Способ получения легированного металла

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4 23 К 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ъ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3754739/25-27 (22) 13.06.84 (46) 23.05.86. Бюл. II 19 (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И,Калинина (72) В,В.Андреев, П.Е.Дуденко и M.Â.Óøàêoâ (53) 621.791.04 (088.8) (56) Науменко В.С. и др. Термитная сварка рельсов. M.: Изд-во литературы по строительству, 1969, с. 74, 96-106.

Авторское свидетельство СССР

Н 747657, кл. В 23 К 23/00, 1979.

Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. М.: Машиностроение, 1970, с. 227-235.

Авторское свидетельство СССР

1(- 77895, кл. В 23 К 23/00, 06.11.47.

Авторское свидетельство СССР

73197. кл. В 23 К 23/00, 14.06.39.

Баптизманский В.И. и др. Раскисление и легирование стали экзотермическими ферросплавами. Киев, Техника, 1970, с. 45, 96-106,61 . (54)(57) I. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО МЕТАЛЛА преимущественно при термитной сварке и наплавке, при котором получают термитную смесь, содержащую окисел основного компонента, восстановитель, химические. соединения легирующих элементов и вещества, замедляющие или ускоряющие реакцию горения и обеспечивают горение смеси в жидкофазном режиме, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и снижения потерь легирующих элементов в случае разных скоростей реакций их химических соединений с восстановителем, смесь получают в виде нескольких смесей, в одну из которых— основную — вводят окисел основного металла и восстановитель, а в другие, легирующие, число которых выбирают по Числу легирующих элемен— тов, вводят восстановитель и легирующие химические соединения, при этом изменением степени окисления дисперсности ингредиентов смесей, их плот- 2 ности, количества веществ, замедляющих или ускоряющих реакцию восстановления обеспечивают равенство мас- С совых скоростей горения всех смесей, с после чего отдельные смеси в виде порошков, капсул или таблеток смешивают между собой.

2. Способ по п.l о т л и ч а юшийся тем, что, в качестве вешества, ускоряющего реакцию горения, используют перхлорат калия.

3. Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что в ка .. стве вещества, ускоряющего реакцию горения, используют медь.

4. Способ по п.1, о т л н ч а юшийся тем, что горение смеси осуществляют в среде защитного газа,) под давлением. й

Изобретение относится к области термитной сварки и наплавки изделий иэ черных и цветных металлов, в частности к способам получения легированного наплавленного металла, и может найти применение при дуговой сварке с использованием экзотермических электродов, проволок, стержней, лент, паст и флюсов, в металлургии, например, при проведении небольших плавок материалов высокой чистоты или получении небольших и средних отливок из легированных сплавов, а также в электротехнике для обработки специальных материалов, .включая сверхпроводящие.

K основным факторам, определяющим качество, прочностные и другие показатели изделий, выполняемых сваркой плавлением, включая термитную, относятся тепловая мощность и диапазоны ее регулирования, а также методы и степень легирования наплавленного металла.

Целью изобретения является уменьшение потерь легирующих элементов и повышение качества сварных соединений и нанлавок за счет регулирования тепловыделений, массовых скоростей и температуры процессов (реакций) экзотермического легирования и упрочнения совмещенных с процессом * экзотермического восстановления основного компонента свариваемого или наплавочного материала.

Поставленная цель достигается тем, что для получения легированного металла используют комплексную,экзо.термическую смесь, состоящую из основной и легирующих термитных смесей по числу легирующих и модифицирующих элементов в марочном составе свариваемого или наплавочного материала, на основе обычных термодинамических расчетов, основной компонент и легирующие (модифицирующие) элементы выбирают из числа их соединений различной степени окисления 1-YII c тем, чтобы исключить как дефицит тепловыделений, приводящий к образоанию технологических дефектов, нижающих качество сварных швов и наплавок, так и их избыток, приводящий к потерям основного компонента и легирующих (модифицирующих) элементов из-эе испарения или возгонки в процессе горения смесей.

В зависимости от термодинамической прочности выбранных соединений, таблетирования смесей этих оксидов (доведенных до дисперсности 5-50 мкм ) с восстановителем и катализатором или активатором горения, уплотняя их

1; 44r) 1

13 .l1èч11l1ы l E IlJIoI!hlj1cJlE. ний 11 и Iг i оной скорости горения их смесей 1 во< сTII- новителем выбирают дисперсность порошков этих соединений в пределах

5-3 !О мкм с таким расчетом, чтобы обеспечить равенство или близость (в пределах 507) массовых скоростей горения основной и легирующих термитных смесей, при этом термодинами10 ческие прочные соединения, например двуокись титана, доводят до высокой дисперсности (до 5 мкм включительно) а соединения с низкой термодинамической прочностью, например окись ни15 келя, вводят в смеси в виде крупных фракций (до 1000 — 3000 мкм).

Исходя из уравнения экзотермических реакций и известного теоретического выхода восстанавливаемых

20 элементов, выбирают восстановители различной активности 40-99,8Х, восстановительной способности (из ряда

Mg, Al, Si, Са) и дисперсности в

3 пределах 5-5 10 мкм, предпочтитель25 но используя алюминий, как наиболее распространенный и дешевый материал.

Дальнейшее регулирование тепловыделений и массовых скоростей горения основной и легирующих смесей осущ ществляют введением катализаторов реакций, например порошков меди, в пределах 0,2-0,3Х, и активаторов реакций, например перхлората калия в пределах 5-257., используя их для повышения тепловьщелений и скоростей горения, особенно в случае трудновосстановимых соединений. Снижение тепловыделений и скоростей горения осуществляют введением флегматизаторов реакции горения, например фторида кальция в пределах 5-20Х. Эффективность действия катализаторов, акти-

1ваторов и флегматизаторов повышают капсулированием их со смесью, в .которую они введены, причем наряду с повышением эффективности капсулированием обеспечивают уменьшение по-, терь легирующих (модифицирующих) элементов при подготовке (перемеши- вании) смесей.

Выход целевого продукта (коэффициент перехода) в случае тугоплавких металлов или трудновосстановимйх соединений, например оксидов титана, хрома и ннобия, повышают путем

3 1232 до относительной плотности 0,4-0,95.

Полученную комплексную экзотермическую смесь восстанавливают горением в жидкофазном режиме. Для более полного удаления вредных примесей нз наплавленного металла и лучшего разделения металла и шлака этот процесс ведут при повышенном давлении защитного газа, причем для нитридного упрочнения сварных швов защитный газ 10 заменяют азотом. В целях предупреждения трещннообразования и повышения таким образом качества сварных соединений и наплавок осуществляют предварительный или сопутствующий подогрев иэделий, используя дополнительные тепловыделения экзотермических облицовок формы толщиной 2-25 мм, которые дают огнеупорные оксиды, предпочтительно окись магния и двуокись циркония, и позволяют уменьшить переход вредных примесей из фзрмы в иаллавленный металл.

Выбор различной степени дисперсности восстановимых соединений основного компонента и легирующих и модифицирующих элементов в пределах

5-3 )О мкм обусловлен задачей уменьшения потерь этих элементов и повышения качества сварных соединений и наплавок за счет направленного регулирования тепловыделений, температуры и других параметров термического цикла сварки и наплавки.

При дисперсности менее 5 мкм происходит увеличение потерь из-за усиления поверхностной адсорбции влаги и газов, а также из-за уменьшения эффективной поверхности контакта восстановимых соединений с восстановителем. При дисперсностях з более 3 ° 10 мкм происходит значительное снижение тепловыделений и в особенности массовых скоростей экзотермических реакций.

