Суміш для модифікування та легування чавуну

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до розробки складу сумішей для модифікування та легування чавунів. Суміш для модифікування та легування чавуну містить шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів і відходи виробництва надпровідників та додатково міститься карбід лантану при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів - 73-77, відходи виробництва надпровідників -10-20, карбід лантану UA 111086 C2 (12) UA 111086 C2 7-13. Винахід забезпечує підвищення міцності на 2-6 % і термостійкості на 24-38% модифікованого чавуну. UA 111086 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до розробки складу сумішей для модифікування та легування чавунів. Відомий шлак для одержання чавуну з кулястим графітом [А.с. № 458584 СРСР МКИ С21С 1/00 опубл. Б.І. № 4, 1975 p.], який містить по мас. %: оксид кальцію 30-42 карбід кальцію 8-40 діоксид кремнію 10-52 оксид магнію 10-20. Модифікування валкових чавунів шлаком вказаного складу призводить через високий вміст графітизуючих елементів до виділення у структурі графітних включень, що значно зменшують механічні властивості та термостійкість чавуну. Найбільш близьким по технічній суті до складу, що заявляється, є суміш для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів [А.с. № 1371973 СРСР МКИ С21С 1/00 опубл. Б.І. № 5, 1988 p.], що узята за найближчий аналог, яка містить по мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів 80-90 відходи виробництва надпровідників 10-20. Шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів містить, мас. %: оксид кальцію 40-45; оксид алюмінію 40-45; оксиди рідкісноземельних металів 5-7; діоксид кремнію 3-9. Відходи виробництва надпровідників містять, мас. %: ніобій 25-30, титан 25-30, мідь 40-50. Недоліком цієї суміші є недостатньо високі термостійкість та міцнісні властивості чавунів. В основу винаходу поставлена задача одержання суміші для модифікування та легування чавунів з метою підвищення їх термостійкості та міцнісних характеристик, яких потребує сучасне виробництво. Технічний результат досягається тим, що суміш для модифікування та легування з додатковим вмістом карбіду лантану, при модифікуванні чавуну призводить до того, що у його структурі істотно підвищується дисперсність структурних складових у чавуні, що дозволяє підвищити термостійкість та міцність чавуну. Зазначена задача вирішується тим, що в суміші для модифікування та легування чавунів, що містить шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів та відходи виробництва надпровідників, згідно з винаходом, додатково міститься карбід лантану при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів 73-77 відходи виробництва надпровідників 10-20 карбід лантану 7-13. За наявними у авторів відомостями сукупність ознак, що заявляються та характеризують суть суміші для модифікування та легування чавунів є раніше невідомими. Таким чином, запропонований винахід відповідає критерію "новизна". Вплив окремих елементів на структуру і властивості чавуну дуже різноманітний, і так само є багато додаткових факторів, які можуть змінювати вплив того або іншого елемента. Змінний якісний і кількісний вплив різних елементів на структуроутворення сплавів ускладнює можливість їхньої класифікації за ознакою інтенсивності цього впливу, тим більше, що в багатьох випадках, наявність у сплаві двох, наприклад, карбідоутворюючих елементів не обов'язково посилює їх окремий вплив, а іноді нівелює його. Тому задача з підбирання модифікуючого та легуючого комплексу у суміші, зводилася до того, щоб нейтралізувати небажаний вплив окремих елементів і посилити їх спільний вплив. При розробці складу суміші для модифікування та легування чавунів виходили з наступного. Для вирішення поставленої задачі необхідно одержати ферито-перлітну структуру з рівномірно розподіленими дрібнодисперсними включеннями графіту кулястої форми. Співвідношення фериту і перліту у структурі та одержання дрібнодисперсних графітних включень кулястої форми досягалося, з одного боку, модифікуванням рідкісноземельним шлаком та карбідом лантану (феритизуючий та диспергуючий вплив), а з іншого - легуванням міддю (перлітизуючий вплив) та підвищенням ступеня дисперсності продуктів розпаду аустеніту за рахунок легування титаном та ніобієм. Для одержання необхідного високого рівня міцнісних властивостей необхідно ввести у розплав компоненти шлаку, мас. %: R2O3 0,15-0,35; SiO2 0,11-0,45; СаО 1,5-2,2; Аl2О3 1,5-2,2; компоненти відходів надпровідників, мас. %: 0,2-0,4 % міді, 0,15-0,30 % титану та 0,15-0,30 % ніобію, а також карбіду лантану 0,3-0,7 %. 