Флюс для центробежного литья

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно - получению биметаллических чугунных заготовок, например прокатных валков центробежным способом с использованием флюса. Флюс содержит неметаллическую и металлическую составляющие. Металлическая составляющая содержит, мас. %: окись кремния -20-25; окись кальция 25-35; фтористый кальций 20-25; фтористый натрий 2-3; бура 10-15; окись алюминия до 1,5; окись магния до 1,5; хлористый калий (или хлористый натрий) 5-10. Неметаллическая составляющая содержит порошок алюминия до 0,5 и порошок ферросплавов 1-3 мас.%. Введение в неметаллическую составляющую порошка алюминия приводит к повышению рафинирующих свойств флюса. Порошок ферросплавов обеспечивает модифицирование чугуна.

Изобретение относится к литейному производству, а именно получению биметаллических чугунных заготовок, например прокатных валков центробежным способом с использованием флюса, где в качестве рабочего слоя используется легированный чугун.

При использовании для наружного слоя высоколегированных чугунов (например, с содержанием хрома более 10%) известные флюсы, содержащие окись кремния (SiO₂) до 50%, углекислый натрий (Na₂CO₃) до 20%, буру (Na₂B₄O₇) до 30% (Jron and Steel engener) не обеспечивают очищение внутренней поверхности отливки от тугоплавких окислов (например, окислов хрома).

Известен модифицирующий флюс для центробежного литья чугунных заготовок, содержащий неметаллическую составляющую и порошок железа в количестве 5-85%. Неметаллическая (шлакообразующая часть) содержит окислы алюминия, кремния, натрия, кальция, бора и фторид кальция (SU N 560696, кл. B 22 D 13/00, 1977 г.).

Имея низкую температуру плавления (≈ 850^oC), жидкий флюс покрывает внутреннюю поверхность плотной пленкой, препятствует проникновению к металлу кислорода, т.е. предохраняет его от интенсивного образования окислов, препятствующих свариванию с заливаемым металлом сердцевины. Он также ассимилирует окислы, образующиеся за счет кислорода, имеющегося в жидком металле наружного слоя.

Однако этот флюс обладает некоторыми существенными недостатками, не всегда обеспечивает удаление окисной пленки на высоколегированных (например, высокохромистых с содержанием хрома 13-25%) чугунах.

Флюс, имея высокое термическое сопротивление, замедляет отвод тепла от внутренних зон залитого металла, укрупняя зерно и снижая твердость чугуна, т. е. ухудшает эксплуатационные свойства рабочего слоя валка, особенно при увеличении его толщины.

Цель изобретения - уменьшение брака по несвариванию двух слоев металла в заготовке, а также брака по структуре и твердости металла внутренних зон наружного слоя за счет придания флюсу дополнительных рафинирующих и модифицирующих свойств, повышение его технологичности при приготовлении и его удалении из отливки.

Введение окислов алюминия и магния, хлористого калия (или натрия) приводят к охрупчиванию флюса, делают его легко удаляемым, сыпучим. Однако окислы алюминия и магния загущивают флюс.

С целью снижения вязкости флюса в жидком состоянии и снижения его температуры плавления вводится фтористый натрий примерно в том же количестве.

Повышение рафинирующих свойств флюса достигается введением в уже готовую неметаллическую составляющую порошка алюминия.

Повышение твердости внутренних зон наружного (рабочего) слоя чугуна достигается повышением скорости отвода тепла, либо дополнительным легированием.

Введение упрочняющих и карбидообразующих элементов во флюс, а из него - в металл внутренних слоев металла заготовки, позволяет эффективно повысить легирование чугуна, кроме того, растворение металлической части флюса способствует охлаждению металла внутренних зон отливки, т.е. тех слоев металла, которые необходимо охладить.

В готовую молотую неметаллическую составляющую дополнительно вводится до 0,5% алюминия, до 3% (суммарно или по отдельности) феррохрома, ферротитана, ферробора, феррованадия.

Для раскисления достаточно содержание алюминия до 0,5%, тем более, что при большем содержании алюминия создается дымление из-за образования фтористого алюминия.

Порошок ферросплавов, введенный во флюс, будет переходить в металл и модифицировать его, способствуя улучшению структуры и повышению твердости. Твердые частицы (неметаллической и металлической части) флюса нагреваются за счет тепла перегрева жидкого чугуна. Расчет баланса тепла показывает, что за счет тепла перегрева могут быть нагреты и расплавлены, с учетом потерь тепла на прогрев литниковой воронки, потерь тепла во время заливки в форму, не более 3,5% ферроматериалов. Большее их количество может привести к захолаживанию заливаемого металла, нерастворению ферроматериалов, повышению вязкости флюса. При содержании ферроматериалов в количестве менее 1% эффект модифицирования резко снижается и даже исчезает. Использовали флюс следующего состава: Окись кремния (SiO₂) - 20 Окись кальция (CaO) - 26 Фтористый кальций (CaF₂) - 21 Фтористый натрий (NaF) - 2,5 Бура (Na₂B₄O₇) - 11 Сода (Na₂CO₃) - 8 Окись алюминия (Al₂O₃) - 1 Окись магния (MgO) - 1 Хлористый калий (KCl) или хлористый натрий (NaCl) - 6
Порошок алюминия - 0,5
Порошок ферроматериалов (феррохрома, ферробора, ферротитана, феррованадия) - 3
Сплавленные неметаллические материалы флюса имеют температуру плавления 800-850^oC. Сплавленный флюс размалывался в порошок до размеров зерен не более 1,0 мм. Перед употреблением в него замешивался порошок алюминия (0,5%) и ферроматериалов (3,00%). Размер зерен до 1,5 мм.

Флюс в виде порошка вводится в струю металла при заливке его в форму. Расплавляясь, флюс покрывал внутреннюю поверхность жидкого металла и очищал (растворяя и восстанавливая) металл от образующихся окислов, при содержании хрома в чугуне 15,1%. Ферроматериалы (феррохром и ферробор), перейдя из флюса в прилегающие слои жидкого металла, произвели модифицирующее действие. При рабочем слое толщиной 70 мм практически не наблюдалось падения твердости.

Формула изобретения

Флюс для центробежного литья, содержащий металлическую составляющую и неметаллическую составляющую, включающую окись кремния, окись кальция, фтористый кальций, окись алюминия, отличающийся тем, что металлическая составляющая содержит порошок алюминия и порошок ферросплавов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Порошок алюминия - до 0,5
Порошок ферросплавов - 1-3
Неметаллическая составляющая - Остальное
при этом неметаллическая составляющая дополнительно содержит фтористый натрий, буру, соду, окись магния и хлористый калий или хлористый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись кремния - 20-25
Окись кальция - 25-35
Фтористый кальций - 20-25
Фтористый натрий - 2-3
Бура - 10-15
Сода - 5-10
Окись алюминия - До 1,5
Окись магния - До 1,5
Хлористый калий или хлористый натрий - 5-10л