Ограничение степени дисперсности 4 восстановителей нижним пределом 5 мкм связано с тем, что при таких и меньших фракциях они становятся сильно пирофорными, что требует особых мер по охране труда и противопожарной безопасности. При дисперсностях восстановителей более 5.10 мкм возможЭ ности регулирования термического цикла резко снижаются и возникает опасность появления недопустимых технологических дефектов.

Степень уплотнения легирующих смесей повышают от насыпной до 0,4440 4

0,95, поскольку уплотнение даег повьппение тепловыделений (на единицу объема смеси), что позволяет регулировать термический цикл сварки и наплавки. Нижний предел уплотнения выбран равным 0,4, потому что при меньшем уплотнении повышение тепловыделений и коэффициентов перехода невелико. Верхний предел, равный

0,95, ограничен технологическими возможностями существующего оборудования и резким ростом энергетических затрат, необходимых для обеспечения больших уплотнений.

В предлагаемом способе используют комплексную экзотермическую смесь, которая по существу представляет собой смесь, составленную из не менее чем двух термитных смесей: основной, например железо-алюминиевой (3 РезО +

+ 8 А1), и легирующей, например марганце-алюминиевой(Ип О + 2А1) или лантаново-магниевой (2 LaC1 + 3 Ng) и т.д.

Таким образом, комплексная смесь содержит восстановимые соединения всех химических элементов, входящих в состав свариваемого материала, и все эти соединения восстанавливаются с выделением тепла. В результате наряду с исключением потерь легирую+ щих и модифицирующих элементов, обусловленных их окислением в реакционном слое, участием в процессе восстановления оксида основного компонента, а также переходом в шлак и возгонкой или испарением предлагаемый способ обеспечивает дополнительные тепловыделения, что позволяет ввести в наплавленный металл большее количество легирующих элементов, включая туго плавкие, например молибден, тантал,. вольфрам, т.е. расширить номенклатуру и диапазоны легирования, а также исключить такие опасные дефекты, как непровары и шлаковые и окисные включения, а кроме того, отказаться от предварительного подогрева, производимого в известных способах от внешнего источника в целях исключения непроваров при сварке изделий больших сечений, а осуществлять предварительный илн сопутствующий подогрев за счет экзотермических облицовок только при сварке закаливающих материалов в целях предотвращения трещинообразования °

Относительное количество оксидов и других восстановимых соединений!

2.32440 о< ионного компонента, ле ирунпних и модифицирующих элементов в комплексной экзотермической смеси выбирают исходя из марочного состава сваринаемого материала и известных коэффициентов их перехода в наплавленный металл, установленных в результате. теоретического анализа и экспериментальных проверок, 10

При расчете состава комплексной смеси учитывают содержание основного компонента, легирующих раскислителей и модификаторов в исходных продуктах, например, в железной ока- i5 лине, которая, кроме углерода, кремния и марганца, может содержать хром, ниобий и другие элементы. Степень окисленности основного компонента и легирующих элементов подбирают так, чтобы они давали наибольший коэффициент перехода, требуемую калорийность комплексной смеси и наиболее благоприятные режимы горения. Выбор восстановительной способности и ак- 25 тивности восстановителей производят исходя из тех же задач, а поэтому в комплексную смесь вводят не менее одного восстановителя. Для того, чтобы получить наплавленный металл, легированный трудновосстановимым хромом, окись хрома восстанавливают алюминием активностью 99,8Х с до-. бавкой магния, а восстановление лег ковосстановимой закиси меди при легировании медью производят алюминием

3S активностью 80Х (в виде сплава 20Х

Cu + 8OX Аl), Горение экзотермических смесей может происходить в паро-, жидкои твердофазном режимах. Парофазншй

40 режим связан с повышенными потерями целевого продукта (легирующих и модифицирующих элементов), а твердофазный — с опасностью возникновения непроваров и других дефектов.

В связи с этим предлагаемый способ предусматривает перевод процесса горения смесей в жидкофазный режим за счет дополнительных воздействий, включая внешние, например, повышением давления газовой среды, которая может быть контролируемой (т.е. активной или инертной по отношению к наплавленному металлу).

Наряду с экзотермическим восстановлением предлагаемый способ предусматривает повышение качества сварньж соединений за счет нитридного, карбидного и интерметаллидного упрочнения путем экзотермического взаимодействия восстановленных элементов с такими легирующими как азот, углерод, алюминий или бор. Когда основной компонент свариваемого материала, например медь, не дает боридов, его боридное упрочнение осуществляют за счет боридов восстановителя, например алюминия, вводят этот восстановитель с требуемым избытком по отношению к стехиометрическому количеству.

Этот избыток рассчитывается по извест" ным уравнениям экзотермических реакций, например, типа:

В Оз + 2 A1 AlqOq + 2 В;

12 В + А1 А1В,г .

Наряду с повышением прочности такой прием обеспечивает дополнительные тепловыделения, которые используются для более полного удаления газов и шлака из наплавленного металла в про=. цессе его кристаллизации.

При предлагаемом способе повышение качества сварных соединений обеспечивается также благодаря тому, что оксиды и другие восстановимые соединения, например соли легирую.— щих и модифицирующих элементов, содержат значительно меньшее количество вредных примесей, чем ферросплавы и лигатуры.

Кроме того, отличиями предлагаемого способа являются использование катализаторов, активаторов и флегматизаторов горения, капсулирование и таблетирование основной и легирующих смесей н регулирование основных параметров термического цикла сварки или наплавки: калорийности основной и легирующих термитных смесей, температуры, режимов и скоростей экзотермических реакций восстановления и упрочнения наплавленного металла.

В процессе составления смесей контролируют по массовым скоростям горение основной и легирующих термитных смесей и изменяют дисперснесть (активность, восстановительную способность, степень уплотнения и т.д.) таким образом, чтобы обеспечить совпадение или близость этих скоростей.

При выполнении этого условия основ1,7-),8 раза, а массовую скорость— в 2,0-2 5 раза.

Заменяя часть алюминия (до одной трети) более сильным магнием, увеличивают тепловыделения той же реакции в 1,2-1 3 раза, практически не изменяя ее массовую скорость.

Изменение температуры и тепловыделений от замены одного из восстановителей (или его части) другим вычисляют по разности энтальпий оксидов восстановителя и основного компонента (легирующего или модифицирующего элемента) с учетом затрат тепла на нагрев продуктов реакции до температуры реакции. Изменение

1 массовых скоростей определяется опытным путем в связи с недостаточ-: ной достоверностью известных методов расчета этих скоростей.

Регулирование массовых скоростей и тепловыделений, кроме того, осуществляют изменением дисперсности оксидов (солей руд, рудных концент; ратов) в пределах от 5 до 3 10 мкм и восстановителей в пределах от 5 э до 5 ° )0 мкм. Этого изменения достигают путем соответствующего выбора покупной продукции и дополнительного разделения ее по фракциям с по мощью сит.

Изменение дисперсности осуществляется ступенями: (1-3) 10 мкм э (оксиды), (1-5) )О мкм (восстановители), 500-1000 мкм, 260-500 мкм, 100-260 мкм, 50-100 мкм и 5-50 мкм.

Повыпение дисперсности на одну ступень дает повышение коэффициента перехода тепловыделений в среднем на 2,0-2,5Х для всех оксидов (табл.l) кроме оксидов ниобия, титана и хрома.

