Чавунний посуд і спосіб виготовлення чавунного посуду

1. Чавунний посуд, виконаний у вигляді чашоподібного виливка, виготовленого з сірого чавуну, на поверхні якого сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4, який відрізняється тим, що сірий чавун містить кремній в кількості не менше 4,1 мас. %. 2. Спосіб виготовлення чавунного посуду, що включає лиття сірого чавуну в ливарну форму для C2 2 (19) 1 3 80051 легко відокремлюваний шар окалини, внаслідок чого знижується зчеплення ґрунту і емалі. Це знижує міцність емалевого покриття і термін служби чавунного посуду із захисним покриттям, нанесеним у такий спосіб. З рівня техніки також відомий чавунний посуд, виконаний у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої нанесене захисне покриття у ви гляді шару мастила консервації, що складається з 50% парафіну і 50% медичного вазеліну [РСТ УССР 114-88 Посуда чугунная черная. Общие технические условия, п.п. 1.2., 2.2.2., 2.3.1., 2.5.1., аналог]. З рівня техніки також відомий спосіб виготовлення чавунного посуду, що включає лиття сірого чавун у в ливарну форму для отримання чашоподібної виливки, віддалення ливників, задирок, обдирку, шліфування, піскоструминну обробку виливки і нанесення на виливку захисного покриття у вигляді шару мастила консервації, що складається з 50% парафіну і 50% медичного вазеліну [РСТ УССР 114-88 Посуда чугунная черная. Общие технические условия, п. 2.5.1., аналог]. Недоліками такого чавунного посуду і способу виготовлення цього чавунного посуду є низька ефективність протикорозійної стійкості захисного покриття, виконаного у вигляді нанесеного мастила консервації, як при транспортуванні, так і при експлуатації чавунного посуду. В результаті суттєво знижується термін служ би чавунного посуду із захисним покриттям, нанесеним у такий спосіб. З рівня техніки також відомий найближчий за призначенням і кількості загальних ознак чавунний посуд, виконаний у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформовано захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4 [UA 56079 А (СОНКІН О.Л.), 15.04.2003, найближчий аналог – прототип]. Виливка виготовлена з сірого чавун у, що містить кремній в кількості 2,5-4,0%. З рівня техніки також відомий найближчий за призначенням і кількості загальних ознак спосіб виготовлення чавунного посуду, що включає лиття сірого чавуну в ливарну форму для отримання чашоподібної виливки, віддалення ливників, задирок, обдирку, шліфування, піскоструминну обробку виливки і формування на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 шляхом її нагріву і занурення в масло [UA 56079 А (СОНКІН О.Л.), 15.04.2003, найближчий аналог – прототип]. При литті сірого чавуну в ливарну форму для отримання чашоподібної виливки до складу шихти вводять кремній в кількості 2,5-4,0%. При формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів ведуть до температури 830-900°С. Недоліками такого чавунного посуду і способу виготовлення цього чавунного посуду є її низька корозійна стійкість при приготуванні харчових продуктів, що містять органічні кислоти, зокрема лимонну, оцтову і молочну кислоти. Пояснюється це тим, що у склад шихти входить кремній в недостатній кількості (2,5-4,0%). 4 В результаті низький вміст кремнію в сірому чавуні не дозволяє забезпечити його стабільніший вміст і знижує активність вуглецю, що приводить до високого ступеня окислення чавуну і робить великий вплив на склад оксидної плівки (оксиду заліза Fе3О4) на поверхні виливки. Це не дозволяє добитися високої міцності зчеплення оксидної плівки з металом і знижує термін служби чавунного посуду. Крім того, при вибраному температурному режимі нагріву 830-900°С чавун надмірно нагрівається, стає пластичним і «пливе», спотворюючи первинну форму виливки. В результаті, геометричні параметри і форма виливки порушуються, а висока якість одержуваного цим способом чавунного посуду не досягається, що знижує його експлуатаційні властивості. Технічною задачею, на рішення якої направлений винахід, є в чавунному посуді і способі виготовлення чавунного посуду шляхом виготовлення виливки з сірого чавуну з підвищеним вмістом кремнію забезпечити стабільніший його зміст для підвищення активності вуглецю і його повного перетворення в графіт при тепловій обробці виливки в оптимальних режимах. Технічний результат, який досягається при рішенні поставленої технічної задачі, полягає в забезпеченні стабільності властивостей матеріалу, геометричних параметрів і форми посуду, а також в підвищенні міцності зчеплення оксидної плівки з металом, що підвищує корозійну стійкість до органічних кислот покриття, термін служби, якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду. Поставлена технічна задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в чавунному посуді, виконаному