Способ легирования чугуна ванадием


 


Владельцы патента RU 2520929:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Х.И. Амирханова Дагестанского научного центра Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к черной металлургии и литейному производству, в частности к способам улучшения свойств чугунов, используемых в машиностроении для изготовления деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок. В способе осуществляют восстановление соединения ванадия в расплаве чугуна под слоем флюса в присутствии восстановителя, в котором в качестве соединения ванадия используют пятиокись ванадия (V2O5), а в качестве восстановителя - ферросилиция (ФС75), при этом ванадий вводят в чугун методом химического диспергирования подачей на поверхность расплава смеси, содержащей 30% V2O5 , 20% ФС75 и 50% СаО. Изобретение позволяет получить высокопрочный чугун с ферритной металлической основой, полученной за счет ввода ванадия в высокодисперсном виде.1 пр.

 

Изобретение относится к способам легирования железоуглеродистых сплавов. Задачей изобретения является усиление эффективности легирования при повышении прочности чугунов путем введения ванадия в высокодисперсном состоянии в виде отдельных скоплений атомов. Изобретение может быть применено при получении высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, по комплексу физико-механических и технологических свойств являющихся уникальным материалом. Применение его для ответственных деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, в ряде случаев является предпочтительным (коленчатые валы, зубчатые колеса, шатуны и др.) При этом необходимое сочетание прочности и пластичности достигается за счет усложнения металлической основы сплава с переходом от перлитной к ферритно-мартенситной или бейнитно-аустенитной структуре. Однако такой подход снижает эффект от основного преимущества чугунов перед сталями - технологичности. Результаты комплексного исследования прочности и трещиностойкости чугунов с шаровидным графитом показали, что обеспечение высокого качества материала связано с большим числом факторов. Но наиболее важным показателем необходимо считать вид структуры металлической основы. Высокие значения вязкости разрушения (трещиностойкости) достигнуты при ферритной структуре. В этом случае в условиях высокой пластичности обеспечивается стремление твердого тела осуществлять наиболее эффективные каналы релаксации напряжений. Результаты исследования специфики пластического течения зарождения трещин и разрушения в условиях циклических нагрузок показали, что для пластичных материалов весьма благоприятно введение примесей, образующих стойкие химические соединения, которые затрудняют зернограничное скольжение и локализацию деформации, формируют в сплаве мелкозернистую термостабильную структуру. Введение дисперсных включений в ферритную металлическую основу чугуна повышает прочностные характеристики материала.

Одной из наиболее эффективных упрочняющих фаз являются включения карбида ванадия. По сравнению с традиционными включениями карбида хрома они лучше диспергируются в железоуглеродистом сплаве, и внедренный ванадий полностью переходит в карбид ванадия. Карбиды ванадия, являясь более жесткими материалами, чем карбиды хрома, более эффективно обеспечивают дисперсное упрочнение ферритной матрицы. Но обычный способ легирования ванадием с последующим гомогенизирующим отжигом обеспечивает равновесный размер карбидов ванадия 30 нм. Освоенный авторами метод химического диспергирования при легировании ряда металлических сплавов [1] позволил получать включения легирующего элемента значительно ниже равновесного.

Задача изобретения - реализовать процесс химического диспергирования ванадия в железоуглеродистый сплав с обеспечением полноты протекания реакции восстановления легирующего элемента и предотвращением окисления его кислородом воздуха. Надлежащее осуществление процесса достигается применением в качестве исходного соединения ванадия пятиокись V2O5, которая имеет сравнительно невысокую температуру плавления - 680°C (VO - 1830°C, V2O3 - 1970°C, V2O4 - 1530°C), а в качестве восстановителя применить кремний в виде ферросилиция. Такой способ легирования позволяет реализовать эффект химического диспергирования без технических трудностей и удорожания процесса. Применение в качестве восстановителя алюминия или углерода приводит к удорожанию процесса или необходимости увеличения температуры.

Пример осуществления.

