Суміш для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Суміш для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів містить, мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів – 73-77, відходи виробництва надпровідників – 10-20, оксид диспрозію – 5-7, оксид гадолінію – 2-6. Застосування запропонованої суміші дозволило досягти поставленої мети: при високому рівні міцності термостійкість чавуну збільшується на 10-24 %. UA 101695 C2 (12) UA 101695 C2 UA 101695 C2 Винахід належить до чорної металургії, зокрема до розробки складу сумішей для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів. Відомий шлак для одержання чавуну з кулястим графітом (А.с. № 458584 СРСР МКИ С21С 1/00 опубл. Б.І. № 4, 1975 p.), який містить за мас. %: 5 оксид кальцію карбід кальцію діоксид кремнію оксид магнію 10 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 сутності 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 як найближчий аналог, яка містить за мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів відходи виробництва надпровідників 15 30-42 8-40 10-52 10-20. 80-90 10-20. За цього шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів містить, мас. %: оксид кальцію оксид алюмінію оксиди рідкісноземельних металів діоксид кремнію 40-45 40-45 5-7 3-9. Відходи виробництва надпровідників містять, мас. %: 20 ніобій титан мідь 25 30 35 25-30 25-30 40-50. Недоліком цієї суміші є недостатньо високі термостійкість та міцнісні властивості чавунів. В основу винаходу поставлена задача одержання суміші для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів 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 оксидів гадолінію і диспрозію та меншим вмістом графітизуючих елементів кремнію та алюмінію, при модифікуванні чавуну призводить до того, що у його структурі істотного підвищується дисперсність структурних складових у чавуні, що дозволяє підвищити термостійкість та міцність чавуну. Зазначена задача вирішується тим, що в суміші для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів, що містить шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів та відходи виробництва надпровідників, згідно з винаходом додатково містяться оксиди диспрозію та гадолінію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів відходи виробництва надпровідників 73-77 10-20 1 UA 101695 C2 оксид диспрозію оксид гадолінію 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5-7 2-6. За наявними у авторів відомостями сукупність ознак, що заявляються та характеризують сутність суміші для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів є раніше невідомими. Таким чином, запропонований винахід відповідає умові патентоздатності "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 елементу. 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 залізовуглецевих сплавів виходили з наступного. Для досягнення поставленої мети 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 оксидами диспрозію і гадолінію (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 оксиду диспрозію Dy2О3 0,2-0,4 та оксиду гадолінію Gd2O3 0,1-0,3. При введенні R2O3 та SiO2 менше 0,15 та 0,11 % відповідно, 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, Аl2Оз 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 мета не досягається. Рівні вмісту легувальних елементів (титану та ніобію) повинні бути 0,15-0,30 %. За таких вмістах цих елементів досягаються максимальні міцності властивості. Встановлені оптимальні вмісти оксидів диспрозію та гадолінію у суміші: Dy2О3 0,2-0,4 % та Gd2O3 0,1-0,3 %. За таких вмістах одержуються максимальні рівні термостійкості та міцнісних характеристик чавуну. При вмістах більше вказаних меж матриця погрублюється та зменшуються властивості. Концентрації оксидів диспрозію та гадолінію нижче за 0,2 та 0,1 % відповідно 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 умові патентоздатності "винахідницький рівень". У промислових умовах одержують дослідні партії рідкісноземельних шлаків, оксидів диспрозію й гадолінію - 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 завантаженою на дно сумішшю. 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. 2 UA 101695 C2 Таблиця Кількість компонентів у суміші, мас. % Шлак алюмотер Номер мічного чавуну виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів 1 73 2 75 3 77 4 71 5 79 6 80 7 90 Кількість структурних складових у чавуні, % Властивості матеріалу виливків Розподіл включень графіту за Відходи ГОСТ вироб- Оксид Оксид Граництва дис.- гадоліферит перліт 3443-87 фіт надпро- прозію нію відників 20 15 10 25 5 20 10 5 6 7 3 8 2 4 6 1 8 9,0 10,5 11,0 7,5 12,5 10,0 12,0 45,0 46,0 44,5 39,5 56,5 44,0 44,0 46,0 43,5 44,5 53,0 31,0 46,0 44,0 ШГр4 ШГр4 ШГр4 ВГр5 ШГрЗ ПГр8 ПГр8 МПа Термостійкість, см 790 805 820 765 785 785 770 0,12 0,11 0,13 0,15 0,14 0,14 0,15 Примітка. Чавуни 6 та 7 оброблювали сумішшю за найближчим аналогом. 5 Застосування запропонованої суміші для модифікування та легування дозволило досягти поставленої мети: при високому рівні міцності (більше на 2-5 %) термостійкість чавуну збільшилися на 10-24 %. Використання запропонованої суміші для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів дозволить підвищити їх довговічність. Винахід, що заявляється, засновано на теоретичних розробках, підтверджених експериментальними даними, та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таким чином, винахід, що заявляється, відповідає умові патентоздатності "промислова придатність". 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 1. Суміш для модифікування та легування залізовуглецевих сплавів, що містить шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних металів та відходи виробництва надпровідників, яка відрізняється тим, що вона додатково містить оксид диспрозію та оксид гадолінію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: шлак алюмотермічного виробництва лігатур на основі рідкісноземельних 73-77 металів відходи виробництва надпровідників 10-20 оксид диспрозію 5-7 оксид гадолінію 2-6. 2. Суміш за п. 1, яка відрізняється тим, що 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. 20 3. Суміш за п. 1, яка відрізняється тим, що відходи виробництва надпровідників містять, мас. %: ніобій 25-30 титан 25-30 мідь 40-50. 3 UA 101695 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 4