у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4 , згідно винаходу, виливка виготовлена з сірого чавуну, що містить кремній в кількості не менше 4,1%. Підвищений вміст кремнію (не менше 4,1%) в сірому чавуні приводить до стабільнішого його вмісту, за рахунок чого підвищується активність вуглецю в процесі виготовлення чавунного посуду і досягається можливість його повного перетворення в графіт при тепловій обробці виливки в оптимальних режимах нагріву. Це забезпечує отримання стабільних властивостей матеріалу посуду і щільної з високими захисними властивостями оксидної плівки покриття. Поставлена технічна задача вирішується, а технічний результат досягається також тим, що в способі виготовлення чавунного посуду, що включає лиття сірого чавуну в ливарну форму для отримання чашоподібної виливки, віддалення літників і задирок, обдирку, шліфування, піскоструминну обробку виливки і формування на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 шляхом її нагріву і занурення в масло, згідно винаходу, при литті сірого чавуну в ливарну форму для отримання чашоподібної виливки до складу шихти вводять кремній в кількості не менше 4,1%, а після шліфування виконують, щонайменше, двічі, графітизуючий відпал виливки при температурі 680-800°С 5 80051 протягом 0,5-1,0 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості. Введення до складу шихти кремнію в підвищеній кількості (не менше 4,1%) приводить до стабільнішого його вмісту в чавуні, за рахунок чого підвищується активність вуглецю в процесі виготовлення чавунного посуду і досягається можливість його повного перетворення в графіт при тепловій обробці виливки в запропонованих оптимальних режимах нагріву. А бага тостадійний відпал виливки після шліфування і перед піскоструминною обробкою при температурі 680-800°С протягом 0,5-1,0 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості зрештою забезпечує о тримання стабільних властивостей матеріалу посуду і щільної оксидної плівки з високими захисними властивостями при формуванні захисного покриття, що покращує експлуатаційні властивості чавунного посуду. Вибраний температурний режим графітизуючого відпалу 680-800°С виливки визначений дослідним шляхом і є оптимальним для отримання якнайкращих умов для повної графітизації вуглецю, стабілізації властивостей матеріалу виливки, геометричних параметрів і форми посуду, а також підвищення міцності зчеплення оксидної плівки з металом при формуванні захисного покриття. Дослідним шляхом встановлено, що вибір температури графітизуючого відпалу виливки менше 680°С не доцільний, оскільки в цьому випадку процес графітизації вуглецю сповільнюється, внаслідок чого не досягається стабілізація властивостей матеріалу виливки і знижується міцність зчеплення оксидної плівки з металом при формуванні захисного покриття. Дослідним шляхом також встановлено, що вибір температури графітизації відпалу виливки більше 800°С також не доцільний, оскільки в цьому випадку чавун надмірно нагрівається, стає пластичним і «пливе», спотворюючи первинну форму виливки, внаслідок чого знижується якість чавунного посуду. Крім того, при вибраному температурному режимі нагріву 680-800°С виливка набуває малинового кольору мінливості, що дозволяє додатково візуально контролювати температурний режим графітизації відпалу, що є додатковим технічним результатом. Спосіб виготовлення чавунного посуду має і інші відмінності, які використовується в окремих випадках його виконання для підвищення технічного результату. Так, в способі виготовлення чавунного посуду, згідно винаходу, при формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів ведуть до температури 680-800°С. Вибраний температурний режим нагріву 680800°С виливки визначений дослідним шляхом і є оптимальним для отримання якнайкращого співвідношення корозійної стійкості, стабілізації проектних геометричних параметрів і форми, терміну служби і якості чавунного посуду, що виготовляється цим способом. 6 При температурі нагріву виливки менше 680°С товщина шару оксидної плівки надмірно зменшується, внаслідок чого знижуються корозійна стійкість захисного покриття, а також термін служби і якість чавунного посуду. При температурі нагріву виливки більше 800°С чавун надмірно нагрівається, стає пластичним і «пливе», спотворюючи первинну форму виливки, а товщина шару оксидної плівки надмірно збільшується, внаслідок чого також знижуються корозійна стійкість захисного покриття, а також термін служби і якість чавунного посуду. При вибраному температурному режимі нагріву 680-800°С виливка набуває малинового кольору мінливості, по якому додатково візуально контролюють температурний режим її нагріву. Таким чином, за рахунок виготовлення виливки з сірого чавуну з підвищеним вмістом кремнію забезпечується стабільніший його зміст для підвищення активності