Модифицирование чугунов отходами титано-магниевого производства

Вільчек А.І., Сидоренко М.В., Шевченко С.Н. Дослідження впливу типу масла на контактну витривалість цементувальних сталей

Отримано характеристики контактної витривалості сталей 12Х2НВФА і 13Х3НВМ2Ф при різних видах хіміко-термічної обробки і різних типах масел.

Ключові слова: контактна витривалість, цементовувані сталі, цементація, масло.

Vil’chek О., Sidorenko M., Shevchenko S. Research of oil type effect on contact resistance of case-hardened steels

Data of contact resistance of 12Х2НВФА and 13Х3НВМ2Ф steels under various kinds of chemicothermal processing and different types of oils are obtained.

Key words: contact resistance, case-hardened steels, cementation, oil.

УДК 669-14 Канд. техн. наук В. А. Федьков1, А. В. Федьков2, Є. И. Меняйло1, В. И. Минакова1

1 Национальный технический университет, 2 ОАО «Запорожсталь»;

г. Запорожье

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЧУГУНОВ ОТХОДАМИ ТИТАНОМАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Изучена, разработана и предложена рациональная экономичновыгодная технология эффективного модифицирования чугунов, позволившая повысить механические и специальные свойства чугунов.

Ключевые слова: модифицирование, чугун, пластинчатый графит, структура, сплав, износостойкость, отходы.

По принятой на отечественных титано-магниевых предприятиях технологии хлорирования титановых шлаков образуется 0,2-0,3 тонны твердых хлоридных отходов (пыли, отработанных расплавов) на каждую тонну получаемого тетрахлорида титана. В отработанных отходах содержатся элементы, которые могут быть хорошими раскислителями, модификаторами, микролегирующими элементами для всех литейных сплавов.

С хлоридными отходами безвозвратно теряются эти ценные элементы и 15-20 % хлора от общего количества, расходуемого на хлорирование при производстве титана и магния.

Эти отходы на предприятиях не перерабатываются и не применяются и как вредные выбросы транспортируются в отвалы как в твердом, так и жидком виде, при этом происходит загрязнение ценной земли и окружающей среды.

Научно-исследовательским и проектным институтом титана (г. Запорожье) разработана схема магниетермического восстановления хлоридных отходов, позволившая получить из них два основных продукта: полиметаллические порошки-полимодификаторы (ПМ) и хлормагниевые соли-хлориды (ХЛ).

В качестве исходного сырья для получения этих товарных продуктов использовали хлоридные твердые отходы Запорожского (ЗТМК, Украина) и Березниковского (БТМК, Россия) титано-магниевых комбинатов (таблица 1).

Химический состав полимодификаторов (ПМ) -(таблица 2) зависит от химического состава хлоридных отходов - ХЛ и соответствует нумерации таблицы 1.

Анализ состава полимодификаторов (ПМ) (таблица 2) и хлоридных отходов (ХЛ) - (таблица 1) показал, что наличие в них нитридо- и карбидообразующих элементов (титана, ванадия, хрома, ниобия, марганца, тантала и др.) должно положительно отразиться на прочностных показателях литейных сплавов за счет легирования и модифицирования твердого раствора, а присутствие поверхностно активных элементов, таких как алюминий, магний, кальций, калий, натрий и хлор, положительно скажется на показателях пластичности, вязкости и содержания газов в металле.

В связи с вышеизложенным представляло большой интерес изучение влияния полимодификаторов (ПМ) и хлоридных отходов (ХЛ) на свойства серого чугуна (СЧ18) и износостойкого высокохромистого чугуна (250Х25Т).

Опытно-промышленные плавки проводили в условиях литейного цеха Запорожского огнеупорного завода в дуговой печи емкостью 0,5 т (ДСП-0,5) с основной футеровкой. Хлоридные отходы и полиметаллические порошки задавали на дно ковша, прогретого до (600-700) °С, в виде кусков полимодификато-ров-ПМ и хлоридов-ХЛ или брикетов ПМ и хлоридов (ХЛ), при этом в ковше удалялась вся влага из ПМ и хлоридов (ХЛ).

