Спосіб виготовлення виливків

Спосіб виготовлення виливків, при якому модифікатор і інокулятор розміщують у ливарній формі до її заливання розплавом, який відрізняється тим, що в процесі заливання форми спочатку здійснюють інокуляцію, а потім - модифікацію, а спорідненість до кисню речовини модифікатора не менш, ніж у 10 разів перевищує цей показник для речовини шокулятора рення ("розгону") воронки металу При реалізації способу існують нестаціонарні режими введення речовини в струмінь Тому, рівномірність розподілу модифікатора та шокулятора в ці моменти розливання буде гірше, ніж у стаціонарному режимі існування воронки Отже, і фізико-механічні властивості цих порцій металу будуть іншими, ніж в цілому у виливку Незважаючи на примусове введення речовини в струмінь спосіб передбачає високу витрату шокулятора (1,38-1,47%) Це вимагає додаткового підвищення температури сталі перед розливанням У наслідок цього одержує додатковий розвиток процес ліквацм, затрачуються енергоносії на необхідне підвищення температури сталі Відомий спосіб виготовлення виливків (Патент Роси №2022687, МПК B22D7/12 ) за яким здійснюють одночасне додавання модифікатора та шокулятора в нижню частину виливниці після її заповнення розплавом Модифікатор і інокулятор додають таким чином, щоб забезпечити першочергове проведення процесу модифікації з наступним інокулюванням розплаву Це досягається тим, що у виливницю речовина додається в капсулі, прикріпленій до штанги Зовнішня оболонка капсули виконана з легкоплавкого матеріалу, усередині капсули знаходяться відходи жароміцної сталі У проміжку між ними розміщений модифікатор - силікокальцій Витрата шокулятора на процес становить 0,9-1,1кг/г Недоліками способу є фрагментарність уведення модифікатора та шокулятора, а саме після наповнення виливниці (О (О 61796 розплавом, нерівномірність розподілу модифікатора та інокулятора в розплаві через їхнє фрагментарне введення, існуючий градієнт фізико-механічних властивостей розплаву через нестацюнарність процесу модифікації й інокуляції Зниження температури розплаву після закінчення розливання йде безупинно (безупинно йде кристалізація розплаву), а додавання модифікатора та інокулятора здійснюється тільки наприкінці розливання, висока витрата речовини інокулятора 0,91,1 кгл" розплаву, нераціональна ПОСЛІДОВНІСТЬ введення в розплав модифікатора та інокулятора (спочатку модифікатор, а потім інокулятор) Взаємодія модифікатора (Si-Ca) - реакція екзотермічна Зниження температури за рахунок інокулятора не підсилює взаємний ефект, а, отже, викликає збільшену витрату речовин на процес Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб лиття виливків ( Патент Роси №2101126, МПК B22D7/02, B22D19/16), що передбачає установку по висоті виливниці металевого стрижня, який виконано зі сплаву заліза та марганцю (стали Гадфільда із середнім змістом Мп 13,0%) Недоліком способу є те, що модифікатор і інокулятор (Мп і Fe) надходять у сталь одночасно Модифікатор і інокулятор мають близькі фіЗИКО-ХІМІЧНІ властивості (група Fe у таблиці Менделєєва) Дія модифікатора - марганцю поширюється тільки на сульфідні включення Односпрямованість впливу модифікатора є недоліком способу Марганець і залізо утворюють близький до ідеального (термін фізичної хімії) розчин Марганець взаємодіє з киснем без істотного теплового ефекту Отже, процес модифікації не підсилюється процесом інокуляції Це і є недоліком способу Задача винаходу - підвищити ефективність виготовлення виливків сталі за рахунок досягнення біль однорідної структури сталі та отримання біль високого ступеня модифікації неметалевих оксидів, шляхом спеціального поєднання властивостей речовин реагентів і попереднього здійснення процесу інокуляції, який посилює процес модифікації Підвищення ефективності процесу знижує витрату речовин на виконання інокуляції та модифікації У свою чергу це підвищує стабільність фізико-хімічних властивостей в об'ємі виливка і зменшує енерговитрати на нагрівання сталі Поставлена задача вирішується тим, що до заливання розплаву у виливниці розміщають модифікатор і інокулятор У процесі заливання форми