При этом повьппение дисперсности до

260 мкм и менее оказывается нежелательным для оксидов с малой термодинамической прочностью (Nn Oä, NiO

Со 04, Cu O, CuO) так как может привести не к уменьшению, а к увеличению потерь этих легирующих.

Для оксидов ниобия, титана и хрома повышение дисперсности на одну ступень дает повышение коэффициентов перехода и тепловыделений íà 5Х, причем при фракциях более 500 мкм такой эффект обеспечивается только при использовании активаторов горения в количестве не менее 10 мас.X.

Катализаторы, активаторы и флегматизаторы горения вводят в комп7 1232440 ной компонент и все легирующие элементы восстанавливаются и переходят в жидкое состояние одновременно, что обеспечивает более длительное и эффективное их физико-химическое взаимодействие и исключение по1ерь, обусловленных разницей. в агрегатном состоянии этих элементов, свойственной известным способам. Конкурентность .основной и дополнительных 10 (легирующих) экзотермических реакций приводит к снижению концентрационных и температурных градиентов и флуктуаций в реакционной зоне и тем самым уменьшает потери легирующих и модифицирующих элементов из-за их перехода в шлак и образования корольков, Для увеличения тепловыделений и массовых скоростей используют оксиды (соли, руды, рудные концентраты) с большей степенью окисленности, а для уменьшения — с меньшей. Так, при легировании марганцем тепловыделения и массовую скорость увеличивают. Ис- 25 пользуя вместо окиси марганца (Ш) перманганат (YII) и заменяя окись (III) закисью (II) уменьшают их.

Расчет тепловыделений (калорийности смесей) производят исходя из разнос- 30 ти энтальпий оксидов восстановителя и марганца (или другого легирующего элемента), а массовую скорость определяют опытным путем.

Изменение массовых скоростей горения основной и легирующей смесей осуществляют также изменением активности (степени чистоты) одного или нескольких ингредиентов, включая восстановители. Увеличение активности ингредиентов приводит к повышению массовых скоростей и наоборот.

Используя вместо алюминия техничес.кой чистоты (95,5-96X) активного алюминия его сплав с медью (80X ак тивного алюминия), достигают снижения массовой скорости горения в 2,02,5 раза.

Изменение массовых скоростей и тепловыделений осуществляют также

50 введением в комплексную смесь восстановителей различной восстановительной способности (из ряда Mg, Al Si

Са). Так, заменяя алюминий менее сильным восстановителем например

t 55 кремнием (при той же активности и . дисперсности), уменьшают тепловыде-. ления реакций (3 Fe>04 + 8 Al) в

1232440!

О лексную экзотермическую смесь совместно с тем оксидом (солью, рудой, рудным кбнцентратом) массовую ско-.„ рость восстановления которого надо изменить. Катализаторы и активаторы используют для повышения массовой скорости, а флегматизаторы — для ее снижения. В качестве катализаторов предпочтительно используют медь или ниобий s порошке дисперсностью 50100 мкм в количестве 0,2-0,5 . (от массы восстанавливаемого соединения).

Активаторы в виде перекисей и солей щелочных и щелочно-земельных металлов, например перекиси бария и церхлората калия, вводят в количестве

5-10 (от массы термитной смеси), причем в случае трудновосстановимых элементов, например хрома, количество активаторов повышают до 15-25 и вводят их в виде экзотермических смесей с восстановителем.

В качестве флегматизаторов в предлагаемом способе используют вещества, которые одновременно являются плавнями, например фторид кальция и борный ангидрид, причем борный ангидрид используется также для интерметаллидного (боридного) упрочнения наплавленного металла. Содержание этих веществ выбирается в пределах 5-20Х (от массы термитной смеси).

Кроме того, согласно предлагаемому способу в качестве флегматизаторов используют основной компонент свариваемого металла, предпочтительно в виде его сплавов с восстановителем, например сплава меди с алюминием при сварке меди или сплава железа с кремнием при сварке чугунов.

Для более эффективного избира- тельного воздействия на массовую скорость и тепловыделения основной и легирующих термитных смесей производят капсулирование и таблетирование этих смесей перед введением их в комплексную экзотермическую смесь.

Капсулированию подвергаются те смеси, массовая скорость горения которых должна быть снижена. Чтобы снизить скорость горения смеси

3 V О + 10 Al берут окись ванадия и алюминия крупной фракции (более

500 мкм), смешивают с флегматизатором (20/ Сад. ) и, не уплотняя, заключают в капсулу из алюминиевой или станиолевой фольги.

Таблетируют те смеси, скорость горения которых необходимо повысить.

Чтобы повысить скорость горения смеси Cr<0> + 2 Al берут окись хрома и алюминий тонкой фракции (менее

100 мкм), смешивают с катализатором (0,35-0,5X) или активатором (20-251) и уплотняют до максимальной степени (0,95) р получая таблетку. Наряду с повышением массовой скорости этот прием обеспечивает повышение температуры и теплового эффекта реакции, что уменьшает вероятность образования технологических дефектов и способствует лучшему рафинированию наплавленного металла.

Для дополнительного регулирования термического цикла сварки или наплавки и снижения потерь легирующих элементов предусматривается капсулирование и таблетирование ингредиентов комплексной смеси с избытком восстановителя, с другим восстановителем или с тем же восстановителем, что и в основной реакции, но имеющим другую активность и дисперсность.

Капсулирование и таблетирование

1 особенно целесообразно в случае термитных смесей, содержащих небольшие добавки (0,05.-0,3 ) модифицирующих элементов, поскольку эти элементы, например редкоземельные, дороги и легко теряются при перемешивании, налипая на стенки смесителя.

Повышение внешнего давления (0,11-15 MIa) в предлагаемом способе осуществляют в целях более полного удаления вредных примесей, лучшего разделения металла и шлака, а также для повышения тепловыделений и температуры горения, что особенно важно при сварке и наплавке тугоплавких материалов.

Кроме того, повышение давления способствует переходу процесса в жидкофазный режим и уменьшает потери легирукицих из-за возгонки и испарения.

B целях уменьшения потерь из-за окисления и предупреждения насыще" ния наплавленного металла газами из атмосферы в случае сварки или наплавки активных металлов предлагаемый способ предусматривает использование инертных газов, например аргона, также под повышенным давлением

0,11.-15 МПа. Для нитридного упрочнения наплавленного металла использу1232440

В целях поверхностного нитридного упрочнения наплавленного металла в облицовочные смеси вводят вещества, выделяющие азот, например азиды, 5 в количестве 15-257. от массы облицовки..Для повышения качества наплавленного металла за счет предотвращения перехода в него вредных примесей, например серы, фосфора, крем0 ния, углерода и т.д., из стенок сварочной формы или реактора, используют специальные огнеупорные облицовки, предпочтительно окись магния и двуокись циркония толщиной 3-5 мм.