вуглецю і його повне перетворення в графіт при тепловій обробці відливання в запропонованих оптимальних режимах нагріву. Це дозволяє забезпечити стабільність властивостей матеріалу, геометричних параметрів і форми посуду, а також підвищити міцність зчеплення оксидної плівки з металом, що підвищує корозійну стійкість до органічних кислот покриття, термін служби, якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду. З рівня техніки заявник не виявив рішення, співпадаючі з сукупністю загальних і відмітних суттєви х ознак вдосконаленого чавунного посуду і вдосконаленого способу виготовлення чавунного посуду, на підставі чого можна зробити висновок, що те хнічні рішення цієї групи винаходів, що заявляються, не є частиною рівня техніки і відповідають критерію винаходу «новизна». З рівня техніки заявник також не виявив рішення, співпадаючі з відмітними суттєвими ознаками вдосконаленого чавунного посуду і вдосконаленого способу виготовлення чавунного посуду. На підставі цього можна зробити висновок, що технічні рішення цієї групи винаходів, що заявляються, для фахівця не є очевидними, тобто не випливають з рівня техніки, і відповідають критерію винаходу «винахідницький рівень». У прикладі конкретного виконання чавунний посуд, що заявляється, виконаний у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4. Виливка виготовлена з сірого чавун у, що містить кремній в кількості не менше 4,1%. Вуглець в чавуні знаходиться у вигляді графіту. Металевою основою чавуну є ферит. У прикладі конкретного виконання спосіб виготовлення такого чавунного посуду, що заявляється, здійснюють таким чином. Для лиття чавунного посуду застосовують сірий чавун, в хімічний склад якого входять залізо, а також в кількостях дозволених органами охорони здоров'я вуглець, кремній, марганець, фосфор і сірка із вмістом хрому, нікелю і міді, що допускається. 7 80051 Спочатку готують ши хту для плавки сірого чавун у, в яку вводять необхідні компоненти для отримання чавун у з необхідним хімічним складом. Кремній до складу шихти вводять в кількості не менше 4,1%. Кількість кремнію вибирають пропорційно масі чавунного посуду. Для чавунного посуду малої маси, наприклад сковороди млинниці, кремній вводять в кількості близькій до 4,1%. Чим більше маса чавунного посуду, тим в більшій кількості вводять в шихту кремній для поліпшення заповнення ливарної форми розплавом чавун у. Наприклад, для каструлі кремній вводиться в кількості близькій до 7,0%. Після розплаву ши хти виконують лиття сірого чавун у в ливарну форму для отримання чашоподібної виливки. На практиці для лиття чавунного посуду застосовують сірий чавун з переважно наступним хімічним складом (у відсотках): вуглець 3,2-3,8; кремній не менше 4,1; марганець не більш 0,8; фосфор не більш 0,6; сірка не більш 0,05; залізо інше. Допускається наявність хрому до 0,2%, нікелю до 0,3% і міді до 0,5%. Чашоподібні виливки використовують для виготовлення різного кухонного чавунного посуду, зокрема: - сковорода кругла з однією ручкою; - сковорода кругла з двома ручками; - сковорода млинниця кругла з однією ручкою; - сковорода сотейник кругла з однією ручкою; - сковорода сотейник кругла з двома ручками; - сковорода жаровня з двома ручками; - каструля з кришкою; - інший посуд. Потім виливку піддають механічній обробці, при якій послідовно виконують віддалення ливників, задирок, обдирку і шлі фування поверхні. Після шліфування виконують, щонайменше, двічі, графітизуючий відпал виливки при температурі 680-800°С протягом 0,5-1,0 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості. Такий температурний режим графітизуючого відпалу 680-800°С виливки є оптимальним для отримання якнайкращих умов для повної графітизації вуглецю, стабілізації властивостей матеріалу виливки, геометричних параметрів і форми посуду, а також підвищенню міцності зчеплення оксидної плівки з металом при формуванні захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4. При температурі графітизуючого відпалу виливки менше 680°С процес графітизації вуглецю сповільнюється, внаслідок чого не досягається стабілізація властивостей матеріалу виливки і знижується міцність зчеплення оксидної плівки з металом при формуванні захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4. 