© В. А. Федьков, А. В. Федьков, Є. И. Меняйло, В. И. Минакова, 2011

ISSN 1607-6885 Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні №1, 2011

85

Таблица 1 - Химический состав хлоридных отходов титано-магниевого производства

№ состава Наименование отходов Массовая доля, %

О н О и О О и ю чс О м О О О О О £ У О О о § н О и О

1 БТМК: Плав-1 9,71 0,21 3,02 31,05 27,16 1,54 1,58 2,93 0,84 - 19,31 1,35 0,55 0,11 0,009

2 Плав-2 8,16 0,45 2,04 7,84 27,96 3,01 0,97 2,3 0,57 - 23,1 0,89 1,98 0,08 0,018

3 Отрабо- танный расплав 4,16 16,65 2,9 0,9 6,14 8,85 4,46 7,58 4,47 - 35,87 2,02 0,13 0,05 0,021

4 ЗТМК: Отрабо- танный расплав 3,9 12,5 2,0 0,5 1,4 8,6 3,0 14,0 3,0 30,8 14,6 3,0 - - 0,025

5 Плав-1 13,3 0,3 2,7 30,0 31,2 1,0 1,4 1,1 0,39 19,5 2,95 0,53 1,33 0,032 0,008

Таблица 2 - Химический состав полиметаллических порошков

№ состава Обозначение полимодификатора Массовая доля, %

А1 Ті гг Мв V Са ЫЬ+Та Мп Сг Си Бе

1 ПМ1 13,2 20,3 4,2 2,5 3,7 0,5 0,3 1,2 1,7 11,1 ост

2 ПМ2 13,6 9,0 4,4 17,3 0,7 0,6 0,75 0,85 1,3 0,9 ост

3 ПМ3 5,5 7,0 0,5 17,9 0,3 1,9 0,47 3,0 2,5 4,0 ост

4 ПМ4 12,0 18,0 0,2 15,2 0,85 0,25 - 0,5 2,2 0,2 ост

5 ПМ5 11,6 5,0 0,1 8,6 20,4 0,3 0,8 10,8 0,2 ост

Таблица 3 - Влияние хлоридных отходов (ХЛ) и полиметаллических порошков (ПМ) на свойства серого чугуна СЧ18

Присадка модификатора, % Содержание газов Содержание S, % Плот- ность, г/см3 Жидкоте-кучесть, мм Механические свойства

[О], % [Ы], % [Н], см3/100 г Ов, МПа Оu, МПа НВ Стрела прогиба / мм

0 0,0032 0,0095 3,97 0,0086 7,0330 830 185 365 205 2,6

0,8-1,2 ПМ 0,0021 0,0090 3,0 0,0600 7,1140 1250 245 485 225 3,8

1,8-2,2 ХЛ 0,016 0,0088 2,5 0,055 7,1151 1280 255 495 224 3,9

Таблица 4 - Влияние полимодификатора (ПМ) и хлоридных отходов (ХЛ) на свойства чугуна 250Х25Т

Присадка модификатора, % Содержание газов Содер- жание 5, % Механические свойства Относительная абразивная износо- стойкость Окалино- стойкость, мг/м2ч

[О], % [Ы], % [Н], см3/100 г ов, МПа Жс* Стрела прогиба /, мм

0 0,0080 0,0028 5,2 0,055 655 56 2,2 1,00 0,085

1,2—1,5 ПМ 0,0061 0,0022 4,1 0,040 775 61,5 2,8 1,40 0,065

2,2-2,5 ХЛ 0,0051 0,0020 3,5 0,025 775 62,5 3,4 1,42 0,055

Примечание: * — твердость НЯС после нормализации.