здійснюють спочатку інокуляцію а потім модифікацію, при цьому спорідненість до кисню використаної речовини модифікатора не менш ніж у 10 разів перевищує цей показник для речовини інокулятора У процесі заливання розплав спочатку взаємодіє з шокулятором При розплавлюванні інокулятора відкривається доступ до модифікатора Модифікатор починає взаємодіяти з розплавом при температурі більш низкою, ніж та, із якою розплав надійшов у форму Суттєвими ознаками способу, що заявляється, спільними із суттєвими ознаками найближчого аналога є те, що до заливання розплаву в ливарну форму в ній розміщають модифікатор і інокулятор Речовина модифікатора має спорідненість до кисню не менш ніж у 10 разів перевищуючу цей показник для речовини інокулятора При виробництві виливків спочатку здійснюють інокуляцію, а потім модифікацію розплаву Це відрізняє даний спосіб від способу по найближчому аналогу У процесі заливання розплав спочатку взаємодіє з шокулятором У результаті цієї взаємодії інокулятор спочатку нагрівається розплавом у результаті їх контакту, а потім розплавляється При розплавлюванні інокулятора відкривається доступ до модифікатора Модифікатор починає взаємодіяти з розплавом при температурі нижчою, ніж та, із якою розплав надійшов у форму Частина теплової енергії затрачується на нагрівання й розплавлювання інокулятора З аналізу розкислювальної здатності різних елементів [Раскисление и вакуумная обработка стали Часть 1 Термодинамические и кинетические закономерности Кнопель Г Пер с нем Г Н Еланского Изд-во «Металлургия» 1923г с 312, Рис 39 (стр 93)] випливає, що в рівновазі з 0,1% Мп знаходиться 0,1% кисню Спорідненість до кисню в марганцю зі зниженням температури з 1700 до 1550°С збільшується в 1,84 рази (стор 35) При цій же концентрації іншого модифікатора наприклад, Si, Ті, АІ рівноважна концентрація кисню ВІДПОВІДНО складає 0,01, 0,007 і 0,0001% (стор 93) Зміна спорідненості кремнію до кисню при зниженні температури від 1700 до 1550°С ВІДПОВІДНО складе від 0,055% до 0,016% чи в порівнянних умовах з марганцем - 3,43 рази Для титана цей показник для тих же умов складе 13,3 рази Посилення ефективності дії модифікатора при зниженні температури (Мп - у найближчому аналогу 1,84 рази, даний спосіб, наприклад, - Ті 13,3% або на 722,82%) дозволяє для отримання ефективності найближчого аналогу знизити витрату речовини модифікатора не менш ніж у 7 разів Застосування для модифікації речовини зі спорідненістю до кисню більше, ніж у марганцю дозволяє отримати додатковий ефект щодо найближчого аналогу - модифікація оксидів металів у який спорідненість до кисню менше Іншими словами всі оксиди будуть відновлені до оксиду речовини модифікатора Для реалізації способу внутрішню поверхню форми (яка буде знаходитися в контакті з розплавом) покривають модифікатором і інокулятором Покриття форми роблять напилюванням Першим на форму напилюють модифікатор Далі модифікатор, що знаходиться на поверхні фо 61796 рми, покривають речовиною - шокулятором Речовиною - шокулятором можуть бути метали групи заліза з таблиці Менделєєва Наприклад Fe, Mn, Cr, Ni чи їхні суміші Шар, захищений шокулятором, складається з металів чи їхніх комбінацій зі спорідненістю кисню як мінімум у 10 разів більше, ніж у матеріалу захищаючого шару - шокулятора Наприклад Si, Ті, Са і т д При контакті розплаву з оболонкою - інокулятором остання нагрівається, а потім розплавляється Після розплавлювання оболонки - шокулятора відкривається доступ розплаву до модифікатора При ПОСЛІДОВНОСТІ процесу - інокуляція, а потім модифікація спочатку відбувається зниження температури в результаті асиміляції розплавом шокулятора з групи заліза Через близьку будову кристалічних ґрат шокулятора із залізом розплаву, плавлення шокулятора супроводжується його рівномірним розподілом у загальному обсязі розплаву НеметалІЧНІ включення, що знаходяться в сталі, будуть знаходитися в збільшеному об'ємі розплаву за рахунок розплавленого шокулятора, а отже їх локальна й об'ємна концентрація знижуються Розплавлювання шокулятора супроводжується зниженням температури сталі Модифікатор починає надходити в сталь і