Графітизована сталь

Графітизована сталь, що містить вуглець, кремній, марганець, залізо, яка відрізняється тим, що додатково містить алюміній при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,8-1,2 кремній 1,0-1,5 марганець 0,3-0,6 алюміній 0,10-0,15 залізо решта. (19) (21) u201012572 (22) 25.10.2010 (24) 10.05.2011 (46) 10.05.2011, Бюл.№ 9, 2011 р. (72) САВЧЕНКО ВІРА ОЛЕКСАНДРІВНА, МІТЯЄВ ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЙОВИЧ, ВОЛЧОК ІВАН ПЕТРОВИЧ (73) ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 59302 Саме сукупність цих компонентів та їх співвідношення забезпечують досягнення нового технічного результату - спрощення процесу утилізації та рециклінгу сталі, підвищення її зносостійкості, окалиностійкості та в цілому довговічності та надійності деталей, які з неї виготовлено, що працюють в умовах високих температур І термоциклічних навантажень (металеві форми для розливання алюмінію, міді та їх сплавів). Технічне рішення, яке заявляється, містить нові ознаки, тому воно відповідає критерію «новизна». Зменшення вмісту вуглецю у кількості 0,8... 1,2% забезпечує високий рівень міцності та теплопровідності, сприяє зниженню термічних напружень, що в цілому забезпечує високу довговічність виробів при термоциклічному навантаженні. Його зменшення нижче 0,8% призводить до падіння міцності у зв'язку зі зміною структури, а підвищення більше 1,2% - до змінення форми графітових включень на несприятливу, що, в цілому, негативно впливає на механічні та експлуатаційні властивості. Кремній, як і вуглець, є сильним графітизатором, але його підвищений вміст призводить до високої крихкості матеріалу, тому для збільшення терміну експлуатації металевих форм його вміст у графітизованій сталі обмежено на рівні 1,0...1,5%. Зниження вмісту кремнію нижче 1,0% при вмісті вуглецю 0,8...1,2% не сприяє процесу графітизації. Марганець у цих сталях виконує роль розкислювача, він є постійним традиційним елементом, а його вміст повинен бути в межах 0,3...0,6 %. Алюміній у кількості 0,10...0,15% сприяє створенню чисельних центрів графітизації, подрібнен 4 ню включень графіту, його глобуляризації та рівномірному розташуванню за об'ємом металу, що дозволяє знизити швидкість окалиноутворювання, а також підвищити механічні властивості при кімнатній та високих температурах. Більш високий вміст алюмінію призводить до окислювання металу під час розливання та погіршення його властивостей. Більш низький вміст алюмінію не сприяє процесу графітизації. Аналоги, що містять ознаки, які відрізняють рішення, яке заявляється, від відомого не виявлені, таким чином рішення відповідає рівню техніки. На підставі цього можна зробити висновок про те, що рішення, яке заявляється, задовольняє критерію «винахідницький рівень». Для експериментальної перевірки виплавлення сталі проводили в індукційній печі. З метою захисту металу від насичення газами наводили шлак, який складався з піску та плавикового шпату. Температура металу при випуску становила 1650°С, а температура заливання форми - 1610°С. Заливання металу виконували в сухі піщані ливарні форми. Хімічний склад сплавів, що представлено в таблиці 1 містили компоненти в кількості, відповідно: нижній границі, що заявляється, відповідає сплав № 2; верхній границі, що заявляється, відповідає сплав № 4; оптимальному складу сплаву, що заявляється відповідає сплав № 3; нижче за нижню границю, що заявляється, відповідає сплав № 1, вище за верхню границю, що заявляється, відповідає сплав № 5. Із виливок виготовляли зразки для досліджень структури, механічних властивостей та окалиностійкості. Таблиця 1 Хімічний склад сплавів № Сплав 130СДТЛ (прототип, пат. України № 33235) 1 2 3 Запропонований 4 5 Вміст компонентів %, за масою Мn Аl Сu С Si 1,2 1,3 0,4 0,7 0,8 1,0 1,2 1,3 0,9 1,0 1,2 1,5 1,6 0,2 0,3 0,4 0,6 0,7 0,07 0,10 0,12 0,15 0,17 Випробування на окалиностІйкість проводили на спеціальній газодинамічній установці в потоці полум'я від згорання суміші пропану та кисню на плоских полірованих зразках розмірами 50x10x2 мм. Опір термічному руйнуванню визначали при термоциклюванні за режимом 600900°C. Термін випробувань кожної партії зразків становив 100 циклів; тривалість одного циклу - 6 хвилин. Відомо, що кількісною характеристикою окалиностійкості є збільшення маси дослідних зразків в процесі окислювання при заданих температурах. Ті Fe 1,4 0,06 Реш. _ Реш. Реш. Реш. Реш. Реш. Критерієм окалиностійкості служила різниця мас кожного зразка до та після термоциклювання. Визначення маси зразків виконували на аналітичних вагах ВЛА-2000 з точністю до 0,0001 г. Результати порівняльних досліджень чавуну з кулястим графітом ВЧ40 - матеріалу, який широко застосовують при виготовленні металевих форм, прототипу - сталі 130СДТЛ та графітизованої сталі, яка заявляється, наведені в таблиці 2. 5 59302 6 Таблиця 2 Результати порівняльних досліджень СПЛАВ 200 412 7 ВЧ40 графітизована сталь 130СДТЛ (прототип, пат. України № 33235)  в, МПа /  , % при t °С 400 600 800 364 190 43,6 12 22  Bm/м °С  Р, 2 г/м ч 34,8 48,7 589 280 78,5 35,7 24,3 1 705 5 680 10 290 18 79,5 25 36,9 20,9 2 760 7 710 12 305 24 91 31 36,9 19,8 3 710 7 690 14 300 24 80,6 32 36,8 20,2 4 640 4 580 11 270 22 76 30 35,8 21,7 5 графітизована сталь, що заявляється (100СЛ) 645 4 620 3 520 10 230 18 72 28 34,8 23,7 Результати досліджень вказують, що графітизована сталь, склад якої заявляється, не містить дорогих легувальних елементів, забезпечує високі показники межі міцності  в та відносного видовження  при високих температурах, теплопровідності  та більш високий опір окалиноутворенню  Р. Це дозволило підвищити термін експлуатації металевих форм, які були з неї виготовлені, спростити процес утилізації та рециклінгу відпрацьова Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков них деталей, а також заощадити при цьому значні фінансові ресурси за рахунок економії легувальних елементів, зменшення кількості запасних частин і ремонтів, змінного обладнання (кокілі, виливниці та інш.). Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок про те, що запропоноване технічне рішення є промислово придатним, бо може використовуватися у промисловості. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601