Екзотермічна суміш для отримання термітних швидкорізальних сталей

Екзотермічна суміш для отримання термітних швидкорізальних сталей, яка містить оксид феруму, порошок алюмінієвий, оксид легуючого елемента або порошки легуючих елементів при вмісті сірки і фосфор у в терміті не більше 0,02 %, яка відрізняється тим, що як оксид феруму використовують залізну окалину у вигляді відходів ковальського і прокатного виробництв, а як оксид легуючого елемента або порошки легуючих елементів використовують хром металевий ГОСТ 5905-79 або ферохром ФХ65-7А ГОСТ 47570-79, силікокальцій С40Л10 ГОСТ 4762-71, феросиліцій ФС65Ал 3,5 ГОСТ 1415-78, ферованадій (75%-ий), карбон, молібден, оксид вольфраму, при цьому при одержанні сталі марки Р18л склад екзотермічної суміші наступний, мас. %: хром металевий ГОСТ 5905-79 або ферохром 2,5-3,4 ФХ65-7А 65%-ий ГОСТ 47570-79 (3,9-5,2) силікокальцій С40Л10 ГОСТ 476271 та феросиліційФС65Ал 3,5 ГОСТ 1415-78 1,5-2,0 ферованадій (75%-ий) 1,1-1,4 карбон 1,3-1,5 молібден 0,6-0,8 оксид вольфраму WO3 18,7-23,1 порошок алюмінієвий марок ПА-317,1-18,5 ПА-6 ГОСТ 6058-73 (17,5-19,0) залізна окалина Fe3O4 у вигляді відходів ковальського і прокатного виробництв решта, (19) 1 3 39156 Корисна модель відноситься до металургії, а саме до ливарного виробництва та до металотермії і може бути використана при виготовленні різальної частини інструментів, напрямних елементів верстатів (обладнання) та ін. Відоме застосування екзотермічних сумішей для живлення виливків за допомогою термітних ливарних додатків [1, 2]. Недоліком цих екзотермічних сумішей є те, що їх хімічний склад не дозволяє отримувати швидкорізальні сталі Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л. Найбільш близькою до тих, що заявляються, є екзотермічна суміш для металотермічних ливарних додатків бронзових виливків [3], що містить оксид феруму та порошки алюмінію і магнію, оксиди легуючи х елементів або порошки цих елементів і мливо стружки бронзи відповідного до бронзових виливків складу, при цьому для живлення виливків з бронзи БрОЦС 5-5-5 склад екзотепмічної суміші наступний, мас. %: оксид купруму (СuО) 30,8-77,2; оксид плюмбуму (РbО2) або порошок плюмбуму 3,2-6,9; оксид цинку (ZnO) або порошок цинку 3,2-6,9; оксид стануму (SnO2) або порошок стануму 3,2-6,9; порошок алюмінію або мливо алюмінієвої стружкиі порошок магнію або мливо магнієвої стружки разом 12,1-33,2; мливо стружки бронзи БрОЦС 5-55 решта, а для живлення виливків з бронзи БрАЖ 10-4 склад екзотермічної суміші наступний, мас. %: оксид купруму (СuО) 20,6-37,3; оксид феруму або залізна окалина (Fe3O4) 2,2-3,9; порошок алюмінію або мливо алюмінієвої стружкиі порошок магнію або мливо магнієвої стружки разом 12,1-19,6; мливо стружки бронзи БрАЖ 10-4 решта. Недоліком прототипу є неможливість утворення в результаті горіння рідких високоперегрітих швидкорізальних сталей необхідного хімічного складу. Завдання корисної моделі полягає у отриманні високоперегрітих швидкорізальних сталей Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л з оксидів легуючи х елементів або їх порошків при їх відновленні алюмінієм і при мінімальному випалюванні легуючих елементів. Поставлене завдання досягається таким чином, що екзотермічна суміш для отримання термітних швидкорізальних сталей, яка містить оксид феруму, порошок алюмінієвий, оксид легуючого елементу або його порошок цих елементів при вмісті сірки і фосфору в терміті не більше 0,02%, яка відрізняється тим, що як оксид феруму використовують залізну окалину у вигляді відходів ковальського і прокатного виробництв, а як оксид легуючого елементу або його порошок використовують хром металевий ГОСТ5905-79 або ферохром ФХ65-7А ГОСТ 47570-79, силікокальцій 4 С40Л10 ГОСТ 4762-71, феросиліцій ФС65Ал3,5 ГОСТ 1415-78, ферованадій (75%-ий), карбон, молібден, оксид вольфраму при цьому для одержання сталей марок P18л, P12л, Р9л, Р6М3л склад екзотермічних сумішей наступний, мас. % для сталі Р18л: хром металевий ГОСТ5905-79 або ферохром 2,5-3,4 ФХ65-7А 65%-ий ГОСТ 47570-79 (3,9-5,2); силікокальцій С40Л10 ГОСТ 476271 та феросиліційФС65Ал 3,5 ГОСТ 1415-78 1,5-2,0; ферованадій (75%-ий) 1,1-1,4; карбон 1,3-1,5; молібден 0,6-0,8; оксид вольфраму WO3 18,7-23,1; порошок алюмінієвий марок ПА-317,1-18,5 ПА-6 ГОСТ 6058-73 (17,5-19,0); залізна окалина Fe3O4 у вигляді відходів ковальського і прокатного виробництв: решта; а для сталі Р12л: хром металевий ГОСТ5905-79 або ферохром 2,4-3,3 ФХ65-7А 65%-ий ГОСТ 47570-79 (3,8-5,1); силікокальцій С40Л10 ГОСТ 476271 та феросиліцій ФС65Ал 3,5 ГОСТ 1415-78 1,5-2,0; ферованадій (75%-ий) 1,2-1,9; карбон 1,3-1,6; молібден 0,6-0,8; оксид вольфраму WO3 15,2-17,0; порошок алюмінієвий марок ПА-318,3-19,4 ПА-6 ГОСТ 6058-73 (18,6-19,9); залізна окалина Fe3O4 у вигляді відходів ковальського і прокатного виробництв: решта; а для сталі Р9л: хром металевий ГОСТ5905-79 або ферохром ФХ65-7А 65%-ий ГОСТ 47570-79 силікокальцій С40Л10 ГОСТ 476271 та феросиліційФС65Ал 3,5 ГОСТ 1415-78 ферованадій (75%-ий) карбон молібден оксид вольфраму WO3 порошок алюмінієвий марок ПА-3ПА-6 ГОСТ 6058-73 3,3-4,4 (5,1-6,8); 1,5-2,0; 1,2-1,9; 1,4-1,7; 0,6-0,8; 9,3-11,2; 19,620,6(20,021,2); залізна окалина F3O4 у вигляді відходів ковальського і прокатного виробництв: решта; а для сталі Р6М3л: хром металевий ГОСТ5905-79 або ферохром ФХ65-7А 65%-ий ГОСТ 47570-79 силікокальцій С40Л10 ГОСТ 4762 2,4-3,5 (3,8-5,3); 1,5-2,0; 5 39156 71 та феросиліцій ФС65Ал 3,5 ГОСТ 1415-78 ферованадій (75%-ий) 1,9-3,1; карбон 1,4-1,7; молібден 2,8-3,3; оксид вольфраму WO3 6,1-8,3; порошок алюмінієвий марок ПА-319,5-21,0 ПА-6 ГОСТ 6058-73 (19,8-21,5); залізна окалина Fe3O4 у вигляді відходів ковальського і прокатного виробництв: решта. Переваги використання екзотермічних сумішей даних складів полягають у тому, що це дозволяє отримувати швидкорізальні сталі Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л в умовах ремонтних майстерень, цехів та інших виробничих приміщень не пристосованих для звичайних методів плавлення сплавів, а також 6 з'являється можливість здійснювати наплавлення швидкорізальною сталлю. У складі металотермічної шихти використані оксиди легуючих елементів, що відновлюються алюмінієм. Проведено відповідні термохімічні та термокінетичні розрахунки на основі стехіометричного складу компонентів із врахуванням засвоєння їх з шихти. Приклад конкретного використання. Використовуються сплави, що отримані у металотермічному реакторі в результаті горіння термітних сумішей відповідного складу [4], що наведені у Таблиці 1. Алюмінієвий порошок у даному складі шихт може бути замінений на мливо алюмінієвої стружки - відходи металорізального виробництва. Замість порошку карбону може використовуватись графіт, сажа та ін. Таблиця 1 Хімічний склад термітних швидкорізальних сталей та склад ши хт для синтезу швидкорізальних сталей Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л Марка сталі - аналог промислової С Ферохром (65%-вий) WO3 Склад шихти1 Ферованадій (75%-вий) Силікокальцій та феросиліцій Мо Фероалюмінієвий терміт С Хімічний склад Сr термітних швидW корізальних стаV лей (% за мас.) Мо Аl Р18л 1,31 4,92 21,75 1,33 1,7 0,7 решта 0,81 3,2 17,4 1,0 0,2 0,1 Р12л 1,38 4,77 16,00 1,73 1,7 0,7 решта 0,83 3,1 12,8 1,3 0,2 0,1 Р9л 1,42 6,00 10,88 2,67 1,7 0,7 решта 0,85 3,9 8,7 2,0 0,2 0,1 Р6М3л 1,42 4,77 7,13 2,67 1,7 3,2 решта 0,85 3,1 5,7 2,0 2,9 0,1 1 Вміст S і Р повинен складати не більше 0,02%. Характеристики синтезованих металотермічних швидкорізальних сталей Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л (питома маса g, твердість HRC, межа міц ності на розтяг sв , ударна в'язкість a н) наведені у Таблиці 2. Таблиця 2 Фізико-механічні властивості та особливості стр уктури термітних швидкорізальних сталей Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л № з/п Марка сталі -аналог промислової g, кг/м 3 (х103) HRC sв , МПа a н1, МДж/м 2 1 2 3 4 Р18л Р12л Р9л Р6М3л 8,6 8,5 8,4 8,4 64 51 59 61 2430 1530 1510 147,0 143,0 130,0 70,0 1 Маса карбід- Залишковий аустеніт ної фази, % у поверхневому шарі, % 25 57 23 55 20 64 20 58 Випробування проводилися на взірцях із U-подібним надрізом. Основними параметрами, що встановлюють різальні властивості швидкорізальних сталей, крім твердості, є їх теплостійкість і період стійкості ма теріалу при заданій швидкості різання, що наведені у Таблиці 3 і 4. 