1 UA 111086 C2 5 10 15 20 25 30 35 При введенні R2O3 та SiO2 менше 0,15 та 0,11 мас. %, відповідно, можливо досягти необхідного ступеня дисперсності графітних включень неможливо, а збільшення присадок більше вказаної кількості сприяє виділенню великої кількості неметалевих включень, що зменшує механічні властивості. Для одержання в литому стані ферито-перлітної структури зі співвідношенням фаз 1:1 визначають величини присадок СаО, АІ 2О3 та міді. При присадках СаО, Аl2Оз та міді більше та менше вказаних меж порушується співвідношення структурних фаз і відповідно зменшуються або пластичні або міцнісні характеристики чавуну та задача не вирішується. Рівні вмісту легувальних елементів (титану та ніобію) повинні бути 0,150,30 мас. %. За таких вмістах цих елементів досягаються максимальні міцності властивості. Встановлений оптимальний вміст карбіду лантану у суміші 0,3-0,7 мас. %, за якого одержуються максимальні рівні термостійкості та міцнісних характеристик чавуну. При вмістах більше вказаних меж матриця погрублюється та зменшуються властивості. Концентрації карбіду лантану нижче за 0,3 % не забезпечують одержання графітних включень дрібної кулястої форми та досягнення необхідного рівня термостійкості та міцнісних властивостей. Суть винаходу, що заявляється, не визначена у явному вигляді з відомого авторам рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують відомі рішення, не забезпечують досягнення нових властивостей, і тільки наявність перерахованих відмінних ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Таким чином, винахід, що заявляється, відповідає критерію "винахідницький рівень". У промислових умовах одержують дослідні партії рідкісноземельних шлаків та карбіду лантану - відходів виробництва рідкоземельних лігатур та легувального комплексу - відходів виробництва надпровідників. Склади дослідних сумішей наведені у таблиці. У високочастотній індукційній печі ЛПЗ-67М виплавляли валковий чавун складу, мас. %: вуглець - 3,32, кремній - 0,80, марганець - 0,54, фосфор - 0,06, сірка - 0,02, залізо - решта. Після досягнення температури 1450±5 °C та витримки протягом 5 хв. випускали порціями у розігрітий розливальний ківш із заздалегідь завантаженими на дно сумішами. Усі суміші присаджувалися у кількості 5,0 %. Після зняття шлаку та досягнення температури 1320±5 °C заливали розплавом кокільні форми для одержання виливків діаметром 50 мм та висотою 200 мм. З одержаних виливків вирізали зразки для металографічного аналізу, визначення термостійкості та границі міцності при розтягу. Визначення міцності при розтягу здійснювали за стандартним методом. Термостійкість визначали за протяжністю тріщин після 100 термоциклів: нагрівання при температурі 650±5 °C, охолодження у воді - 20±2 °C. Одержані результати випробувань наведені у таблиці. Застосування запропонованої суміші для модифікування та легування дозволило вирішити поставлену задачу: при високому рівні міцності (більше на 2-6 %) термостійкість чавуну збільшилися на 24-38 %. Використання запропонованої суміші для модифікування та легування чавунів дозволить підвищити їх довговічність. Таблиця Результати експериментальних досліджень Кількість Властивості структурних Кількість компонентів у суміші, мас. % матеріалу складових у чавуні, Розподіл виливків % включен Номер ь графіту Шлак алюмотермічного чавуну Відходи за ГОСТ виробництва лігатур на термостій виробництва Карбід σВ, основі графіт ферит перліт 3443-87 кість, надпровідник лантану МПа рідкісноземельних см ів металів 1 73 20 7 8,0 45,0 47,0 ШГр4 800 0,11 2 75 15 10 9,5 46,0 44,5 ШГр4 815 0,10 3 77 10 13 10,0 45,0 45,0 ШГр4 820 0,09 4 71 25 4 8,5 38,5 53,0 ВГр5 750 0,13 5 79 5 16 11,5 55,5 31,0 ШГрЗ 775 0,12 6 80 20 10,0 44,0 46,0 ПГр8 785 0,14 7 90 10 12,0 44,0 44,0 ПГр8 770 0,15 Примітка. Чавуни 6 та 7 оброблювали сумішшю за найближчим аналогом. 2 UA 111086 C2 Винахід, що заявляється, засновано на теоретичних розробках, підтверджених експериментальними даними, та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таким чином, винахід, що заявляється, відповідає критерію "промислова застосовність". 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Суміш для модифікування та легування чавуну, що містить шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів, відходи виробництва надпровідників та карбід лантану при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів 73-77 відходи виробництва надпровідників 10-20 карбід лантану 7-13. 10 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3