Исходный чугун состава C - 3.31; Si - 2.30; Mn - 1.00; S - 0.03; P≤0.03 (мас.%) - плавили в индукционной печи марки ВЧИ 1-4/1,78. Сфероидизирующее модифицирование осуществляли по способу [1], который наряду с высокоэффективным диспергированием магния обеспечивал высокое раскисление и обессеривание расплава. Остаточное содержание серы и кислорода в чугуне составляло не более 0.001%. Ввод ванадия в расплав осуществлялся двумя путями: обычным с применением лигатуры ФВд35А и вводом на поверхность расплава смеси 30% V2O5+20%ФС75+50% CaO. Для получения ферритной структуры расплав чугуна после обработки сливали в подогреваемую форму. Полученные образцы подвергали химическому металлографическому анализу. Результаты анализов показали содержание ванадия в образцах (после обработки феррованадием и химически диспергированным ванадием) в пределах 0.1-1.1%, регулируемых количеством введенной присадки. Размер включений ванадия при его вводе в виде феррованадия составил 30 нм после гомогенизирующего отжига (до отжига в литом состоянии размер включений значительно превышал эту величину). При химическом диспергировании удавалось получить включения ванадия значительно меньших размеров в литом состоянии. Результаты механических свойств рассматриваемых образцов представлены в работе [2].

Преимущества предлагаемого способа.

Предлагаемый способ легирования позволяет без дополнительных затрат и технических трудностей получать мелкодисперсные включения ванадия в чугуне, что, как показано в работе [2], способствует резкому увеличению прочностных характеристик материала.

Литература

1. Способ модифицирования чугуна. Патент №2058396 РФ.

2. Шахназаров Т.А., Тахтарова Ю.А. Диссипативные процессы при циклическом упрочнении чугуна с шаровидным графитом. Металлы. 2006, №4 с.54-61.

Способ легирования чугуна ванадием, включающий восстановление соединений ванадия в расплаве чугуна под слоем флюса, в котором в качестве соединения ванадия используют пятиокись ванадия (V2O5), а в качестве восстановителя ферросилиций (ФС75), при этом ванадий вводят в чугун методом химического диспергирования подачей на поверхность расплава смеси, содержащей 30% V2O5, 20% ФС75 и 50% CaO.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу получения модифицированного чугуна с шаровидным графитом для изготовления деталей машин и оборудования.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения хладостойкого высокопрочного чугуна для производства литых заготовок в условиях массового производства.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок из высокопрочного чугуна с вермикулярной формой графита внутриформенным модифицированием.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения наноструктурированного науглероживателя для внепечной обработки высокопрочного чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом, используемого в сталеплавильном и литейном производствах.
Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при получении высокопрочных чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом. Способ включает расплавление шихты в плавильном агрегате, температурную обработку расплава при 1300…1650°С, при этом при получении чугуна с шаровидным графитом первичное модифицирование проводят наноструктурированным науглероживателем в количестве 0,10…0,25% от массы расплава, а вторичное сфероидизирующее модифицирование осуществляют модификатором, содержащим 5…7% магния, в количестве 1,2…2,0% от массы расплава, а при получении чугуна с вермикулярным графитом первичное модифицирование проводят наноструктурированным науглероживателем в количестве 0,10…0,25% от массы расплава, а вторичное вермикуляризирующее модифицирование осуществляют модификатором, содержащим 3…5% магния и 3…6% редкоземельных элементов, в количестве 0,3…0,8% от массы расплава.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и тракторостроении для изготовления деталей повышенной прочности, например коленчатые валы автомобилей.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к составам модификаторов, используемых в производстве легированного чугуна с шаровидным графитом.

Изобретение относится к способу влияния на свойства чугуна посредством добавки магния к расплаву чугуна и сенсору для измерения содержания кислорода в расплаве чугуна в этом способе.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии на основе металлизированных окатышей и стальных отходов. Модификатор содержит компоненты в следующем соотношении, вес.%: церий 7-10, лантан 3,5-5,0, иттрий 15-20, алюминий остальное. Изобретение направлено на повышение прочности и пластичности чугуна. 1 пр., 1 табл.

