Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2454294

(19)

RU

(11)

2454294

(13)

C1

(51) МПК B22D1/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010151185/02, 13.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

13.12.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 13.12.2010

(45) Опубликовано: 27.06.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2376101 C1, 20.12.2009. RU 2252265 C1, 20.05.2005. RU 2195503 C1, 27.12.2002. SU 1700081 A1, 23.12.1991. CH 370879 A, 31.07.1963. FR 2338097 A1, 12.08.1977. GB 1117977 A, 26.06.1968.

Адрес для переписки:

150000, г.Ярославль, ул. Республиканская, 39/20-16, Т.В.Клюевой

(72) Автор(ы):

Алов Виктор Анатольевич (RU),

Карпенко Михаил Иванович (BY),

Епархин Олег Модестович (RU),

Просветов Михаил Иванович (RU),

Куприянов Илья Николаевич (RU),

Зайцев Владимир Егорович (RU),

Туров Алексей Михайлович (RU),

Хомец Ульяна Сергеевна (BY),

Иванова Валерия Анатольевна (RU),

Попов Михаил Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) (RU)

(54) КОМПЛЕКСНАЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ

(57) Реферат:

Комплексная экзотермическая смесь предназначена для внепечной обработки антифрикционных чугунов. Смесь содержит, мас.%: металлический алюминий 25-38; ферротитан 12-25; фтористый кальций 11-17; окислы меди 14-27; азотированный ферромарганец 7-18; угольная пыль 1-5. Достигается повышение трещиностойкости, выхода годного, ударной вязкости, износостойкости и антифрикционных свойств сплавов. 2 табл.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к экзотермическим смесям, используемым для внепечной обработки антифрикционных чугунов.

Известна экзотермическая смесь (а.с. СССР 608608, МПК В22D 7/06, 1978), содержащая, мас.%: материал на основе оксидов железа 25-50; хромовая руда 5-25; алюминиевый порошок 10,5-18; материал на основе углерода 5-12; глина огнеупорная 5-10; огнеупорный наполнитель 3-25 и связующее 5-10. Известная смесь имеет недостаточную стабильность процесса протекания термохимических реакций и не обеспечивает при внепечной обработке литейных Fe-C сплавов существенного повышения температуры, износостойкости и выхода годного. Высокое содержание в известной смеси хромовой руды, огнеупорного наполнителя, оксидов железа и огнеупорной глины снижает рафинирующий и модифицирующий эффекты, механические, технологические и антифрикционные свойства сплавов.

Известна также комплексная экзотермическая смесь (патент Франции 2338097, МПК В22D 7/00, 1977), содержащая, мас.%:

Металлический алюминий

10-40

Оксиды алюминия, кальция или магния

10-80

Перлит и/или вермикулит

0-30

Древесная мука

5-30

Угольная пыль

0-5

Данная комплексная экзотермическая смесь вызывает интенсивное протекание экзотермических реакций и повышение температуры расплава, но снижает технологические и антифрикционные свойства Fe-C сплавов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенной является комплексная экзотермическая смесь (патент РФ 2376101, МПК В22D 1/00, 2009, прототип), содержащая, мас.%:

Металлический алюминий

25-38

Фтористый кальций

18-35

Оксиды алюминия

14-27

Силикокальций или ферротитан

12-25

Угольная пыль

1-5

При внепечной обработке антифрикционных Fe-C сплавов различными формованными модифицирующими таблетками, экзотермическими вкладышами и прессованными брикетами, изготовленными из этой комплексной экзотермической смеси, происходит интенсивное протекание экзотермических реакций, повышение жидкотекучести и температуры расплавов, повышение трещиностойкости отливок и выхода годного (для чугунов до 63-67%, для литейных сталей - до 44-50%). Однако при этом отмечается недостаточное микролегирующее влияние смеси, снижение износостойкости и антифрикционных свойств сплавов, что особенно наблюдается при повышенных концентрациях силикокальция, фтористого кальция и оксидов алюминия.

Задача изобретения - повышение износостойкости и антифрикционных свойств обрабатываемых сплавов.

Поставленная задача решается тем, что комплексная экзотермическая смесь, содержащая металлический алюминий, фтористый кальций, ферротитан и угольную пыль, дополнительно содержит окислы меди и азотированный ферромарганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Металлический алюминий

25-38

Ферротитан

12-25

Фтористый кальций

11-17

Окислы меди

14-27

Азотированный ферромарганец

7-18

Угольная пыль

1-5

Дополнительное введение окислов меди обусловлено тем, что они являются эффективными химически активными экзотермическими и модифицирующими добавками, оказывающими положительное влияние на температурные, термодинамические и технологические параметры железоуглеродистых расплавов, их однородность и дисперсность структуры, износостойкость, коэффициент трения и другие антифрикционные свойства сплавов. При увеличении их содержания более 27% усиливается интенсивность протекания экзотермических реакций и повышаются кинетические параметры расплавов, что увеличивает угар металла и снижение однородности и износостойкости сплава в отливках. При концентрации окислов меди менее 14% их модифицирующий эффект, технологические и антифрикционные свойства сплавов в отливках недостаточны.