7 39156 8 Таблиця 3 Службові властивості синтезованих термітних швидкорізальних сталей № з/п 1 2 3 4 Марка сталі - аналог промислової Р18л Р12л Р9л Р6МЗл Відносна шліфованість Теплостійкість, °С 1,0 0,9 0,6 0,5 640 640 630 640 Таблиця 4 Період стійкості1 (у хвилинах) при точінні у залежності від швидкості різання № п/п Марка синтезованої швидкорізальної сталі 1 2 3 4 Р18л Р12л Р9л Р6М3л 30 115/110 100/90 92/80 90/76 Швидкість різання, м/хв. 50 150/130 125/120 107/100 104/92 100 95/90 95/90 61/56 62/54 1 У чисельнику період стійкості, що відноситься до експериментальних швидкорізальних сталей, а у знаменнику до промислових аналогічних сталей за [5]. Для оцінки періоду стійкості термітних швидкорізальних сталей Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л (у хвилинах) використовувалися стандартні пластини для прохідних різців, тип 01, код ОКП 0045 ГОСТ 25395-82 при умовах точіння Сталі 50 ГОСТ 105088 у залежності від швидкості різання при різних режимах обробки на токарно-револьверному верстаті мод. Т1 - глибина різання 1мм, подача 0,08мм/об (див. Таблицю 5). Отримані дані свідчать, що спосіб отримання сплавів, умови твердіння і особливості синтезованих сплавів позитивно вплинули на властивості синтезованих сталей, і дозволяють стверджувати, що литі термітні швидкорізальні сталі Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л можна застосовувати для процесу різання, демонструючи властивості кращі, ніж у сплавів, отриманих промисловими технологіями. Таким чином, враховуючи автономність процесу синтезу швидкорізальних сталей Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л, незалежність від складного обладнання, потужних джерел енергії та високу швидкість і продуктивність процесу (час горіння суміші триває 20-30с), відкриваються широкі можливості для використання наплавлення термітних швидкорізальних сталей. Техніко-економічна ефективність. Використання металотермічного плавлення економічно доцільне у випадках, коли потрібно терміново (за лічені секунди) отримати рідкі швидкорізальні сталі Р18л, Р12л, Р9л, Р6М3л при відсутності джерел електроенергії, складного обладнання для плавлення металу та ін., тобто в ремонтних неспеціалізованих майстернях і навіть польових умовах. Насправді ефект від використання термітних швидкорізальних сталей ще більший тому, що у виробництво повертається також ферум, який вміщується у залізній окалині, а також замість порошків металів та їх оксидів можна використовувати мливо стружки - відходи металорізального виробництва. Корисна модель може бути застосована у інструментальному виробництві при терміновому виготовленні заготовок інструментів (наприклад різців), а також при термітному наплавленні інструментальних матеріалів на поверхні заготовок у ремонтних цеха х. Джерела інформації 1. А.С. №969449 (СССР) МКИ В 22 Д 27/06. 533664. Экзотермическая смесь для изготовления прибылей /Н.Н. Александров, В.И. Куликов, А.И. Беляев и др. 1982, Б.И., М., №40. - С.47. 2. А.С. 1260108 (СССР) МКИ В 22Д7/00. Способ получения стальной отливки /Б.А. Рыбальченко, Н.И. Мурашев, В.И. Коваленко. М., 1986, Б.И., №36. - С.33. 3. Патент України №70176А МПК: 7С22С1/00, С21С1/08. Екзотермічна суміш для металотермічних ливарних додатків бронзових виливків / Ю.Ю. Жигуц, Ю.Ю. Скиба. Опубл. 15.09.2004. - Бюл. №9. - прототип. 4. Патент України №27948 МПК: В23К 23/00, В23Р 15/00. Спосіб металотермічного приварювання інструментальної пластини із швидкорізальної сталі до основи інструменту / Ю.Ю. Жигуц, Ю.Ю. Скиба. Опубл. 26.11.2007. - Бюл. №19. 5. Справочник инструментальщика / Под. Ред. И.А. Ординарцева. - Л.: Машиностроение, 1987. 846с. 9 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 39156 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601