Спосіб отримання стандартних зразків складу сталей і сплавів для хімічного та спектрального аналізу

Реферат: Спосіб отримання стандартних зразків для хімічного та спектрального аналізу складу сталей і сплавів включає виплавку металу у вакуумній індукційній печі або іншим способом, який забезпечує високу якість металу зливка, наприклад електрошлакового переплаву, з видаленням головної і донної частини зливка при подальшій деформації металу до заготовок круглого перерізу з послідовним отриманням стандартного зразка, спочатку дисперсного подрібненого матеріалу у вигляді стружки, що одержана шляхом обточки поверхневого шару заготовки на токарному верстаті, для хімічного аналізу, а потім монолітного зразка із решти серцевини заготовки для спектрального аналізу, з атестацією контрольованих елементів. Попередньо перед обточкою по колу заготовки на її поверхні дисковою фрезою або іншим інструментом виконують повздовжні прорізи на глибину діаметра монолітного стандартного зразка, причому співвідношення зовнішнього діаметра заготовки з прорізом до діаметра моноліту серцевини вибирають в межах 1,1-1,4, а ширину і число прорізів задають в залежності від діаметра стандартного зразка моноліту і необхідної дисперсності матеріалу зразка для хімічного аналізу. UA 82932 U (12) UA 82932 U UA 82932 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до чорної металургії, зокрема до технології одержання стандартних зразків (далі СЗ) для хімічного та спектрального аналізу складу сталей і сплавів з атестованим вмістом хімічних елементів. Відомий спосіб отримання СЗ складу сталі, чавуну або сплаву, мікролегованих легколетучими металами з атестованим вмістом одного або декілька елементів [патент РФ № 2379647, заяв. 29.04.2008, G01N 1/0]. У відповідності з цим способом отримання СЗ включає одержання розплаву сталі, чавуну або сплаву, мікролегування його відповідними легколетучими металами, формування литої та/або деформованої заготовки, виготовлення СЗ відомими методами та атестацію контрольованих елементів. Недоліком зазначеного способу є те, що він не забезпечує одержання однорідних СЗ для хімічного та спектрального аналізу сталей і сплавів легованих у великих концентраціях легуючими елементами. Із зарубіжної практики відомий спосіб (прийом), при якому одна частина зливка після деформації застосовується як матеріал СЗ для хімічного, а інша частина СЗ - для спектрального аналізу. Найбільш близьким за технічною суттю до заявлюваного є спосіб, описаний авторами [Плинер Ю.Л., Кузьмин И.М. Метрологические проблемы аналитического контроля качества металлопродукции. - М.: "Металлургия", 1989.-215 с.], за яким СЗ легованих сталей для хімічного та спектрального аналізу виробляють з металу, виплавленого в вакуумній індукційній печі з наступною деформацією до круглого перерізу з видаленням головної і донної частини зливка. Заготовку обточують на токарному верстаті гребінчастим різцем з кроком 1,2 мм і максимальною швидкістю обертання шпинделя 31,5 об./хв., оскільки при більш високій швидкості на поверхні стружки з'являються кольори мінливості. Стружку використовують як матеріал СЗ для хімічного аналізу, а частину, що залишилась - як монолітну заготовку для спектрального аналізу. Недолік описаного способу полягає в тому, що використання гребінчастих різців призводить до утворення своєрідної форми зерен одержуваної стружки, оскільки її різні частинки є неоднорідними по довжині і ширині навіть в одній фракції розсіву. Така неоднорідність призводить до неоднорідності хімічного складу СЗ, необхідності додаткового подрібнення сталевої стружки в спеціальній дробарці, що підвищує витрати і знижує ефективність отримання СЗ. У зв'язку з цим після відсіву непридатної фракції вихід придатного матеріалу не перевищує 60 % від загальної кількості стружки. При цьому якість монолітних СЗ залишається високою, оскільки серцевина заготовки залишається однорідною та успадковує особливості кристалізаційної структури злитка. В основу корисної моделі поставлено задачу: шляхом підготовки поверхневого шару заготовки забезпечити підвищення однорідності СЗ для хімічного аналізу по розмірному складу, стабільності його хімічного складу, максимального наближення хімічного складу стружки (для хімічного аналізу) до складу монолітного матеріалу (для спектрального аналізу), підвищення виходу придатного і зниження витрат на додаткове подрібнення стружки, при одночасному підвищенні швидкості процесу