Смесь для получения высокопрочного чугуна

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов для модифицирования чугуна, и может быть использовано для изготовления деталей повышенной прочности. Смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: ультрадисперсный порошок оксида металла IV-VIII групп 60-70; порошок алюминия 20-25; углеродсодержащий материал 10-15. Использование смеси позволяет повысить предел прочности отливок при растяжении на 20-25% без применения дорогостоящих магниевых лигатур, снизить энергозатраты на перегрев металла, уменьшить расход модификатора. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов для модифицирования чугуна.

Известен состав для повышения предела прочности чугуна при растяжении и модуля кольцевой прочности, включающий дорогостоящий ферросиликобарий в количестве 0,2-0,5% от веса металла и смесь кокса с алюминием (а.с. 1260392, кл. С 21 С 1/00, 30.09.86).

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является внутриковшовое модифицирование чугуна также дорогостоящей железокремниймагнийкальциевой лигатурой с добавкой борной кислоты, расплавление которых происходит за счет сгорания термитной смеси из железной окалины и алюминия (а. с. 1507806, кл. С 21 С 1/10, С 22 С 35/00, 15.09.89). В результате обработки при расходе смеси 1,8-2,2 мас.% предел прочности отливок при растяжении возрос на 30%, что позволило применить их для изготовления корпусных деталей тракторов.

Однако при выплавке изделий, испытывающих в процессе эксплуатации значительную ударную и растягивающую нагрузку, необходимо применение более высокопрочного чугуна.

Цель изобретения - повышение прочности на растяжение чугунных отливок при сокращении энергозатрат на модифицирование металла и снижении расхода смеси.

Предлагаемая плакированная парафином смесь для получения высокопрочного чугуна, взятая в количестве 0,008% от веса металла, состоит из ультрадисперсного порошка оксида металлов IV-VIII групп с добавкой порошков алюминия и углеродсодержащего материала, чаще всего графита, при следующем соотношении компонентов, мас.%: УДП оксида металла - 60-70 Порошок алюминия - 20-25 Углеродсодержащий материал - 10-15 Оксид металла в этой системе является окислителем. Вследствие интенсивного развития поверхности УДП резко возрастает число его контактов со структурными составляющими расплава металла и остальными компонентами смеси. Увеличивается эффективность усвоения модификатора, растет количество центров кристаллизации и однородность отливки.

Алюминий и углеродсодержащий материал, чаще всего графит, являются восстановителями. Непосредственно в разливочном ковше протекает алюминокарботермический процесс, сопровождающийся выделением значительного количества тепла. Активная экзотермическая реакция, происходящая между оксидом металла и графитом, дает чистый металл и углекислый газ.

Высокая температура в ковше переводит твердый алюминий в жидкое состояние, облегчая протекание окислительно-восстановительной реакции между оксидом металла и алюминием, также развивающейся с большим выделением тепла и приводящей к образованию оксида алюминия и металла.

Указанные соотношения компонентов способствуют стабильному протеканию алюминокарботермических реакций. Уменьшение или увеличение количества составляющих приводит к нарушению окислительно-восстановительного процесса.

Образующиеся в результате реакций металлы IV-VIII групп, а также тугоплавкий оксид алюминия являются активными центрами кристаллизации и упрочняющими агентами, повышающими механические характеристики чугуна.

Выделяющиеся газообразные продукты алюминокарботермических реакций барботируют через расплав, повышая степень его перемешивания, равномерность распределения легирующих частиц по объему расплава, а следовательно, однородность отливок.

Для увеличения количества центров кристаллизации в предлагаемом составе используется, кроме ультрадисперсности порошков, также плакирование смеси расплавленным парафином. Разложение парафина повышает тепломассообмен между модификатором и расплавом. Образующиеся газооброзные продукты реакции ускоряют перемешивание чугуна и также увеличивают однородность отливки.

При использовании предлагаемой смеси для получения прочных отливок не требуется перегрева расплава, поэтому энергозатраты на модифицирование чугуна сокращаются.

Пример. Для проведения сравнительных испытаний известного и предлагаемого модификаторов изготовили 1 состав известной смеси, 3 состава предложенных концентраций на основе УДП оксида трехвалентного железа для нижнего, среднего и верхнего уровней содержания компонентов, 2 состава запредельных соотношений, а также по одному составу смесей на основе УДП оксида титана (IV группа периодической системы), тантала (V группа), хрома (VI группа) и марганца (VII группа) при среднем уровне концентраций ингредиентов.

Технология изготовления смеси включала в себя получение УДП оксидов IV-VIII групп, совместный помол остальных компонентов на вибромельнице и рассев на сите 0,105, смешение всех составляющих на валковой мельнице в течение двух часов, добавление парафина, расплавление, перемешивание и дозирование модификатора после оcтывания.

Смесь добавляли при выплавке ваграночного чугуна непосредственно в разливочный ковш емкостью 200 кг в количестве 0,008% от веса обрабатываемого металла. Из полученного модифицированного чугуна отлили помольные шары, из которых вырезали образцы для определения предела прочности при растяжении. Результаты определений представлены в таблице.

Согласно полученным данным, прочность при растяжении чугуна, обработанного предлагаемой смесью, возрастает примерно на 20-25%, несмотря на существенное снижение расхода модификатора, и более стабильна по значениям в связи с повышением однородности отливок. Прочностные характеристики несколько, хотя и слабо, зависят от использованного УДП оксида и являются наивысшими для оксида хрома.

Вследствие повышения температуры расплава за счет экзотермической реакции, протекающей при обработке предлагаемой смесью, не требуется перегрева металла для достижения полноты усвоения модификатора, что снижает энергозатраты на плавку чугуна.

Увеличение предела прочности отливок при растяжении на 20-25% без применения дорогостоящей магниевой лигатуры повышает экономичность процесса. Полученные прочностные характеристики позволяют использовать чугун, обработанный предлагаемым составом, для изготовления помольных шаров, валков прокатных станов, бронефутеровки валковых мельниц.

Формула изобретения

1. Смесь для получения высокопрочного чугуна, включающая окисленный металл и порошок алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит углеродсодержащий материал, а в качестве окисленного металла - ультрадисперсный порошок оксида металла IV-VIII групп при следующем соотношении компонентов, мас. %: Ультрадисперсный порошок оксида металла IV-VIII групп - 60-70 Порошок алюминия - 20-25 Углеродсодержащий материал - 10-15 2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют графит.

3. Смесь по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она дополнительно плакирована парафином.

РИСУНКИ

Рисунок 1