Дополнительное введение азотированного ферромарганца в количестве 7-18% обусловлено тем, что он является эффективной микролегирующей и модифицирующей добавкой, оказывающей положительное влияние на дисперсность структуры и технологические параметры железоуглеродистых сплавов, износостойкость, коэффициент трения и другие антифрикционные свойства. При увеличении его содержания более 18% уменьшаются кинетические параметры расплавов, что вызывает снижение жидкотекучести металла, однородности и износостойкости сплава в отливках. При концентрации его менее 7% микролегирующий и модифицирующий эффекты недостаточны, а дисперсность структуры, выход годного, технологические и антифрикционные свойства сплавов в отливках низкие.

Для сравнительных испытаний эффективности известной и предложенной комплексных экзотермических смесей проведена их апробация в производственных условиях при выплавке в тигельных индукционных печах и последующей внепечной обработке модифицированных антифрикционных чугунов. В табл.1 приведены составы комплексных экзотермических смесей, используемых для внепечной обработки.

Определение трещиностойкости сплавов (по среднему количеству трещин в пробе) проводили на звездообразных 250 мм технологических пробах высотой 140 мм, жидкотекучести - на спиральных технологических пробах, а прочностных свойств - по ГОСТ 1497-84 на образцах диаметром 14 мм с расчетной длиной 70 мм. Для определения ударной вязкости использовали образцы 10×10×55 мм. Металлографические исследования и анализ дисперсности структуры чугуна проводили в соответствии с ГОСТ 3443-87.

Опытные плавки антифрикционного чугуна АЧС-3 проведены в тигельных индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов Л3 и Л5, чугунного лома марки 17А, стального лома 1А, углеродистого феррохрома, никеля НПЗ, ферромарганца ФМн 75. При выпуске чугуна в ковш его температура составляла 1380 1410°С. Содержание компонентов в чугуне перед обработкой смесью, мас.%: углерод 3,5-3,6; кремний 2,3-2,5; марганец 0,5; никель 0,2; медь 0,5; хром 0,03; фосфор 0,05; сера 0,02 и железо - остальное.

Комплексные экзотермические смеси в бумажных пакетах или в прессованных цилиндрических таблетках диаметром 50 мм и высотой 50 мм вводили на дно чайникового ковша перед заливкой чугуна. Заливку чугуна с температурой 1370-1400°С производили в песчано-глинистые формы для получения технологических проб, отливок типа втулок и образцов для механических испытаний.

В табл.2 приведены технологические свойства антифрикционных чугунов, полученных после внепечной обработки известной и предложенными составами экзотермических смесей.

Апробация в производственных условиях показала, что предложенная комплексная экзотермическая смесь является эффективной химически активной и микролегирующей добавкой при внепечной обработке и оказывает положительное влияние на износостойкость, антифрикционные свойства, температурные и технологические параметры антифрикционных сплавов, способствует повышению твердости, трещиностойкости и выхода годного в большей степени, чем известная.

Таблица 1

Составы смесей

Содержание компонентов в экзотермических смесях, мас.%

Металлический алюминий

Фтористый кальций

Окислы меди

Азотированный ферромарганец

Ферротитан

Угольная пыль

Оксиды алюминия

1 /Известная/

29,3

28

-

-

17

4

21,7

2

22,3

18

28

5

19,7

7

-

3

38

11

27

7

12

5

-

4

32

14

20

13

17

4

-

5

25

17

14

18

25

1

-

6

43

7

10

9,5

30

0,5

-

Таблица 2

Смесь

Твердость, НВ

Выход годного литья

Трещиностойкость, количество трещин в технологической пробе

Коэффициент трения

Средний износ, мг/гс

Ударная вязкость, Дж/см 2

1 /Известная/

165

66

3,4

0,38

28

12

2

167

68

3,0

0,37

25

14

3

180

71

2,3

0,35

22

17

4

188

74

2,5

0,32

18

21

5

175

72

2,9

0,33

21

19

6

172

69

3,2

0,36

23

15

Формула изобретения

Комплексная экзотермическая смесь, содержащая металлический алюминий, ферротитан, фтористый кальций и угольную пыль, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит окислы меди и азотированный ферромарганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Металлический алюминий

25-38

Ферротитан

12-25

Фтористый кальций

11-17

Окислы меди

14-27

Азотированный ферромарганец

7-18

Угольная пыль

1-5