обточки заготовки та збереженні високої якості СЗ моноліту для спектрального аналізу. У заявленому способі отримання СЗ для хімічного та спектрального аналізу складу сталей і сплавів поставлена задача вирішується шляхом попереднього виконання по колу заготовки дисковою фрезою або іншим інструментом на її поверхні повздовжніх прорізів на глибину діаметра монолітного СЗ для спектрального аналізу, причому співвідношення зовнішнього діаметра заготовки з прорізом до діаметра моноліту серцевини вибирають в межах 1,1-1,4, а оптимальне число прорізів та їх ширину задають в залежності від необхідної фракції дисперсності матеріалу СЗ для хімічного аналізу, з урахуванням діаметра моноліту СЗ для спектрального аналізу. Оскільки діаметр СЗ для спектрального аналізу складу сталей і сплавів на практиці змінюється від 30 до 45 мм, число прорізів на заготовці, виходячи з її довжини кола, задають в межах 30-60, а оптимальну ширину прорізів вибирають в діапазоні 1,2-1,8 мм. Спосіб здійснюється наступним чином. У вакуумній індукційній печі або методом електрошлакового переплаву виплавляють злиток заданого складу сталі або сплаву. У процесі деформації зливка видаляють його дефектні зони з головної і донної частин. Зливок шляхом ряду проміжних операцій деформують в заготовку круглого перерізу діаметром в 1,1-1,4 рази більше від необхідного діаметра СЗ для спектрального аналізу. Після видалення поверхневого чорнового шару (з урахуванням діаметра СЗ для спектрального аналізу діаметр чистової заготовки може змінюватись від 33 до 63 мм) чистову заготовку розмічають для виконання прорізів. В залежності від довжини кола заготовки і необхідної дисперсності матеріалу СЗ для 1 UA 82932 U 5 10 15 20 25 30 хімічного аналізу вибирають ширину прорізу в межах 1,2-1,8 мм і визначають число прорізів в діапазоні 30-60, які виконують по її поверхні. Заготовку з прорізами обточують на токарному верстаті. В результаті обточення отриману стружку використовують як дисперсний матеріал СЗ для хімічного аналізу, а моноліт, залишився - як матеріал СЗ для спектрального аналізу. Приклад. У вакуумній індукційній печі виплавляли зливок сталі марки 12 × 1МФ масою 120 кг з розливанням у чавунну виливницю. Зливок піддавали деформації на пресі АКП-500 зусиллям до 500 тон з видаленням головної і донної частин при переділі на проміжну заготовку. З розрахунку отримання СЗ моноліту діаметром 40 мм для спектрального аналізу і співвідношення діаметра заготовки з прорізом до діаметра заготовки моноліту 1,25, проміжну заготовку деформували до діаметра 54 мм. Після видалення поверхневого чорнового шару на заготовці (діаметром 50 мм) дисковою фрезою зі сталі Р6М5 товщиною 1,8 мм (фіг. 1, 2). На Фіг. 1 Схема заготовки сталі 12 × 1МФ для отримання стандартних зразків для хімічного та спектрального аналізу складу сталей та сплавів. Фіг. 2 Заготовки. Зробили 36 повздовжніх прорізів на глибину 4,8 мм. Потім заготовку піддали обточці на токарному верстаті зі швидкістю обертання шпинделя 140 об./хв. Отриману стружку використовували як дисперсний матеріал СЗ для хімічного аналізу, а моноліт (серцевину), що залишилася, - як монолітний матеріал СЗ для спектрального аналізу, з подальшою міжлабораторною атестацією вмісту легуючих елементів та домішок. Запропонований спосіб отримання СЗ складу сталей і сплавів за рахунок однорідності розмірного складу стружки, відсутності на ній кольорів мінливості і за рахунок однорідності фракційного складу забезпечує необхідний рівень хімічної однорідності СЗ для хімічного аналізу при одночасно високій хімічній однорідності СЗ для спектрального аналізу та максимального наближення хімічного складу матеріалу СЗ для хімічного аналізу до хімічного складу матеріалу СЗ для спектрального аналізу. Дослідження, проведені при отриманні стандартного зразка складу сталі 12 × 1МФ запропонованим способом в порівнянні з прототипом (таблиця 1, 2), показали, що вибір співвідношення між діаметром заготовки з прорізом до діаметра заготовки моноліту менше 1,1 є не ефективним через недостатній обсяг стружки, що використовується як дисперсний матеріал СЗ для хімічного аналізу. Збільшення цього співвідношення більше 1,4 також небажано, оскільки значне збільшення глибини прорізу від поверхні заготовки до її серцевини істотно змінює ширину виступу в цьому ж напрямку. Це приводить до неоднорідності фракційного складу матеріалу в процесі обточування, а, отже, до зміни неоднорідності його розмірного