8 При температурі графітизуючого відпалу виливки більше 800°С також не доцільний, оскільки в цьому випадку чавун надмірно нагрівається, стає пластичним і «пливе», спотворюючи первинну форму виливки, внаслідок чого знижується якість чавунного посуду. Після цього виконують піскоструминну обробку поверхні на піскоструминній установці і формування на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 шляхом її нагріву в нагрівальному пристрої і занурення в масло. При формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів ведуть до температури 680-800°С. Такий температурний режим нагріву 680-800°С чавун у виливки є оптимальним для отримання якнайкращого співвідношення корозійної стійкості, стабілізації проектних геометричних параметрів і форми, терміну служби і якості чавунного посуду, що виго товляється цим способом. При температурі нагріву виливки менше 680°С товщина шару оксидної плівки надмірно зменшується, внаслідок чого знижуються корозійна стійкість захисного покриття, а також термін служби і якість чавунного посуду. При температурі нагріву виливки більше 800°С чавун надмірно нагрівається, стає пластичним і «пливе», спотворюючи первинну форму виливки, а товщина шару оксидної плівки надмірно збільшується, внаслідок чого знижуються корозійна стійкість захисного покриття, а також термін служби і якість чавунного посуду. При вибраному температурному режимі нагріву 680-800°С сірого чавуну виливка набуває малинового кольору мінливості, по якому додатково візуально контролюють температурний режим її нагріву. Винахід ілюструється прикладами 1-5 реалізації способу виготовлення чавунного посуду з різними температурними режимами нагріву виливки. Приклад 1 Виготовлявся чавунний посуд - сковорода млинниця, виконана у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4 . Виливка виготовлялася з сірого чавуну, що містить кремній в кількості 4,0%. Спосіб виготовлення такого чавунного посуду включав всі операції способу, що заявляється. Після шліфування виконували, один раз графітизуючий відпал виливки при температурі 60°С протягом 0,4 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості. При формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів вели до температури 670°С і занурювали в масло. При такій температурі одноразового графітизуючого відпалу виливки протягом 0,4 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості процес графітизації вуглецю сповільнювався, внаслідок чого не досягалася стабілізація властивостей матеріалу виливки і знижувалася міцність зчеплення оксид 9 80051 ної плівки з металом при формуванні захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4. При такому режимі нагріву і занурення в масло первинні геометричні параметри і форма виливки не змінювалися і відповідали її проектним значенням. Проте зменшувалася товщина шару оксидної плівки, внаслідок чого знижувалася корозійна стійкість захисного покриття і термін служби чавунного посуду. Міцність захисного покриття, а також якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду, одержаного цим способом, незадовільні. Приклад 2 Виготовлявся чавунний посуд - сковорода млинниця з невеликою масою, виконана у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4. Виливка виготовлялася з сірого чавуну, що містить кремній в кількості 4,1%. Спосіб виготовлення такого чавунного посуду включав всі операції способу, що заявляється. Після шліфування виконували, двічі графітизуючий відпал виливки при температурі 680°С протягом 0,5 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості. При формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів вели до температури 680°С і занурювали в масло. При такій температурі дворазового графітизуючого відпалу виливки протягом 0,5 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості процес графітизації вуглецю активізувався, внаслідок чого досягалася стабілізація властивостей матеріалу виливки і підвищувалася міцність зчеплення оксидної плівки з металом при формуванні захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4. При такому режимі нагріву і занурення в масло первинні геометричні параметри і форма виливки не змінювалися і відповідали її проектним значенням. Товщина шару оксидної плівки збільшувалася, внаслідок чого підвищувалася корозійна стійкість захисного покриття і термін служби чавунного посуду. Міцність захисного покриття, а також якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду, одержаного цим способом, задовільні. Приклад 3 Виготовлявся чавунний посуд - сковорода сотейник з середньою масою, виконана у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4. Виливка виготовлялася з сірого чавуну, що містить кремній в кількості 5,5%. Спосіб виготовлення такого чавунного посуду включав всі операції способу, що заявляється. Після шліфування виконували, двічі графітизуючий відпал виливки при температурі 740°С протягом 0,75 години з подальшим охолоджуван 10 ням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості. При формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів вели до температури 740°С і занурювали в масло. При такій температурі дворазового графітизуючого відпалу виливки протягом 0,75 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості процес графітизації вуглецю ще більш активізувався. В результаті цього досягалася повна стабілізація