КОМПЛЕКСНАЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ
COMPLEX EXOTHERMIC MIXTURE

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к экзотермическим смесям, используемым для внепечной обработки антифрикционных чугунов.
Известна экзотермическая смесь (а.с. СССР №608608, МПК В22D 7/06, 1978), содержащая, мас.%: материал на основе оксидов железа 25-50; хромовая руда 5-25; алюминиевый порошок 10,5-18; материал на основе углерода 5-12; глина огнеупорная 5-10; огнеупорный наполнитель 3-25 и связующее 5-10. Известная смесь имеет недостаточную стабильность процесса протекания термохимических реакций и не обеспечивает при внепечной обработке литейных Fe-C сплавов существенного повышения температуры, износостойкости и выхода годного. Высокое содержание в известной смеси хромовой руды, огнеупорного наполнителя, оксидов железа и огнеупорной глины снижает рафинирующий и модифицирующий эффекты, механические, технологические и антифрикционные свойства сплавов.
Известна также комплексная экзотермическая смесь (патент Франции №2338097, МПК В22D 7/00, 1977), содержащая, мас.%:
Металлический алюминий
10-40
Оксиды алюминия, кальция или магния
10-80
Перлит и/или вермикулит
0-30
Древесная мука
5-30
Угольная пыль
0-5
Данная комплексная экзотермическая смесь вызывает интенсивное протекание экзотермических реакций и повышение температуры расплава, но снижает технологические и антифрикционные свойства Fe-C сплавов.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенной является комплексная экзотермическая смесь (патент РФ №2376101, МПК В22D 1/00, 2009, прототип), содержащая, мас.%:
Металлический алюминий
25-38
Фтористый кальций
18-35
Оксиды алюминия
14-27
Силикокальций или ферротитан
12-25
Угольная пыль
1-5
При внепечной обработке антифрикционных Fe-C сплавов различными формованными модифицирующими таблетками, экзотермическими вкладышами и прессованными брикетами, изготовленными из этой комплексной экзотермической смеси, происходит интенсивное протекание экзотермических реакций, повышение жидкотекучести и температуры расплавов, повышение трещиностойкости отливок и выхода годного (для чугунов до 63-67%, для литейных сталей - до 44-50%). Однако при этом отмечается недостаточное микролегирующее влияние смеси, снижение износостойкости и антифрикционных свойств сплавов, что особенно наблюдается при повышенных концентрациях силикокальция, фтористого кальция и оксидов алюминия.
Задача изобретения - повышение износостойкости и антифрикционных свойств обрабатываемых сплавов.
Поставленная задача решается тем, что комплексная экзотермическая смесь, содержащая металлический алюминий, фтористый кальций, ферротитан и угольную пыль, дополнительно содержит окислы меди и азотированный ферромарганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Металлический алюминий
25-38
Ферротитан
12-25
Фтористый кальций
11-17
Окислы меди
14-27
Азотированный ферромарганец
7-18
Угольная пыль
1-5
Дополнительное введение окислов меди обусловлено тем, что они являются эффективными химически активными экзотермическими и модифицирующими добавками, оказывающими положительное влияние на температурные, термодинамические и технологические параметры железоуглеродистых расплавов, их однородность и дисперсность структуры, износостойкость, коэффициент трения и другие антифрикционные свойства сплавов. При увеличении их содержания более 27% усиливается интенсивность протекания экзотермических реакций и повышаются кинетические параметры расплавов, что увеличивает угар металла и снижение однородности и износостойкости сплава в отливках. При концентрации окислов меди менее 14% их модифицирующий эффект, технологические и антифрикционные свойства сплавов в отливках недостаточны.
Дополнительное введение азотированного ферромарганца в количестве 7-18% обусловлено тем, что он является эффективной микролегирующей и модифицирующей добавкой, оказывающей положительное влияние на дисперсность структуры и технологические параметры железоуглеродистых сплавов, износостойкость, коэффициент трения и другие антифрикционные свойства. При увеличении его содержания более 18% уменьшаются кинетические параметры расплавов, что вызывает снижение жидкотекучести металла, однородности и износостойкости сплава в отливках. При концентрации его менее 7% микролегирующий и модифицирующий эффекты недостаточны, а дисперсность структуры, выход годного, технологические и антифрикционные свойства сплавов в отливках низкие.
Для сравнительных испытаний эффективности известной и предложенной комплексных экзотермических смесей проведена их апробация в производственных условиях при выплавке в тигельных индукционных печах и последующей внепечной обработке модифицированных антифрикционных чугунов. В табл.1 приведены составы комплексных экзотермических смесей, используемых для внепечной обработки.
Определение трещиностойкости сплавов (по среднему количеству трещин в пробе) проводили на звездообразных 250 мм технологических пробах высотой 140 мм, жидкотекучести - на спиральных технологических пробах, а прочностных свойств - по ГОСТ 1497-84 на образцах диаметром 14 мм с расчетной длиной 70 мм. Для определения ударной вязкости использовали образцы 10×10×55 мм. Металлографические исследования и анализ дисперсности структуры чугуна проводили в соответствии с ГОСТ 3443-87.
Опытные плавки антифрикционного чугуна АЧС-3 проведены в тигельных индукционных печах с использованием в качестве шихтовых материалов литейных чугунов Л3 и Л5, чугунного лома марки 17А, стального лома 1А, углеродистого феррохрома, никеля НПЗ, ферромарганца ФМн 75. При выпуске чугуна в ковш его температура составляла 1380…1410°С. Содержание компонентов в чугуне перед обработкой смесью, мас.%: углерод 3,5-3,6; кремний 2,3-2,5; марганец 0,5; никель 0,2; медь 0,5; хром 0,03; фосфор 0,05; сера 0,02 и железо - остальное.
Комплексные экзотермические смеси в бумажных пакетах или в прессованных цилиндрических таблетках диаметром 50 мм и высотой 50 мм вводили на дно чайникового ковша перед заливкой чугуна. Заливку чугуна с температурой 1370-1400°С производили в песчано-глинистые формы для получения технологических проб, отливок типа втулок и образцов для механических испытаний.
В табл.2 приведены технологические свойства антифрикционных чугунов, полученных после внепечной обработки известной и предложенными составами экзотермических смесей.
Апробация в производственных условиях показала, что предложенная комплексная экзотермическая смесь является эффективной химически активной и микролегирующей добавкой при внепечной обработке и оказывает положительное влияние на износостойкость, антифрикционные свойства, температурные и технологические параметры антифрикционных сплавов, способствует повышению твердости, трещиностойкости и выхода годного в большей степени, чем известная.
Таблица 1
Составы смесей
Содержание компонентов в экзотермических смесях, мас.%
Металлический алюминий
Фтористый кальций
Окислы меди
Азотированный ферромарганец
Ферротитан
Угольная пыль
Оксиды алюминия
1 /Известная/
29,3
28
-
-
17
4
21,7
2
22,3
18
28
5
19,7
7
-
3
38
11
27
7
12
5
-
4
32
14
20
13
17
4
-
5
25
17
14
18
25
1
-
6
43
7
10
9,5
30
0,5
-
Таблица 2
Смесь
Твердость, НВ
Выход годного литья
Трещиностойкость, количество трещин в технологической пробе
Коэффициент трения
Средний износ, мг/гс
Ударная вязкость, Дж/см<sup>2</sup>
1 /Известная/
165
66
3,4
0,38
28
12
2
167
68
3,0
0,37
25
14
3
180
71
2,3
0,35
22
17
4
188
74
2,5
0,32
18
21
5
175
72
2,9
0,33
21
19
6
172
69
3,2
0,36
23
15