В случаях, когда наплавленный металл тугоплавок или его плотность в жидком состоянии мало отличается от плотности шлака, время тепловой релаксации продуктов горения комплексной экзотермической смеси оказывается меньше времени, необходимого для полного разделения жидкого металла в шлаке, В этих случаях для повышения качества сварных соединений

4 н наплавок предлагаемый способ предусматривает наложение на изделие поля массовых сил (10-800 g) и электромагнитных полей (2,4-260 КА/м), которые снижают температуру горения смеси и ускоряют процесс разделения металла и шлака, а также улучшают переход примесей в шлак. Поля напряженностью менее 2,4 КА/м слабо влияют на процесс фазоразделения, а поля напряженностью более 240 КА/м сильно снижают массовые скорости реакций, приводя к появлению технологических дефектов. Воздействие магнитных по лей может быть регулируемым. Например, перед воспламенением термитной смеси и в начальный момент горения создают постоянное магнитное поле небольшой напряженности с тем, чтобы не вызвать сильного снижения скорости горения, а после возникновения юч азот, предпочтительно при повышенном давлении, обеспечивая синтез нитридов основного компонента (легирующих и модифицирующих элементов). Если элементы, входящие в состав наплавленного металла, образуют нестойкие нитриды или не образуют их, например Ва, Cu, Cd Co, то согласно предлагаемому способу нитридное упрочнение обеспечивают путем синтеза нитридов восстановителя, предпочтительно алюминия, вводя его в комплексную смесь с избытком по сравнению со стехиометрическим количеством. 15

Необходимый избыток алюминия рассчитывают по известным реакциям образования его нитрида, а получаемые при этом дополнительные тепловыделения находят по справочникам тер- 20 модинамических функций.

Зкзотермические облицовки формы, используемые согласно предлагаемому способу для предупреждения трещинообразования за счет предварительного или сопутствующего подогрева при сварке эакаливающихся материалов, рассчитывают исходя из требуемой температуры подогрева, известной калорийности единичной массы или объе- З0 ма облицовочного экэотермического состава, а также теплоемкости и массы наплавленного металла.

Для предварительного подогрева свариваемых деталей облицовка сжигается до засыпки комплексной экзотер35 мической смеси (при сварке тигельным и комбинированным методами) или до заливки наплавленного металла в форму (при сварке методом промежуточно40

ro литья). Для сопутствующего подогрева облицовку зажигают одновременно с комплексной смесью либо она воспламеняется жидким металлом, заливаемым в форму.

При сварке низко- и среднелегированных сталей, склонных к трещинообразованию, температуру предварительного подогрева вычисляют по формуле

Т„, 220 — 250 1С

50 где С вЂ” эквивалентное содержание углерода в 7, подсчитываемое по формуле

С + Ип и С хЖ Мох7, 55

6 . 5 5 4

NiXCuХPЕ

15 13 2 жидкой металлической ванны вместо постоянного используют переменное голе большой напряженности с тем, чтобы ускорить отделение тугоплавких частиц шлака и вредных примесей от частиц расплавленного металла. В случае сварки и наплавки материалов, склонных к росту зерна и ликвации, способ предусматривает наложение на сварочную ванну ультразвуковых колебаний, обеспечивая перемешивание и дробление растущих кристаллов и диспергирование ликвационных скопле13

14

1232440 ний и прослоек. Этот прием приводит к повышению качества сварных швов и наплавок. Частоту колебаний выбирают опытным путем, в зависимости от рода, плотности, акустических свойств 5 и кинематической вязкости расплава свариваемых материалов.

Предлагаемый способ получения легированного наплавленного металла при термитной сварке и наплавке при- 1!1 годен для выполнения сварных соединений и наплавок из сталей и чугунов различных классов и марок, жаропрочных сплавов на железной основе, меди и ее сплавов, никеля и его спла- !5 вов, титана, молибдена, ванадия, вольфрама и их сплавов, а: также металлокерамики и разнородных материалов.

В табл. 1 приведены тепловыделе- 20 ния, .массовые скорости горения и коэффициенты перехода легирующих в зависимости от способа и диапазона легирования.

Результаты теоретического анализа 25 и экспериментальных проверок показывают, что для сварки и наплавки перечисленных материалов можно использовать реакции, указанные в табл.!, где наряду с термодинамическими ха- 5п рактеристиками приведены данные по кинетике реакций и коэффициентам перехода легирующих элементов в наплавленный металл в зависимости от диапазона легирования введением хи мически чистых оксидов фракций 260

500 мкм в комплексные экзотермические. смеси на основе железного термита. Оценку необходимых тепловыделеЪий, рода и относительного количест- 4 ва ингредиентов и температуры горения и подогрева для каждого конкретногв состава того или иного свариваемого материала производят расчетным путем, исходя из физико-химических 45 характеристик ингредиентов комплексной смеси и свариваемых или наплавочных материалов. Выбор остальных параметров производят опытным путем.

В качестве примеров реализации предлагаемого способа рассматриваются варианты способа получения легированного металла при термитной сварке высокомарганцевистой, хромоникелевой и углеродистой сталей, при наплав55 ке износо-и жаростойкого слоя из высокохромистых никельсодержащих сталей, сварке ферронихрома и меди.

Пример 1. Получение легированного наплавленного металла при сварке высокомарганцевистой стали типа Г13Л (варианты 1-3).

В этом примере реализации предлагаемого способа рассматривается легирование при термитной сварке литой высокомарганцевистой стали для железнодорожных крестовин. Для получения наплавленного металла заданного марочного состава легирование производится углеродом и марганцем, а кремний не вводится. Отказ от введения кремния объясняется тем, что в сталях типа Г13Л он является раскислителем и успокоителем и при предлагаемом способе не требуется, а также тем, что при содержании 0,67 и более он приводит к охрупчиванию и трещинообразованию.

Выбор степени окисления (с.о) соединений марганца для легирующей смеси осуществляется из ряда, в который входят четыре его оксида: закись ИпО(с.о.II), закись-окись

Ип 104 (с . О ° I II IТ), окись Ипу Оэ (с ° о °

Ш), двуокись ИпО (с.о.lY) и калиевая соль КИпО (с.о.YII). Выбор степени окисления соединений железа для основной смеси осуществляется из ряда: закись FeO(c.о.II), закисьокись Ре О (с.о. II-III) и окись

Fe,Оэ(с.о.III).

В табл. 2 приведены термодинамические данные реакций восстановления оксидов марганца и железа алюминием.

Предварительный выбор производится на оснаве расчета тепловыделения и температур горения основной и легирующей термитных смесей, затрат тепла на нагрев продуктов реакции их горения и происходящих при этом потерь железа и марганца (табл.2).

Для перманганата калия этот расчет не производится в связи с отсутствием необходимых значений термодинамкческих функций в справочной литературе.

Определение температуры горения и потерь марганца для смеси 6KMnO +

+ 14 А! производится опытным путем.

Эксперименты показывают, что горение этой смеси характеризуется черезмерно высокой скоростью и большими по .. терями марганца из-за сильного диспергирования продуктов реакции. Эти факторы в сочетании с профессиональной вредностью перманганата калия

46-50

14-20

Закись железа (Feo)

Алюминий

Закись марганца (МпО)

Графит

Фторид кальция, (CaF ) 1 7-22

0,15-0,8 l0!

2 — 18

Железная окалина (Ре50 )

Алюминий

42-45

19-22 сильно затрудняют его использование в целях легирования наплавленного металла, Расчет и экспериментальная проверка остальных смесей показывают следующее.

Легирующая смесь 3 Мп0 + 4 Al горит в парофазном режиме, а весь восстанавливаемый марганец испаряется, что делает его,малопригодным для получения наплавленного металла, легированного марганцем.

Легирующая смесь 3 МпО + 2 Аl дает тепловыделения, недостаточные для плавления всей образующейся окиси алюминия, и не обеспечивает удовлетворительного формирования сварного соединения, а при горении смеси

3 Мп О + 8 Al не расплавляется около 0,5 моль окиси алюминия и не обеспечивается удовлетворительное формирование .сварного соединения, а при горении смеси 3 Mn O + 8 Al не расплавляется около 0,5 моль окиси алюминия, что приводит к образованию крупных окисных включений в наппавленном металле (марганец).