Лигатура // 2521916
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии. Лигатура содержит, вес.%: редкоземельные металлы 10-20, кремний 20-30, скандий 1-3, алюминий остальное. Лигатура содержит 1-3 вес.% лантана в составе редкоземельных металлов. Изобретение позволяет повысить механические свойства чугуна и устранить отбел в тонкостенных отливках. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита. Сфероидизирующий модификатор в виде ферросиликомагниевой лигатуры помещают в задней части днища ковша, напротив носка, таким образом, чтобы величина перекрытия им донной части ковша не превышала длину радиуса ее окружности, после этого за время 30…60 с наполняют ковш расплавом чугуна, причем при заполнении ковша металлом струю расплава чугуна подают ближе к носку ковша. Изобретение обеспечивает высокую производительность труда без дополнительного оборудования и техники. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкции ковша для обработки расплавленного металла магнием. Ковш содержит кожух с трубчатой огнеупорной футеровкой и с желобом для приема и заливки расплавленного металла. Между первым и вторым торцами и сплошной боковой стенкой футеровки образовано внутреннее пространство ковша. Футеровка ковша дополнительно содержит карман для обрабатывающего средства, расположенный рядом с первым торцом и сообщающийся с внутренним пространством ковша. Желоб для приема и заливки расплавленного металла расположен ближе к вершине, чем ко дну внутреннего пространства. В горизонтальном положении нижний объем внутреннего пространства, образованного ниже горизонтальной плоскости, находящейся посередине между верхом и дном внутреннего пространства и между первым торцом и вертикальной плоскостью, находящейся между первым и вторым торцами, больше верхнего объема внутреннего пространства, образованного выше горизонтальной плоскости и между первым торцом и вертикальной плоскостью. Использование изобретения обеспечивает более равномерное и улучшенное усвоение обрабатывающего средства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 19 ил., 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при обработке чугуна. Способ включает анализ компонентов исходного углеродсодержащего сырья по фракционному и химическому составу, дозирование, промывку потоком воды, сушку и дробление до фракции 0,1…30,0 мм. После дробления состав подвергают высокому удельному давлению до 20 ГПа и осуществляют высокотемпературный нагрев при 500…1500°С в восстановительной среде в течение 5…20 минут. Затем следует плавное охлаждение и рассев по фракциям. Далее проводят высокотемпературный нагрев при 1800…2500°С с последующей выдержкой и принудительным охлаждением со скоростью 1,5…3,0 градуса в минуту до комнатной температуры с образованием наноструктур графита до 100 нм на частицах науглероживателя, который упаковывают во влагонепроницаемую тару. Изобретение позволяет обеспечить высокую степень усвоения углерода и равномерное распределение графитовой фазы в металлической матрице чугунного литья за счет наличия наноструктур графита, и повышение физико-механических свойств, таких как предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам лигатуры, которая может быть использована для производства чугуна. Лигатура содержит, мас.%: алюминий 2,0-3,0; гафний 23,0-25,0; бор 3,0-5,0; углерод 0,5-1,5; ниобий 15,0-20,0; цирконий 5,0-10,0; железо - остальное. Изобретение позволяет повысить прочность чугуна. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. В способе при заполнении ковша в металлический расплав вводят смесь карбоната кальция, карбоната бария и ферросилиция 75%, а обработку сфероидизирующим модификатором осуществляют после заполнения ковша путем подачи трайб-аппаратом порошковой проволоки со сфероидизирующим модификатором ФСМг18, при этом количество каждого компонента упомянутой смеси и порошковой проволоки составляет 0,12-0,15% от веса обрабатываемого металлческого расплава. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства отливок из высокопрочного чугуна, при этом достигается повышение эффективности и обеспечение стабильности модифицирующего эффекта. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии и может быть использован для получения модифицированного чугуна с высокими качественными показателями. В способе используют пыль газоочистки электротермического производства кремния, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас. %: SiO2 75÷95, SiC 4,0÷11,0, Ссвоб 3,0÷7,0, MgO 0,4÷1,2, Al2O3 0,5÷1,0, Fe2O3 0,3÷0,9, CaO 1,0÷2,0, прочее 0,8÷2,3, при этом массу модификатора, направляемого на модифицирование, поддерживают в пределах 0,05÷0,1% от массы расплава. Изобретение позволяет получить чугун с высокими прочностными свойствами при оптимальной его твердости, что улучшает обрабатываемость отливок, а также с достаточной однородностью механических свойств в сечениях отливок различной толщины. В результате значительно улучшается качество литья, снижается литейный брак по показателю “отбел”. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения алюминиевого чугуна с измельченной структурой из исходного, который используют при массовом производстве отливок. В способе осуществляют совместное расплавление исходного чугуна, кальцийсодержащего материала и алюмосодержащей лигатуры, при этом в качестве алюмосодержащей лигатуры используют быстро охлажденный ферроалюминий марки ФА-30, который добавляют в количестве, обеспечивающем содержание в готовом чугуне, мас.%: алюминия 20-25 и углерода 1,5-2,0, а кальцийсодержащий материал добавляют в количестве, обеспечивающем получение слоя покрывного шлака толщиной 3-5 мм, перед разливкой полученный расплав выдерживают при температуре 1570-1580°C в течение 5-10 минут. Изобретение позволяет получить алюминиевый чугун с улучшенными прочностными свойствами за счет измельчения его структурных составляющих. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Наверх