властивостей матеріалу виливки і підвищувалася міцність зчеплення оксидної плівки з металом при формуванні захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4. При такому режимі нагріву і занурення в масло первинні геометричні параметри і форма виливки не змінювалися і відповідали її проектним значенням. Товщина шару оксидної плівки збільшувалася, внаслідок чого підвищувалася корозійна стійкість захисного покриття і термін служби чавунного посуду. Міцність захисного покриття, а також якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду, одержаного цим способом, добрі. Приклад 4 Виготовлявся чавунний посуд - каструля з середньою масою, виконана у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4 . Виливка виготовлялася з сірого чавуну, що містить кремній в кількості 7,0%. Спосіб виготовлення такого чавунного посуду включав всі операції способу, що заявляється. Після шліфування виконували, три рази графітизуючий відпал виливки при температурі 800°С протягом 1,0 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості. При формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів вели до температури 800°С і занурювали в масло. При такій температурі триразового графітизуючого відпалу виливка протягом 1,0 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості процес графітизації вуглецю ще більш активізувався. В результаті цього досягалася повна стабілізація властивостей матеріалу виливки і підвищувалася міцність зчеплення оксидної плівки з металом при формуванні захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4. При такому режимі нагріву і занурення в масло первинні геометричні параметри і форма виливки не змінювалися і відповідали її проектним значенням. Товщина шару оксидної плівки збільшувалася, внаслідок чого підвищувалася корозійна стійкість захисного покриття і термін служби чавунного посуду. Міцність захисного покриття, а також якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду, одержаного цим способом, добрі. 11 80051 Приклад 5 Виготовлявся чавунний посуд - каструля з середньою масою, виконана у вигляді чашоподібної виливки, виготовленої з сірого чавуну, на поверхні якої сформоване захисне покриття з оксиду заліза Fе3О4 . Виливка виготовлялася з сірого чавуну, що містить кремній в кількості 7,0%. Спосіб виготовлення такого чавунного посуду включав всі операції способу, що заявляється. Після шліфування виконували, три рази графітизуючий відпал виливки при температурі 810°С протягом 1,1 години з подальшим охолоджуванням на повітрі до досягнення сірого кольору мінливості. При такому режимі графітизуючого відпалу чавун надмірно нагрівався, ставав пластичним і «плив», спотворюючи первинну форму виливки, а товщина шару оксидної плівки надмірно збільшувалася, внаслідок чого знижувалася корозійна стійкість і термін служби захисного покриття. При формуванні на виливці захисного покриття з оксиду заліза Fе3О4 її нагрів вели до температури 800°С і занурювали в масло. При такому режимі нагріву і занурення в масло відбувалися ті ж процеси, які були характерні при графітизуючому відпалі виливки. В результаті первинні геометричні параметри і форма виливки змінювалися і не відповідали її проектним значенням. Міцність захисного покриття, а також якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду, одержаного цим способом, незадовільні. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 12 Приклади 2, 3, 4 свідчать про те, що підвищений вміст кремнію (не менше 4,1%) в чавуні, а також заявлені режими графітизуючого відпалу і нагріву виливки є оптимальними для забезпечення стабілізації властивостей матеріалу, геометричних параметрів і форми посуду. Це дозволяє підвищити міцність зчеплення оксидної плівки з металом, корозійну стійкість до органічних кислот, термін служби, якість і експлуатаційні властивості чавунного посуду. Приклади 1, 5 свідчать про те, що понижений вміст кремнію (менше 4,1%), а також виконання графітизуючого відпалу і нагріву виливки за межами заявлених режимів не доцільне, оскільки при цьому не забезпечується стабілізація властивостей матеріалу, спотворюються геометричні параметри і форма посуду. Це приводить до зниження міцності зчеплення оксидної плівки з металом, корозійної стійкості до органічних кислот, терміну служби, якості і експлуатаційних властивостей чавунного посуду. Пропоновані чавунний посуд і спосіб виготовлення чавунного посуду можуть бути багато разів реалізовані промисловим способом на будь-якому підприємстві по литтю господарського чавунного посуду із застосуванням стандартного устатк ування і традиційних матеріалів, що свідчить про те, що те хнічні рішення цієї групи винаходів, що заявляються, відповідають критерію винаходу «промислова придатність». Підписне Тираж 26 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