взаємодіяти з неметалічними включеннями Через високу спорідненість модифікатора (М) до кисню він відновлює неметалічні включення (RO) по реакції Через більш низьку температуру протікання цієї реакції модифікація вище, ніж у попередній реакції рафінування розплаву від кисню Тому на неї затрачається менша вага модифікатора Приклад конкретного виконання Плавки сталі марки СтЗсп виплавляли в 300 тонній мартенівській печі скрап-рудним процесом Для інтенсифікації застосовували технічно чистий кисень Кисень подавали через три склепінних фурми, що мають по п'ять дуттьових отворів Сталь розкислювали під час випуску в сталерозливальний ківш Під струмінь додавали послідовно Fe - Mn, 75% Fe - Si і чушковий алюміній Витрата розкислювачей забезпечувала середньомарочне вміщення Мп і Si у сталі - (0,480,65%) і (0,17-0,37%) ВІДПОВІДНО Концентрація алюмінію в сталі коливалася від 0,01 до 0,05% Сталь розливали сифонним способом і зверху Маса виливка становила 9,2 т Перед початком розливання на внутрішню поверхню виливниць наносили шар модифікатора Для цього на чавунну виливницю напилювали шар ХІМІЧНО ЧИСТОГО алюмінію (98,8 % алюмінію) або титану На шар модифікатора наносили шар шокулятору заліза У ДОСЛІДІ 4 модифікатором був титан У дослідах 5 і 6 як модифікатор використовували алюміній Для реалізації найближчого аналога використовували сталь Гадфільду Стрижень, що встановлювали у виливницю до початку розливання (дослід 1) одержували методом лиття Виливки з дослідних плавок прокатували на заготівки перерізом 80х80мм і 170x170мм Для дослідження структури сталі від заготівок відбирали подовжні та поперечні темплети Структуру сталі досліджували на оптичному мікроскопі й на електронному "Камскш" Аналоги і найближчий аналог здійснювали в окремих дослідах Результати дослідження представлені в таблиці Таблиця Результати дослідних плавок Структура сталі заготівки Розмір зерна Бал Сульфіди Оксиди Поверхня центр Поверхня центр Поверхня центр Окремі Скупчення Скупчення 8,0*-7,0** 5,0 Окремі +ЛЭНЦЮЖКИ ланцюжків ланцюжків Скупчення Скупчення Скупчення 7,0-8,0 4,0-3,0 Ланцюжки ланцюжків ланцюжків ланцюжків № Марка сталі 1 СтЗсп 2 -« 3 -« 8,0-8,5 4,0-3,0 Окремі+ Ланцюжки Окремі 4 -« 8,5 5,5-5,0 Окремі Окремі 5 -« 8,5-8,2 5,5-5,0 Окремі Окремі 6 -« 8,5-8,3 5,5-5,0 Окремі Окремі Окремі Окремі Окремі дріОкремі дрібні бні Окремі Окремі дрібні Окремі дрі- Окремі дрібні бні Примітки Найближчий аналог Діюча технологія*** Аналог 1 Модифікація 2 Інокуляція Інокуляція+ модифікація Інокуляція+ модифікація Інокуляція+ модифікація * - перша цифра вказує перевагу розміру зерна в перерізі прокату * - ** - характеризує діапазон зміни зерна в перерізі прокату *** - структура сталі заготівок без модифікації та інокуляції Аналіз отриманих даних дослідних плавок дозволяє відзначити, що реалізація найближчого аналогу (дослід №1) подрібнює структуру сталі У результаті розмір зерна в поверхневому шарі 61796 заготівки знижується з 7,0 до 8,0 бала (щодо досліду №2) Реалізація прототипу істотно поліпшила форму сульфітних включень в об'ємі заготівки Оксидні включення в порівнянні з металом отриманим за існуючою технологією залишилися без зміни Реалізація аналога (дослід №3) показала, що структура сталі в об'ємі заготівки залишається нерівномірною Розмір зерна в поверхневому шарі заготівки 8,0-8,5, а в центрі 4,0-3,0бал При цьому сульфідні й оксидні включення стали більш дрібними (а, отже, менш шкідливими), чим у ме Комп'ютерна верстка Т Чепелєва 8 талі, отриманому за технологією аналога і найближчого аналога Це пояснюється тим, що спорідненість до кисню в матеріалі модифікатора вище, ніж в шокулятора Змінивши порядок операцій спочатку інокуляція, а потім модифікація (досліди №№4-6), установили, що розмір зерна в об'ємі заготівок зменшується, рівномірність зерна перевищує показники найближчого аналогу Це свідчить про більш високий ступінь модифікації, чим у способі за найближчим аналогом Дрібнодісперсність сульфідних і оксидних включень також вище, ніж у аналога, найближчого аналога й технологи, що раніше існувала Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119