Дефицит тецловыделений легирующих смесей 3 МпО + 2 Al и 3 Мп. О +

+ 8 Al равный соответственно 109 и 52 кДж, можно компенсировать в соответствии с предлагаемым способом эа счет избыточных тепловыделений основных смесей 3 Fe0 + 2 Аl и Fe O +

+ 2 Al равных соответственно 186,2

-и 430,4 кДж. Поскольку температура горения основной смеси Fe O + 2 Al равна температуре кипения железа и приводит к потерям этого элемента иэ-за испарения, равным 17,5Х, то для составления комплексной смеси она не используется. Для получения наплавленного металла, легированного марганцем, используются две комплексные смеси, В первой в качестве легирующей использована смесь 3 ИпО +

+ 2 Al à s качестве основной

3 FeO + 2 Fl, во второй использована легирующая смесь Мп,О + 2 Al u основная смесь 3 Fe O + 8 Аl.

Первая комплексная смесь дает суммарный избыток тепловыделений, равный 77,3 кДж, а вторая — суммарный избыток, равный 595,4 кДж. Для компенсации избытка тепловыделений второй смеси в нее вводится наполнитель, являющийся одновременно фпегматизатором горения.

232440 16

При сварке стержней диаметром

25 мм из стали F1311 используется смесь 3MnO + ÇFeO + 4А1, содержащая следующие компоненты, мас.Х:

Фторид кальция используется как плавень и флегматизатор для снижения

15 массовой скорости горения основной смеси ÇFeO + 2А1 до скорости горения легирующей смеси ЗМпО + 2 Al, а также для связывания и удаления водорода из наппавленного металла. Все

20 компоненты, кроме алюминия, представляют собой химически. чистые вещест/ ва.

Состав опробованных вариантов первой комплексной смеси приведен в

25 табл. 3.

Опробованные варианты дают наплавленный металл, состав которого приведен в табл. 4.

Наплавленный металл не имеет технологических дефектов и отвечает требованиям ГОСТа по механическим свойствам, но формально не соответствует этому ГОСТУ по содержанию кремния, который попадает в наплавлеи35 ный металл (также как фосфор и сера) за счет его разбавления свариваемой сталью, которая содержит 0,8X Si, О,OSX P и 0,020Х S.

В связи с формальным несоответст40 вием при сварке опытных крестовин используется вторая комплексная смесь Nn Oq + 3Fe O + !ОА1. Железная окалина, входящая в эту смесь, содержит компоненты, мас.Х: С 0,20, 45 Si 0,38; Мп 0,40; P 0,010; $ 01008, При расчете этой смеси учитывается также содержание перечисленных вьппе элементов в наполнителе (стружке из ВСтЗсп ), мас.Х: С 0 18;

50 Si 0,28; Мп 0,40; Р 0,04,и S 0,03.

Вторая комплексная смесь для сварки опытных крестовин имеет следующий состав, мас.Х:

17!

232440

Окись марганца (Мп,Оз)

Гоафит

Наполнитель (Вст. ЗСп)

Фторид кальция (CaF ) 14-17

0,5-0,8

10-15

5-6

В целях повышения прочности и иэносостойкости сварных стыков рельсов из этой стали согласно предлагаемому способу осуществляется экзотермическое легирование наплавленного металла марганцем, никелем и хромом в

Составы опробованных вариантов этой смеси приведены в табл. 5.

Металл швов, выполненных второй смесью, имеет химический состав, который приведен в табл. 6.

Использование в предлагаемом способе окиси марганца вместо ферромарганца позволяет уменьшить потери, этого элемента в 1,6 раза, резко снизить содержание кремния, серы и фосфора, которые сильно охрупчивают сталь Р13Л, повысить калорийность комплексной термитной смеси в 1,4 раза и тем самым отказаться от предварительного подогрева стыков.

Испытания опытных крестовин, сваренных с использованием смеси 5, показывает, что среднеквадратичное значение их износостойкости составляет 96,5Х от износостойкости цельнолитых крестовин °

Пример 2. Получение легированного наплавленного металла при сварке хромоникелевой рельсовой стали (варианты 1-12).

Рельсы из этой стали используются на закруглекиях и других криволинейных участках пути, где наблюдаются повышенные динамические. нагрузки и углеродистая рельсовая сталь быстро изнашивается и выкрашивается.

Эта хромоникелевая сталь имеет. следующий марочный состав, мас.Ж:

С О 5-0,6; Мп 0,6-0,9; Si 0,18-0s30»

Cr 0,6-1,0 (р ь 0,07); Ni 0,6-1,0 (S 0,06); Fe остальное.

Использование известных термитных смесей для сварки этой стали не обеспечивает достаточной прочности и износостойкости сварных соединений рельсов из-sa того, что эти смеси дают наплавленный металл, легированный только марганцем. процессе их совместного восстановления горением в жидкофазном режиме.

Для этого в основную термическую смесь 3Fe О + 8Al вводятся легирующие термитные смеси оксидов марганца, никеля и хрома в виде порошков (капсул и таблеток). Их расчетное относительное количество в комплексной смеси, необходимое для получения легированного наплавленного металла, состав которого соответствует марочному составу свариваемой стали, следующее, мас.Ж:

Железная окалина (Ре,04)

Алюминий

Окись марганца (Мп,О„)

Окись никеля (Ni0)

Графит серебристый

65-72

23-25

0,20-0,40

0,20-0,40

0,2-0,40

0,20

0,30

При расчете состава этой комплексной смеси учитывается содержание углерода, кремния и марганца в железной окалине, которая имеет следующий химический состав, мас.7. и обес30 печивает требуемое содержание кремния в наплавленном металле. С 0,20;

S 0,28; Мп 0,40; P 0,020; S 0,008;

Fe Остальное, Комплексная смесь состава, мас.X:

Железная окалина (Fe>0 )

66

Алюминий 23

Окись марганца (Мп,Оз)

Окись никеля (Ni0) 0,25

Окись хрома (Cri0a)

Графит серебристый 0,25

Наполнитель (гвоздевая обсечка) 10,0 составлена из оксидов дисперсностью

5-50 мкм (вариант 1), 260-500 мкм (вариант 2) и (1-3) ° 10 мкм (вариант 3) . В четвертый вариант смеси введены оксиды дисперсностью (1-3)» <10 мкм и алюминий дисперсностью (3-5) ° 10 мкм (активностью 96,5X) .

5 (Эти варианты комплексной смеси дают коэффициенты перехода легирую1232440 щих в наплавленный металл, которы приведены н табл. 7, Лля уменьшения потерь легирующих элементов и исключения технологических дефектов согласно предлагаемому способу далее осуществляется сближение массовых скоростей горения основной (3Fe>O< + 8А1) и легирующих смесей Mn,O + 2A1, 3NiO + 2Al и

CrzO> + 2A1 за счет изменения дис — 0 персности оксидов и восстановителя °

Для повышения массовой скорости горения легирующей смеси Cr O> + 2А1 используют оксид хрома максимальной дисперсности (5-50 мкм), что обеспе- 15 чивает повышение этой скорости с

О,ll до 0,55 г/см .с. Для легирующей г смеси МпгО + 2А1 такая скорость (0,51 г/см с ) обеспечивается при дисперсности 260-500 мкм, а легирую- 20 щая смесь 3NiO + 2А1 горит со скоростью 0,60 г/смг- с при дисперсности 500-1000 мкм. Снижение массовой скорости горения основной смеси осуществляется снижением дисперснос- 25 ти окалины до (1,5-3);10 мкм и до5 бавлением флегматизатора (CaF ), имеющего фракцию 5-50 мкм. Наряду с этим он служит в качестве плавня и обеспечивает связывание и удале- 50 ние водорода из наплавленного металла.

