Модифицирующая смесь
Владельцы патента RU 2553125:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ (RU)
ОАО "Литейно-механический завод" (RU)
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства обрабатываемых расплавов высокопрочного чугуна и медных сплавов. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к модификаторам, используемым при производстве чугуна и медных сплавов. Известны рафинирующие флюсы для обработки расплавов медной группы для удаления из расплавленного металла растворенных в них вредных примесей.
Для очистки медных сплавов применяют флюсы: (перекись бария или натрия), (окись меди, серно кислые барий и калий). Эти флюсы узконаправленного действия, например, для очистки от механических загрязнений, от алюминия и сурьмы и экологически неблагоприятные (Справочник литейщика. М., Машиностроение, 1971, 112-113 с.).
Известна также модифицирующая смесь по патенту РФ на изобретение №2298047 С22С 35/00, C21C 1/02, С22С 25/00 опубл. 27.04.2007 г.
Известная модифицирующая смесь используется при производстве отливок из серого чугуна и алюминиевых сплавов, содержит углекислый барий и борную кислоту, дополнительно содержит кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углекислый барий - 70-80
Борная кислота - 10-17
Кальцинированная сода - 8-15
Использование при производстве серого чугуна и алюминиевых сплавов позволяет повысить механические свойства и расширяет возможности модифицирующей смеси.
Известная модифицирующая смесь является наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению и выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога.
Недостатками известной модифицирующей смеси являются невысокие физико-механические свойства получаемого металла и возможность использования ее только для серого чугуна и алюминиевых сплавов. Известная модифицирующая смесь не может быть использована при модифицировании сплавов медной группы (латунь, бронза) и при модифицировании высокопрочного чугуна.
Решаемая задача - расширение эксплуатационных возможностей модифицирующей смеси.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение физико-механических свойств сплавов.
Указанный технический результат достигается тем, что модифицирующая смесь, содержащая углекислый барий и кальцинированную соду, согласно изобретению дополнительно содержит карбонат стронция при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углекислый барий - 40-45
Кальцинированная сода - 10-20
Карбонат стронция - 40-45
Указанная модифицирующая смесь может быть использована для повышения физико-механических свойств, как при производстве серого чугуна и особенно высокопрочного чугуна, так и медных сплавов (см. таблицу).
Повышение содержания углекислого бария и кальцинированной соды свыше 45 и 20% соответственно ведет к увеличению неметаллических включений в расплаве. Снижение их содержания менее 40 и 10% соответственно ослабляет модифицирующий эффект.
Увеличение содержания карбоната стронция свыше 45% ведет к появлению газовой пористости и появлению в структуре двойной эвтектики. Уменьшение его содержания ниже 40% ведет к нарушению соотношения с углекислым барием, снижает дегазирующее воздействие и укрупнение структурных составляющих, что снижает свойства сплава.
Все компоненты модифицирующей смеси представляют собой порошки светлого вида, перед применением которые необходимо просушить при температуре 80-100°C в течение 20-30 минут.
При введении углекислого бария и кальцинированной соды в чугун происходит их диссонация с образованием ВаО (оксида бария), Na2O (оксида натрия), СО2 (углекислого газа). Оксид бария за счет структуры соответствия может быть дополнительным зародышем для графитового включения, что соответственно способствует измельчению графита.
Оксид натрия (Na2O) образует соединение с серой, десульфурируя расплав, и образующиеся сульфиды могут выступить в роли зародышей для графита, т.е. активизируя процесс графитизации и измельчая графитовые включения, что способствует повышению физико-механических свойств. Выделяющийся углекислый газ дегазирует и перемешивает чугун, что способствует однородности и стабильности структуры.
При введении в расплав карбоната стронция он диссонцирует на оксид стронция (SrO) и углекислый газ (CO2). Оксид стронция выступает как зародыш графита, усиливая процесс первичной графитизации, а углекислый газ включается в ранее описанный процесс.
Из таблицы видно, что введение модификатора, состоящего из углекислого бария, кальцинированной соды и карбоната стронция, приводит к десульфурации и дегазации расплава, образующиеся при этом тугоплавкие соединения служат подложками для кристаллизации графита, при этом поверхностно активнее свойства Na, Ba и Sr способствуют измельчению и улучшению формы графита, что приводит к измельчению графита и благоприятному изменению его формы. Данное воздействие влечет за собой повышение физико-механических свойств чугуна.
Механизм воздействия карбоната стронция на медные сплавы (латунь) состоит во взаимодействии стронция с примесями (алюминий, железо) за счет высоких поверхностно-активных свойств с образованием интерметаллидных соединений, удаляемых из расплава борботацией пузырьками CO2, выделяющимися из ВаСО3, Na3СО3, SrСО3, при их разложении.
Введение Na и Ва приводит к измельчению структуры за счет увеличения поверхностного натяжения на границе двойной эвтектики и зародыш-расплав.
Химические соединения, образующиеся при разложении компонентов модификатора и взаимодействии их с расплавом, выступают в роли зародышей формирующихся зерен, способствуют их измельчению, что, соответственно, повышает физико-механические свойства металла.
Пример осуществления: компоненты модификатора в виде порошков в необходимых количествах засыпаются в бумажный пакет. Расплав чугуна, например, марки СЧ15, выплавленный в вагранке при температуре 1400°C, выдается в разливочный ковш и при этом вводится пакет с модификатором.
Модификатор вводится в расплав в количестве 0,045-0,055% от веса обрабатываемого расплава. Затем металл разливается по формам и при этом разливаются образцы для испытания на механические свойства (таблица).
По аналогичной схеме осуществляется модифицирование расплава латуни, выплавленного в индукционной печи.
| п/п | Состав смеси | Физико-механические свойства | |||||||||
| СЧ-15 | ЛС-59 | ВЧ-45 | |||||||||
| ВаСО3 | NaCO3 | SrCO3 | σв кг/мм2 | НВ | σв кг/мм2 | δ, % | НВ | σв кг/мм2 | δ, % | НВ | |
| 1 | 45 | 10 | 45 | 21,0 | 179 | 46,5 | 18,5 | 48,2 | 9,0 | 171 | |
| 2 | 40 | 20 | 40 | 21,7 | 183 | 47,5 | 17,0 | 49,5 | 2,5 | 176 | |
| 3 | 43 | 14 | 43 | 23,5 | 190 | 48,0 | 15,5 | 51,4 | 10,0 | 176 | |
| 4 | 50 | 15 | 35 | 18,3 | 210 | 52,2 | 10,0 | 10,0 | 53,5 | 191 | |
| 5 | 30 | 20 | 50 | 17,0 | 196 | 43,5 | 20,6 | 43,5 | 11,0 | 156 | |
| 6 | 15,0 | 210 | 40,0 | 10,0 | 45,0 | 7,0 | 163 | ||||
| ГОСТ 1583-92 | ГОСТ 17711-93 | ГОСТ 7293-85 | |||||||||
| 7 | прототип | 19,5-20,0 | 210-220 | - | - | - | - | - |
Модифицирующая смесь, используемая для обработки расплавов чугуна и медных сплавов, характеризующаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:
| Углекислый барий | 40-45 |
| Кальцинированная сода | 10-20 |
| Карбонат стронция | 40-45 |