і хімічного складу. Таблиця 1 Порівняльні характеристики одержання стандартного зразка складу сталі 12 × 1МФ для хімічного аналізу № досл. 1 2 3 4 5 6 7 D прорізу D моноліту 1,07 1,10 1,25 1,27 1,40 1,43 прототип D D прорізу, моноліту, мм мм 43 44 50 38 42 43 40 40 40 30 30 30 30 Вихід Середня Ширина Кількість Фракція придатної швидкість прорізу, прорізів, стружки, мм фракції, обточки, мм шт. % об./хв. 1,8 36 0,31-0,6 0,5 140 1,8 36 0,6-1,0 90,5 140 1,8 36 0,6,-1,0 99,5 140 1,2 30 0,6-1,0 99,5 150 1,2 30 0,6-1,0 92,0 150 1,2 30 0,8-1,2 71,0 150 0,2-0,7 50 30 35 40 Крім цього, якщо неоднорідність фракційного складу в способі-прототипі змінюється (розміри частинок стружки від 0,315 до 1,0 мм) більше ніж в 3 рази, то однорідність часток за пропонованим способом практично відсутня. При цьому практично 100 % отриманої стружки використовується як дисперсний матеріал для СЗ для хімічного аналізу. Швидкість обточування в порівнянні з прототипом, завдяки періодичному охолодженню ріжучої кромки різця в зоні прорізу, можливо підвищити більш ніж в 3 рази. Для виконання прорізів на заготовках доцільно використовувати дискові прорізні фрези, ширина яких визначає ширину прорізу. Ширина останньої залежить від діаметра стандартного зразка моноліту і довжини кола заготовки з прорізом. Експериментально встановлено, що ширина прорізів в межах 1,2-1,8 мм, а їх число 2 UA 82932 U 30-60 є найбільш оптимальними для отримання високої однорідності матеріалу СЗ для хімічного аналізу. Таблиця 2 Результати хімічного аналізу матеріалу стандартного зразка сталі 12 × 1МФ, отриманого запропонованим способом Фракції, мм 0,315-0,6 0,6-1,0 5 10 15 Масова доля, % кремній марганець Вихід фракцій, % вуглець 0,5 Брак 0,110 0,110 99,5 0,111 0,109 Середнє 0,110 0,320 0,323 0,321 0,322 0,322 0,573 0,575 0,574 0,573 0,574 мідь сірка 0,146 0,145 0,146 0,145 0,146 0,0052 0,0052 0,0055 0,0054 0,0054 При цьому число прорізів оптимально, як з точки зору отримання фракційної однорідності матеріалу, так і зручності розмітки заготовки при підготовці її до виконання прорізів в послідовності 30, 36, 40, 45, 60, виходячи з діаметра кола в градусах. Таким чином, пропонований спосіб забезпечує рівень якості стандартних зразків хімічного складу сталей і сплавів для спектрального і хімічного аналізу значно вищий прийнятого як прототип, дозволяє максимально наблизити хімічний склад матеріалу СЗ для хімічного аналізу до хімічного складу матеріалу СЗ для спектрального аналізу і задовольняє метрологічним вимогам. Спосіб пройшов дослідне випробування на експериментальному обладнанні Приватного акціонерного товариства "Метал та Якість" та ДП "УкрНДІспецсталь" і дав позитивні результати. Промислове виробництво таких зразків в Україні відсутнє. Реалізація запронованого способу дасть можливість частково скоротити їх постачання із закордону. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Спосіб отримання стандартних зразків для хімічного та спектрального аналізу складу сталей і сплавів, що включає виплавку металу у вакуумній індукційній печі або іншим способом, який забезпечує високу якість металу зливка, наприклад електрошлакового переплаву, з видаленням головної і донної частини зливка при подальшій деформації металу до заготовок круглого перерізу з послідовним отриманням стандартного зразка, спочатку дисперсного подрібненого матеріалу у вигляді стружки, що одержана шляхом обточки поверхневого шару заготовки на токарному верстаті, для хімічного аналізу, а потім монолітного зразка із решти серцевини заготовки для спектрального аналізу, з атестацією контрольованих елементів, який відрізняється тим, що попередньо перед обточкою по колу заготовки на її поверхні дисковою фрезою або іншим інструментом виконують повздовжні прорізи на глибину діаметра монолітного стандартного зразка, причому співвідношення зовнішнього діаметра заготовки з прорізом до діаметра моноліту серцевини вибирають в межах 1,1-1,4, а ширину і число прорізів задають в залежності від діаметра стандартного зразка моноліту і необхідної дисперсності матеріалу зразка для хімічного аналізу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що необхідну ширину повздовжніх прорізів вибирають в межах 1,2-1,8 мм. 3. Спосіб за п. 1 і 2, який відрізняється тим, що число прорізів на заготовці задають в діапазоні 30-60. 3 UA 82932 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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