Составы комплексной смеси, составленной с использованием ингредиентов указанной выше дисперсности, приведены. в табл. 8.

Смеси 5-7 дают наплавленный металл, отвечающий марочному химсоставу, но содержащий меньшее количество серы и фосфора. 40

Результаты даны в табл. 9.

Для дальнейшего повьппения коэффициента перехода хрома в состав комплексной смеси вводятся легирую- 45 щие смеси Cr Оз +2А1, содержащие избыток алюминия, равный IOX по отношению к его стехиометрическому количеству (вариант 8), и катализатор (порошок меди MII-2 фракцией 5050

100 мкм) в количестве 0,2 мас.X (вариант 9), а в вариантах 10 — 12 вместо Cr<0>(с.î. III) используется хромовый ангидрид (CrO>(c.о.YI) в смеси с алюминием АСД-I дисперсностью 550 мкм (активность 99,5X).

Состав комплексной смеси для вариантов 8-12 дан в табл. 10.

Смесь варианта 9 дает повьш ение коэффициента перехода хрома до 0,80, а смеси вариантов 8,10 — 12 до 0,75 (при дисперсности 5-50 мкм).

Процесс горения всех опробованных комплексных смесей устойчиво протекает на воздухе, отделение металла от шлака наступает через 10-15 с после воспламенения (при массах смеси более 5 кг). Наплавленный металл отвечает мардчному химическому составу и не имеет технологических дефектов (кроме металла, наплавленного смесями вариантов 3 и 4, содержащими окись хрома фракцией (1-3) ° 10 мкм).

Прочностные показатели 5-кратных образцов диаметром 5 мм, взятых из .металла, наплавленного комплексными смесями 1,2,5-12, равны или несколько превосходят таковые для основного металла, а относительное удлинение и сужение выше на 15-20Х. Наименьшие потери обеспечиваются при максимальной дисперсности и исполь зовании катализатора горения, а также при замене окиси хрома хромовым ангидридом.

Пример 3. Получение легированного металла при наплавке поверхностных слоев (варианты 1-6).

Наплавка поверхностных слоев на детали из обычных конструкционных материалов в целях повышения их стойкости против различных видов износа, коррозии в атмосфере или агрессивных средах, а также в целях экономии дефицитных материалов широко применяется во многих отраслях промышленности.

Предлагаемый способ позволяет получить износо-и коррозионностойкие наплавки, представляющие сложнолегированные стали, цветные металлы и их сплавы, а также тугоплавкие металлы и сплавы.

В частности, для получения защитно-декоративного слоя на углеродистую сталь обыкновенного качества (ВСТЗСп) произведена наплавка высоколегированных сталей марок 12Х13НЗ и

l4Xi7H2 в результате совместного восстановления оксидов хрома и никеля и хлорида лантана, идущего в процессе наплавки. При этом восстановление окисей хрома и никеля осуществляется алюминием, а хлорид лантана восстанавливается кальцием.

?2

21

1232440

Для уменьшения потерь лантана при подготовке смеси из-за налипания его хлорида на стенки смесителя и повышения коэффициента его перехода в наплавленный металл смесь 2LaCQ+

+ 3Ca капсулируется без уплотнения.

Относительное количество ингредиентов комплексной смеси приведено в табл. !1.

Требуемое содержание углерода, кремния и марганца обеспечивается за счет железной окалины, которая содержит следующие элементы, мас.X:

С 0,20; Si 0,30; Мп 0,42; Р 0,010;

S 0,008.

Состав опробованных вариантоо сме сей дан в табл. 12.

Фторид кальция введен в термитную смесь для снижения температуры реакции, более полного разделения шлаковой и металлической фаэ и повышения . эффективности рафинирования синтеэируемой стали.

Наплавка проводится в нормальных условиях без использования защитных атмосфер. Качество иаплавки высокое, горячих трещин и других технологических дефектов не обнаружено.

Химический состав наплавленного металла по вариантам смесей указан в табл. 13.

Указанный в табл. 13 химсостав отвечает марочному составу сталей

12Х14НЗ и 14Х17Н2, но значительно чище по сере и фосфору.

Пример 4. Получение легированного наплавленного металла при сварке ферронихрома (варианты 1-3).

Этот сплав используется как жарои износостойкий материал для различных деталей энергосиловых и других установок. Обычно он содержит 50-55Х

Cr, 35-40X Ni, 10-15X Fe и 0,1-0,3Х

Al. Для легирования хромом и никелем в диапазоне более 50Х и ЗОХ соответственно, а также для снижения потерь хрома и никеля осуществляется снижение массовой скорости горения и тепловыделений основной (3Fe>0< +

+ 8 Al) и повышение скорости горения и тепловыделений легирующей смеси (Сг 0 + 2 Al), За контрольное значение массовой скорости принимается массовая скорость горения легирующей смеси (Cr>O> + 2 Al), равная

6,2

32,2

23,5 железа

Окись хрома

Окись никеля

Перхлорат калия

Фторид кальция

Алюминий

8,3

5,1

24,7

Алюминий (24,7Х включая его избы45 ток, равный О,ЗХ) служит для восстановления и легирования, фторид кальция используется как плавень и флегматизатор для основной смеси (3Fe>0 +

+ 8 Al) и одновременно служит для

50 связывания и удаления водорода, а перхпорат калия является плавнем и активатором горения для легирующей смеси (Cr Оз + 2А1).

Составы опробованных вариантов комплексной смеси,мас.X,ïðèâåäåíè в табл, 14.

Металл швов, выполненных с ис пользованием опробованных смесей, 0,65 г/см с (при дисперсности 5001000 мкм). Для дополнительного повышения качества наллавленного металла в смеси вводят оксиды химической

5 чистоты, Для снижения скорости горения основной смеси (3Fe>04 + 8 А1) закись-окись железа и алюминий взяты в виде порошков пониженной дисперсности (500-1000 мкм), причем алюминий марки ПА-2 имеет пониженную активность (95Х).

Для повышения массовой скорости грения и ликвидации дефицита тепло15 выделений легирующей смеси (Cr 0 +

+ 2А1) окись хрома и алюминий АСД-1 таблетированы совместно с активирующей смесью перхлората калия (KC104) с алюминием АСД-1. Дисперсность

20 окиси хрома, перхлората калия и алюминия составляет 50-100 мкм, Уплотнение при таблетировании произведено до относительной плотности 0,8.

Содержание активирующей смеси рассчи25 тано из условия полного расплавления оксида алюминия и восстановленного хрома.

Состав комплексной смеси выбирается исходя из известного химического состава свариваемых ферронихромовых стержней диаметром 8 мм,мас.Х:

Cr 50,0; Ni 36,2; Fe 13,5 и Al О,Э.

Относительное содержание ингредиентов комплексной смеси, следующее, 35 мас.X:

Закись-окись

23

24

1232440 имеет химический состав приведенный в табл. 15.

Технологических дефектов в виде окнсных включений, пор и непроваров на поперечных и продольных шлифах не обнаружено.

Пример 5. Легирование наплавленного металла при сварке бессемеровской рельсовой стали (варианты 1-6).

