Способ получения порошка борида хрома

 

Сущность изобретения: процесс выплавки борида хрома в рудно-термической электропечи на блок ведут с использованием шихты, в которой отношение триоксида дибора к хрому сесквиоксиду составляет 0,46-0,8, а отношение углерода к сумме оксидов бора и хрома берут равным 0,41-0,55. Способ обеспечивает получение однофазного твердого раствора борхром. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения каpбидов металлов в руднотермической электропечи.

Известны способы получения карбидов металлов, например, в электропечи [1] Наиболее близким к предлагаемому является способ получения борида хрома [2] Известный способ осуществляют в другой руднотермической электропечи для получения борида хрома с отношением бора к хрому и углерода, связанного к сумме элементов равными соответственно 0,2-0,3 и 0,05-0,1 путем порционной загрузки окомкованной шихты, в которой отношение триоксида дибора к хрома сесквиоксиду и углерода в шихте к сумме оксидов хрома и бора соответственно равно 0,3-0,45 и 0,25-0,4. Этот прием обеспечивает получение сплава заданного состава, однако высокое содержание углерода приводит к получению в сплаве серы более 0,05% что недопустимо из-за резкого ухудшения условий труда при наплавке (выделение серосодержащих газов), к разбрызгиванию жидкого сплава при наплавке и образованию вторичных выделений графита, при частичном растворении хрома и бора в матрице. Газы и графит приводят к образованию пор, что снижает срок службы направленной поверхности или требует трудоемкой операции по выявлению и заварке пор.

Указанные недостатки могут быть устранены при использовании для этих целей твердых растворов хром-бор с отношением бора к хрому, равным 0,15-0,35, и отношением углерода к сумме бора их рома в сплаве, равном 0,005-0,049. При таком соотношении будет получаться однофазный продукт-борид хрома, содержащий от 0,1 до 4,4 мас. углерода в виде карбоборида хрома. Состав продукта пир этом будет следующим, мас. углерод 0,1-4,4, бор 13-25, сера 0,01-0,05, хром остальное. Микроструктура будет представлена практически боридами хрома (ВС и В_хС). Количество серы в металле зависит от содержания углерода в нем. Микротвердость этого материала будет не ниже 2000 кг/мм², при модуле упругости не менее 4500 кг/мм². Низкое содержание углерода в сплаве обеспечит получение в структуре наплавленного слоя борида хрома, даже при частичном растворении хрома и бора в материале матрицы. При этом будут отсутствовать рыхлоты за счет выделения графита и не будет разбрызгиваться металл при наплавке ввиду отсутствия выделений газов (СО и серосодержащих).

Известными методами получение борида хрома в промышленном масштабе невозможно. При использовании прототипа не обеспечивается получение равновесного, однофазного твердого раствора хром-бор.

Целью изобретения является повышение качества порошка за счет получения твердого раствора бор-хром с отношением бора к хрому и углерода в сплаве к сумме основных элементов соответственно 0,15-0,35 и 0,005-0,0049, повышение износостойкости покрытий, улучшение условий труда и при наплавке и выходе годного.

Эта цель достигается тем, что процесс выплавки продукта в руднотермической электропечи на блок ведут с использованием шихты, в которой отношение триоксида дибора к хрому сесквиоксиду составляет 0,46-0,8, а отношение углерода к сумме оксидов бора и хрома берут равным 0,41-0,55.

Если использовать шихту, в которой отношение триоксида дибора к хрому сесквиоксиду будет меньше 0,46, то не будет обеспечено условие получения твердого раствора бор-хром с отношением бора к хрому более 0,15 из-за низкого содержания бора, что приведет к получению второй фазы.

Отношение оксида бора к оксиду хрома более 0,8 не обеспечит получение твердого раствора бор-хром с отношением бора к хрому до 0,36, а следовательно, приведет к получению второй фазы в виде металлического бора или сложных соединений бора и хрома, что понизит микротвердость.

Если отношение углерода к сумме оксидов хрома и бора будет меньше 0,41, то сплав будет содержать недовосстановленные оксиды, т.е. кислород, что приведет при наплавке к значительному окислению легирующих компонентов и разбрызгиванию сплава.

Отношение углерода к сумме оксидов хрома и бора более 0,55 недопустимо из-за высокого избытка углерода в сплаве и приводит к значительному выделению графита при наплавке.

По техническим условиям борид хрома должен содержать элементы, химический состав которых представлен в табл.1.

В табл. 2 представлен химический состав полупродукта после дробления до фракции минус 0,2 и показатели плавки.

Состав полупродукта плавок 2 и 3 соответствует требованиям ТУ по всем элементам, кроме серы для марки БХ-М2 по общему углероду (сумма С_связ+С_своб>4,4) и серы (более 0,05).

В табл.3 представлены продукт плавок 2 и 3 после гравитационно-воздушной очистки фракции минус 0,2.

По всем элементам продукт соответствует маркам БХ-М1 и БХ-М2. Таким образом выбранный интервал обеспечивает получение продукта в соответствии с минимальными потерями. Изучение микроструктуры, локальной и рентгеновские анализы показали, что предложенный способ обеспечивает получение однофазного твердого раствора бор-хром. Микротвердость составляет 2400 кг/мм², модуль упругости не менее 4500 кг/мм², износостойкость не менее 1500 ч.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА БОРИДА ХРОМА, включающий приготовление шихты путем смешивания порошков оксидов металлов и углеродистого восстановителя с последующим окомкованием ее, порционную загрузку в рудно-термическую печь, выплавку, измельчение полупродукта и отделение свободного углерода и примесей, отличающийся тем, что, с целью повышения качества порошка за счет получения твердого раствора бор-хром с отношением бора к хрому и углерода в сплаве к сумме основных элементов соответственно 0,15-0,35 и 0,005-0,049, повышения износостойкости покрытий, улучшения условий труда при наплавке и выходе годного, выплавку ведут при отношении в шихте триоксида дибора к хрому сесквиоксиду и углерода к сумме оксидов хрома и бора соответственно 0,46-0,8 и 0,41-0,55.

РИСУНКИ

Рисунок 1