Высокие механические и специальные свойства высокопрочного чугуна 250Х25Т модифицированного ПМ и хлоридами ХЛ получены за счет снижения содержания серы, образования в структуре вокруг зерен каркаса мелкодисперсных прочных твердых кар-бонитридных включений (таблица 4).

Уменьшение содержания газов во всех литейных сплавах можно объяснить присутствием в модификаторе высокоактивных элементов алюминия, титана, тантала, кальция, калия, натрия, ниобия, хлора и др.

Проведенные исследования показали, что полимодификатор (ПМ) и хлориды (ХЛ) являются универсальными, которые наряду с повышением пластических показателей обеспечили одновременно повышение прочности и других специальных свойств.

Необходимо отметить, что широкое использование хлоридных отходов для модифицирования требует надежной вентиляции ввиду большого выделения хлора вследствие диссоциации хлоридов.

Применение хлоридных отходов (ХЛ) и полимодификатора (ПМ), простота технологии их изготовления, а также универсальность их действия - перспективное направление в повышении физико-механических и эксплуатационных свойств чугунного литья.

Одержано 13.12.2010

Фєдьков В.О., Фєдьков О.В., Міняйло В.І., Мінакова В.І. Модифікування чавунів відходами титаномагнієвого виробництва

Вивчено, розроблено і запропоновано раціональну економічновигідну ефективну технологію модифікування чавунів, що дозволило підвищити механічні і спеціальні властивості чавунів.

Ключові слова: модифікування, чавун, графіт пластівчатий, структура, сплав, зносостійкість, відходи.

Fed’kov V., Fed’kov A., Menyajlo Ye., Minakova V. Iron cast modification with titanium-magnesium production

A rational cost-effective technology of cast iron advantageous modification was offered and developed. This technology allows to increase mechanical and special properties of cast iron.

Key words: modification, cast iron, flaked graft, structure, alloy, wear-resistance, waste products.

УДК 621(07)+669 Канд. техн. наук С. М. Кучма, канд. экон. наук А. М. Зинченко, С. Ю. Стародубов

Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРУТКОВ МАЛОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ СПЛАВА 44НХМТ С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Предложен новый технологический метод получения прутков малого сечения из элинварного сплава 44НХМТ с использованием термомеханической обработки. Исследовано влияние динамического старения на физикомеханические и термоупругие свойства полученных прутков. Определен режим термомеханической обработки, обеспечивающий оптимальный комплекс требуемых термоупругих свойств.

Ключевые слова: элинвар, динамическое старение, термоволочильная установка, добротность, температурный коэффициент частоты.

© С. М. Кучма, А. М. Зинченко, С. Ю. Стародубов, 2011

ISSN 1607-6885 Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні №1, 2011 87

Установлено, что наиболее высокие показатели свойств чугунов обеспечивали хлоридные отходы (ХЛ) составов 2 и 5 (см. табл. 1) и полимодификаторов составов ПМ2 и ПМ5 (см. табл. 2). При этом оптимальные присадки ПМ и хлоридных отходов ХЛ составляли соответственно 0,8-1,2 % ПМ и 1,8-2,2 % ХЛ для серого чугуна СЧ18 (таблица 3); 1,2-1,5 % ПМ и 2,0-2,5 % ХЛ для износостойкого чугуна 250Х25Т (таблица 4).

Повышение свойств серого чугуна происходило за счет измельчения, равномерного распределения графитовых включений в объеме отливки (из-за присутствия А1, V, 2г, И как модификаторов II рода), их перехода из пластинчатой формы в вермикулярную, уменьшения содержания газов и серы (из-за присутствия М^, Са, К, № и С1 как модификаторов I рода), измельчения макро- и микроструктуры (из-за присутствия модификаторов I и II рода), а также увеличения в структуре перлитной составляющей за счет присутствия в модификаторах перлитизаторов (Сг, Мп).

Влияние полимодификаторов (ПМ) и хлоридных отходов (ХЛ) на свойства износостойкого хромистого чугуна 250Х25Т показано в таблице 4.