Для легирования наплавленного металла марганцем при сварке рельсовых образцов из бессемеровской стали марки НБ-61, содержащей компоненты, мас.X: С 0,60; Мп 0,85; Si 0,26;

P 0,060; S 0,055; Fe остальное, используется марганцевая руда, представляющая собой гаусманит и содержащая 72Х Мп.

Комплексная смесь составляется из ,основной смеси железной окалины с алюминием марки ПА-2 дисперсностью

260-500 мкм и легирующей смеси марганцевой руды (Мп Од) с алюминием

ПА-4 дисперсностью 30-100 мкм. Состав комплексной смеси выбран исходя иэ указанного выше состава стали с учетом содержания углерода марганца и кремния в железной окалине.

Окалина имеет следующий химичес- . кий состав, мас.X: С 0,20; Si 0,28;

Мп 0,40; P 0,010; S 0,008; Fe остальное.

Состав опробованных вариантов комплексной смеси приведен в табл.16

Для исключения горячих трещин, часто возникающих в сварных швах стали

НБ61, сварку рельсовых обрезков ведут с сопутствующим подогревом, который обеспечивается sa счет тепловыделений экзотермической облицовки формы. Эта облицовка представляет собой смесь, содержащую следующие компоненты, мас.X:

Железная окалина (ГеэО )

Магний марки

МПФ-1

Магнезит обожженный . Натриевое жидкое стекло (12X-ный водный раствор) 40-60

15-25

10-37

5-8

При сварке рельсовых обрезков

20 опробованы составы экэотермической облицовки, приведенные в табл. 17.

Испытания рельсовых обрезков на трехточечный изгиб показывают, что наилучшие результаты дает облицовочная смесь 11. Обрезки, сваренные с использованием этой смеси, paspymaются при нагрузках 100-110 т, что полностью отвечает требованиям ТУ и в 1,3-1,4 раза превышает нагрузку, 30 выдерживаемую обрезками, сваренными электродуговым способом.

Наряду с повышением качества и расширением диапазонов и номенклатуры легирования предлагаемый способ

° З обеспечивает эффект sa счет высокой производительности и сбережения энергетических и других ресурсов.

l232440

1

1

1 о о

С!С СО Л о о о

g

X

Ж

Ж CCl

Э 0

Ц! ф

0 ж

cd

).

О и

0 ф

Э I

О. 0

Э с«

K сО Л (71

« « о о а О ОЪ

« Ф о о сч съ О

Л C CO

Ф « A о о о о о л О

Ф « о о

О е ао л л о о а О

»б л л ю о

1

1 о ъ о

СО О Ф

} о о о

1 Э

0 0 Э

О cd I 3

Oeф Q Э

Э cd g Ц

Ец съ о

ОЪ о о

it) мЪ

1О Ф

Ю Ю

:) ) о о

О иЪ л мЪ

« о о

0 0

М И

0 ф

m 0М

D о сЧ Щ о

«1 «с Ъ К) °

1 " I 0 1 1 ъО Ц «» К) 1

0 с«

1 И

0ОМ и ч

М О

Э w сЧ Ih

Л ОЪ СЧ

Ф л л о о а л о с Ъ л « « сч о

М) ЙЭ во ф л

0Щ иЪ

Ch л

О сО - в а Л A Ф л а сЪ ссЪ сЪ

О сЪ

9 аО сЧ с 3 О О л « Ф Ю Ф сЧ с Ъ с Ъ сЧ

Л сЪ В

О Л а

A ° \ Ф

Ф сЧ

em I

О I л

hC

О и о о л сЧ ф О

° ° »ф

Фс сО а

iО Ch иЪ

I 1

gs O мЪ

СЧ л о

1 О л

О сЪ Сп о

1 1

Э f4»»

Р . ! 4й сч л 00 иЪ с ъ с > сч

1 1 I о

Ф

)

О

0 ф о!

Ч о м

1

v

<

Go

М

v сЧ

I !! Ю

Ф4 и

Э L

Ц ф

Ж Ж

I)I ф о

М о ф4

Ю о

+ Э

Ра

° гс 01 д

° с щ сЧ +

+ Ф. о

9 уь

° «C Э

М Р с Ъ с"Ъ о

+ в

И о е Ю л О л О мъ сч сЧ )

J) сЧ»« ° о

t4 3ГЪ

+ х

4 о

°

+ о м

27

1232440 (х

1 О х 34 о о х ф 3

f Э

О х

I Q Х о е

1(р

° t

I

1 о о о с

Ф ° с л л 1 о о о

I!

С0 1 а 4 л ф о о 1

I а

I л СО д Л

1 о о х! хх е3, э а

im®

I о л о э

c0 (al g Ц

Р A о о

И Х а

С4

Ю ф о

ВГ л

eo. о о о о о

СО сО

I !

Ch О1

I CV

A о в

1 34

I! ° 5

ЭВ« 1

М о

Ц ф х

СЧ an сч л

I I

С4 л

I о л

an о (4

СЧ

1 CJ х

1 Е»

Э ь

I !

1

I» и о ф о ф о

t и

6 )

1 Э о

4l

Ф о а л

CJ

qI оЛ

М

1 Э

1 I

1

1 х ф

1 о а

С(ОЫ

1 о о(v

1 И ° (.э 1 ХО ! N1 й.". оы рух (1 - ф ) Ь Х Е

I Э Ol all э х ае

Ц

lll

О х

03 фа

;э

С7

2(O

«ф

М

Ю о

С

1 e4 an а о

1

I ь

I О о м

I Ф а

1232440

Таблица 7

° Показатели |1ля ко|е|оиеитоз

I1ns04 IIn Os IInOs PeO Pes04 Pe Os

Характеристики

4 5 6 7

l9S0 2303 2333 2600 2400 2833 ЗООВ

4850 3250 3677

3944 кДя/мл смеси

Эатрати тепла

243,7 11Ь2,3 254,0

Нагрев тзердик продуктов

I93,O $16,9

85,4

129,6

109,0

436,0

109 Ф

Плазлеяие иродуктоз

132 3 29,4

l5 ° 5

44,2

44,2

46 $

139,5

f 4

10,Ь

I0s9

325,8

Нагрев иидких продукте»

I1Ь

$9,7

324, I

Il2,d 76,6

75,1

411,5

103,0

Киаеиие продуктов

6S 3

640,0

122,9

0,69

3,0

0 35

109,0 -52,0

0,616 0 548

34 S 100,0

l7,5

Для расплазлеяия I ноль окиси а|по|о|ила °

Рассчетная температура реакции, К

Тепловой эффект реакция, xge/кг смеси

Количество яспаряиеа|ксз продуктов, г-атом

Избмток или дефицит теп лозяделеиий, кДя

Теоретический змкод иаргаяца и калева, кг/кг снеси

Потери иаргаица и пелеэа иэ"эа испареияя, 2 от теоретического завода!

