошка в расплавленную сталь. Это достигается присаживанием к порошку тугоплавкого соединения флюсирующих добавок и (или) введением порошка через слой расплавленного флюса на поверхности металлического расплава flf .

Недостатки указанного способаокисление и агрегаЦия большого количества частиц порошка до момента смачивания их расплавленным флюсом, усиливающиеся с повышением дисперсности обрабатываемого порошка. Это объясняется тем, что расплавленные флюсы, применяющиеся для защиты и обработки расплавленных сталей, имеют, довольно большие значения величин поверхностного натяжения (250 мДж/м и более), что препятствует достаточно быстрому протеканию процессов смачивания частиц порошка флюсом и обусловливает в результате те же трудности„ что и в случае непосредственного введения порошков тугоплавких соединений в расплавленные стали.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, сог- 40 ласно которому порошок тугоплавкого соединения перед-введением в расплавленную сталь подвергают обработке, заключающейся в очистке частиц поРошка в жидкой среде {спирте или 45 ацетоне) с помощью ультразвука, сушке и последующей металлизации, дости. гаемой трением частиц порошка между двумя поверхностями из мягкой стали Г27 °

Недостатками известного способа являются низкий эффект модифицирования стали и невозможность длительноz.o хранения полученного порошка.

Цель изобретения - повышение механических свойств стали.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки . порошка тугоплавкого соединения.перед введением в расплавленную сталь, включающему очистку частиц порошка бО в жидкой среде с помощью ультразвука и их металлизацию, в качестве жидкой среды используют расплав эвтектики хлористого натрия, хлористого калия и фтористого лития,. а металлизацию частиц осуществляют путем ввода в объем расплава эвтектики титана и хлористой меди при од" новременном воздействии на расплаВ ультразвуковыми колебаниями с после" дующим охлаждением полученной композиции, Способ осуществляют следующим образом.

Порошок из дисперсных тугоплавких синтетических частиц карбидов, нитридов, боридов или окислов с помощью ультразвука замешивают и подвергают очистке в Расплаве солей.

При этом ультразвуковые колебания вводят в расплав, например, сверху путем погружения в него торца ультразвукового инструмента. Благодаря действию ультразвука обеспечивается смачивание и очистка частиц порошка расплавом и их равномерное распределение по объему .

Состав расплава и температуру его нагрева выбирают из условия наименьшей растворимости в нем частиц порошка и наименьшей вязкости и поверхностного натяжения. Этим условиям наиболее полно отвечает расплав эвтектики хлористого натрия, хлористого калия и фтористого лития.

Температура расплава в зависимос ти от его состава и вида обрабатываемого порошка может находиться в интервале 350 — 1100 С. При этом более высокие температуры нагрева расплава используют при обработке карбидов .и боридов титана и циркония.

Интенсивность ультразвуковых колебаний в процессе обработки частиц порошка при частоте (17 — 25) ° 10 Гц находится в пределах 10-35 Br/ñì .

Время очистки частиц порошка зависит от их количества и дисперсности и определяется временем, необходимым для замешивания и равномерного распределения порошка по объему расплава. С повышением дисперсности и количества порошка время обработки возрастает. Количество обрабатываемого порошка в расплаве эвтектики может достигать 10-30 об.В.

После завершения процесса замешивания и очистки частиц порошка, не прекращая ультразвуковой обработки расплава, в его объем вводят металлизирующие добавки (металлизирующие добавки можно вводить в расплав и заранее, до замешивания в нем порош-. ка, а также отдельными порциями по ходу процесса) . В качестве металлизирующих добавок используют хлорис- . тую медь с порошком титана.

Одновременно воздействие на расплав ультразвуковых колебаний резко ускоряет процесс растворения в его объеме указанных добавок и протекание обменных реакций, например 3 CuCE + T3. = TiCfq + 3 Си.

1076480

Образующиеся в результате этих реакций хлориды титана частично растворяются в расплаве и сильно снйжают- его поверхностное натяжение и вязкость, что улучшает условия обработки порошка. В результате растворения металлиэирующих добавок

:расплав насыщается медью, которая адсорбируется поверхностью тугоплав.ких.частиц, обеспечивая их эффектив.ную металлизацию. Ультразвуковые ко- 10

;лебания значительно улучшают адсорбцию металлизирующих добавок за счет интенсивного перемешивания расплава.