950 2Ь10

S20,6 25446

718,3 1788 878,4 3342,6 844,0

508,0 254,0 1016,0 254,0

12Ь,0 194,4 583,2

218,0 09,0. 436,0

+ 1 63 +631,7 +186) 2 +430,4

04319 0|447 О ° 778 0,724 О 700

Лродолжение табл.5

1232440

Таблица 3

Содержание компонентов, мас.Х, в составе по варианту смеси

3 j 2 J 3

Закись железа (FeO) 50,о Наполнитель (Встзсп) 48

15,4 !3,3 10 4

Алюминий марки А-9

Флегматизатор и плавень (COF,) 16 14

5,8 5,5 5,2

20 22

Таблица 6

Состав смеси, мас.X:

ВариГрафит серебристый

0 6 0 5 2О си С Si Nn P В

0,8

Флегматизатор и плавень (CaF ) 12,2

4 1,06 0,38 11,8

15,4 17,5 д 5 ),14 0,38 13,0 0,018 0,008

Таблица 4

6 1,28 0,36 15,3

Таблица 7

Вари" Коэффициенты ант перехода

Технологические дефекты

Nn Ni Сг

2 1, 16 13,0 О, 1О 0,012 0,03

3 I 27 11 6

1 0,55 0,65 0,65 Нет

2 0;65 0,75 0,65 То же

Таблица 5

3 0,65 0,60 0,35 1!елкие единичные включения оксидов хрома

Содержание компонентов, мас.й, в составе по варианту

4 0,50 0,55 0,20 Крупные включения оксидов хрс а

4 . 5 6 45

Т аблица 8

Содержание компонентов, мас.Ж, в составе по варианту

45 44

Алюминий А-7 19 20

5 6 7

Окись марганца (Ип Оз) l 4,3 l 6,5 l 9,6

Графит серебристый

69 71

25 24

66

05 07 08

Компоненты первой комплексной

Закись марганца (МпО) Компоненты комплексной смеси

Железная окалина (РезО,!) Компоненты комплексной

5 сМРСН

Компоненты комплексной смеси

Железная окалина (Ре,Оо)

Алюминий

Содержание компонентов, мас.Х, в составе по варианту

4 (5 J 6

ЗЗ

1232440

Продолжение табл.8

Продолжение табл.8

4»

I Х

5 6 7

5 6 7

Флегматизатор и.плавень (CaF>) 1,75 2,50 3,45

0,40 0,30 0,20 уафит марки ИПГ 0,20 0,30 . 0,40

Наполнитель (В СтЗСп) 3 20 1 30 7 5

0,25 О,ЗО 0,35

Окись хрома (Сг О ) Окись никеля (NiO) 0,20 0,30 0,40

Т а б г и ц а 9 й

Состав, мас X

Варианты смеси

С Si Nn CT Ni $ Р

0,50 0,28 0,85 0,72 0,75

0,55 0,30 0,75 0,80 0,85 0,003 0,005

0,60 0,30 0 62 0,90 0,96

Продолжение табл.10

Таблица 10

Компоненты смеси

Содержание компонентов, Компоненты мас.Х, в составе по ва- смеси рианту 35

1 If I

3 fI

8 9 10 11 12

8 9 10 11 12

Железная окалина

Катализ а68 «О 69 «О 72 эo 70 эО 68 вО тор . горения МП-2

Алюминий 25,2 25,0 25,0 24,0 23 0

0,20

0,30 0,40 0,40 0,35 0,25

2,80 1,70 1,10 1,40 3,00

Графит сеРебристый 0,30 0,25 0,40 0,35 0,40

0,2Q 0,25—

Наполнитель (ВСтЗСп) 3,00 3,00 — 3,00 4,65

0,70 0,60 0,50

Графит таблетирован до степени уп0,20 0,20 0,40 0 30 0,20 щзтнения 0,7.

Компоненты коиплексной сиесн

Окись марганца (Mnt03 ) Окись марганца (М,о,) .

Окись хрома (Сг Оз) Хромовый ангидрид (CrO ) Окись никеля (Ni0) Содержание компонентов, мас.Х, в составе по варианту

Флегматизатор н плавень (CaF ) Содержание компонентов, мас.й, в составе по варианту

Содержание компонентов| масЛ, в составе по ва-, рианту

1232440

Продолжение табл.ll

Т аблица II

Содержание наплавляемой стали, мас.7

Компоненты комплексной смеси

12Х13Н2 14Х17Н2

12К!ЗН2 14XI 7Н2

260-500 56-58 54-56260-500 23-25 23-25

4,55-50 8,5

4-6

0,05- 0 05-, 5-50 0,1 0,1

5-100 11-13 14-17

260-500 0,010,02

Кальций

0,010,02

0,9- 1,05-100 2,1 1,2

Таблица 12

Содержание наплавленной стали, мас.Х, в составе по варианту

Компоненты комплексной смеси

14Х17Н2

2 3 4 5 6

58 57 56 55 56 54

Восстановитель (алюминий) марки А-7 24 25 23 24 23 25

Окись хрома (Cr,0з ) 12 13 ll 1.5 16 14

Окись никеля (NiO) 1,.1 !,00,9 1,2 1, 1 1,0

Иодифик атор (хлорид лантана) 0,05 0,1 0,05 0,05 — 0,1

Восстановитель (кальций х.ч.) .

0 01 0 02 0 01 0 01 - 0 02

Фторид кальция (CaF ) 4,84 3,88 0,04 7,74 3,9 5,88

Компоненты комплексной смеси

Железная .окалина (Fe>04) Окись хрома 3) Окись никеля (Ni0)

Днсперсность, мкм

Железная окалина (Ге 04 ) l 2X13H2

I Л

Фторид кальция (CaF, ) Хлорид лантана (ЕаС1з) Дисперсность мкм

Содержание

ыаплавляемой стали, мас.Х!

232440

Таблица 13

Вариант смеси

12,58 1,96 0,02

0,l1

12,42 2,25 0,02

16,2 2,15 0,02

0,11

0,11

0,008. 0,0076

0,12

172 2 10 004

Таблица 14

Продолжение табл 14

Компоненты Содержание компонентов, . Компоненты комплексной мас.Х, в составе по вари- комплексной

2$ смеси анту смеси

Содержание компонентов, мас.Х, в составе по варианту

1 1

7! 2 3

6 6,2 7,0

30 32,2 33,0

Флегмативатор, плавень и рафинирующая добавка (СаР2) 23 23,5 24,0

7,0 5,1

5,0

9,5 8,3 6,0

Таблипа 15

Вари- Состав, мас.7 ант

1 ° смеси Fe Сг Ni Al! 13,2 46,7 40,0 0,30

2 13,5 50,0 36,0 0,35

3 15 0 42 5 42 О О 30

Закись», окись желеsa (Fe>0<)

Окись хроMa(Cr О )

Окись никеля (Я О)

Активатор горения и плавень (КС10 ) Состав наплавленного металла, мас.l

11 7 I (I

С Si Nn Cr Ni La P S

0,12 0,28 0,40 12,52 2,16 0,04 0,008 0,0075

О, 11 0,27 0,40 16,8 2,20

Алюминий 24, 5 24, 7 25,0. + . Точность определения никеля составляет 0,5Х.

123244а

Габлица 17

Таблица lá

Компоненты комплексной

Ингредиенты

Содержание компонентов, мас.7, в составе облицовочной смеси

Содержание компонентов мас.X в составе по варианту смеси

1 И . III

Железная окалина 40 73

71

50

Магний МПФ-! 15

25

23

Марганцевая

Руда (Мп oз) oф,30

0,45 0,50

Графит серебристый 0,20

0,25 0,30

Магнезит обожженный 37

10

3,5 3,3 3,2

Составитель Т.Арест

Техред И.Попович

Корректор:Е. Рошко

Редактор А.Шандор

Заказ 2729/15 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

Железная окалина (Ре,04) Флегматизатор и плавень (CsF ) Натриевое жидкое стекло (в виде

l2X-ного водного раствора) 8