Количество вводимых в объем 15 расплава металлиэирующих добавок определяется экспериментально.

Последующее охлаждение композиции из тугоплавких частиц и расплава до затвердевания, осуществляемое со скоростью 20-1000 С/мин, обеспечивает ,консервацию обработанного порошка и воэможность .его длительного хране" ния в готовом для употребления состоянии» 25

Введение обработанного таким образом порошка в расплавленную сталь с целью ее модифицирования или упрочнения может быть осуществлено каким-либо из известных способов.

Например, в составе порошковой проволоки в процессе сварки или наплав ки. Порошок может быть введен в расплавленную сталь и при обычном литье..В этом случае желательно,чтобы в состав расплава, в котором обра- З5 батывался порошок, входили соли с температурой кипения ниже температуры стали, в которую будет вводиться порошок. Для осуществления ввода порошка в сталь полученную композицию 40 из эвтектика солей МаСФ, КС 6 и LiF и тугоплавких частиц измельчают, смешивают с металлическим порошком (железным, никелевым и т.д.) и брике.тируют. Полученный брикет погружают .в расплавленную сталь. При этом легкоиспаряющиеся соли, входящие в состав брикета, обеспечивают перемешивание стали и улучшают распределение частиц порошка в ее объеме.

П р и- м е р. В отдельности обрабатывают, порошки Ti (CN), TiC, ZrN, ZrBg и ZrO@ в расплаве эвтектики из хлористого натрия, хлористого калия ,и фтористого лития. Температура распЛава 720 С, объем расплава

140 см> вес каждого из обрабатываемых порошков 20 г, время замешивания (очистки) порции порошка в расплаве

25 мин, общее Время обработки 30 мин. 60

В качестве металлизирующих добавок используют титан и хлористую медь— на 20 г порошка добавляют 10 r титана и 10 г хлористой меди. Интенсивность ультразвуковых колебаний 65 при частоте 18»10 Гц составляет

20 Вт/см .

После завершения ультразвуковой обработки полученную композицию из солевого расплава и взвешенных в его объеме частиц тугоплавкого соединения титана, металлизованных медью, выливают на металлическую плиту и охлаждают до затвердевания.

Затвердевшую композицию.дробят до получения гранул размером О,З0,5 мм, смешивают с железным порошком в сботношении 1:1 и брикетируют.

Полученные брикеты используют для. модифицирования стали 110Г1ЗЛ. Сталь плавят в индукционной печи ИСТ-0,06 °

Брикет погружают в расплавленную, перегретую до 1560 С и предварительно раскисленную алюминием и силикокальцием сталь за 1-2 мин перед ее разливкой в ковш.

Вес брикета выбирают иэ расчета введения в сталь 0,05 вес.Ъ порошка тугоплавкого соединения. Из модифицированной стали отливают образцы, которые термообрабатывают и подвергают механическим испытаниям.

В таблице приведены свойства стали 110Г13Л после введения порошков, обработанных по известному и предлагаемому способам.

Тугоплавкое соединение

Предлагаемый

TiCN

Тз.С

Ех И

Е х Вд

ZrO

Из-! вест,ный TiCN

71 48 34

Как видно.иэ данных, приве еннь(х в таблице, порошки тугоплавких сое динений, обработанныЕ по предлагаемому способу, обеспечивают значительный эффект модифицирования стали и улучшение ее механических свойств.

Способ обработки порошка тугоплавкого соединения

Механические свойства стали 110Г13Л .

63 . 48

49 34

95 46

60 30

46 35

1076480

Составитель Н, Косторной

Редактор С. Квятковская Техред С. Легеза Корректор А, Ференц

Тираж 603, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Заказ 661/24

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Что касается сроков хранения порошков, то в случае обработки порош ков по известному способу срок их хранения при 25 С и относительной влажности воздуха 30% не превышает

1 . — 2 ч. Порошок, обработанный по прецлагаемому способу, может хранить ся при тех же условиях в течение 5-6 мес.

За счет гарантированного повышения механических свойств литого или наплавленного металла, модифицированного частицами порошка тугоплавкого соединения, . обрабо-. танного по предлагаемому способу, ожидаемый экономический эффект составит 15-700 руб. на тонну отливок.