RU2588974C2 - Complex exothermic mixture - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and can be used for secondary processing of antifriction cast irons. Exothermic mixture contains, wt %: metal aluminium 25-38, calcium fluoride 18-35, ferrotitanium 12-22, silico-barium - 8-17, cerium 6-13, coal dust 1-5.

EFFECT: increased elastoplastic properties and impact fatigue durability of antifriction cast irons.

1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к комплексным экзотермическим смесям, используемым для внепечной обработки антифрикционных чугунов при производстве ответственных деталей двигателей.The invention relates to the field of foundry, in particular to complex exothermic mixtures used for out-of-furnace treatment of antifriction cast irons in the production of critical engine parts.

Известна комплексная экзотермическая смесь (патент Франции №2338097, МПК B22D 7/00, 1977), содержащая мас. %:Known complex exothermic mixture (French patent No. 2338097, IPC B22D 7/00, 1977) containing wt. %:

Металлический алюминийMetal aluminum 10-4010-40 Окислы алюминия, кальция и магнияOxides of aluminum, calcium and magnesium 10-8010-80 Перлит и/или вермикулитPerlite and / or vermiculite 0-300-30 Древесная мукаWood flour 5-305-30 Угольная пыльCoal dust 0-50-5

Эта экзотермическая смесь не обладает достаточными характеристиками интенсивности протекания экзотермических реакций в железоуглеродистом расплаве, модифицирующей способности и снижает антифрикционные свойства чугуна, что особенно отличается при высоком содержании древесной муки, перлита и окислов.This exothermic mixture does not have sufficient characteristics of the intensity of exothermic reactions in the iron-carbon melt, modifying ability and reduces the antifriction properties of cast iron, which is especially different with a high content of wood flour, perlite and oxides.

Известна также экзотермическая смесь (патент RU №2376101, МПК B22D 1/00, 2009), содержащая, мас. %:Also known exothermic mixture (patent RU No. 2376101, IPC B22D 1/00, 2009), containing, by weight. %:

Металлический алюминийMetal aluminum 25-3825-38 Фтористый кальцийCalcium fluoride 18-3518-35 Окислы алюминияOxides of aluminum 14-2714-27 Силикокальций или ферротитанSilicocalcium or Ferrotitanium 12-2512-25 Угольная пыльCoal dust 1-51-5

Существенными недостатками известной смеси являются низкие упругопластические свойства, недостаточная дисперсность структуры и износостойкость обрабатываемого чугуна в отливках.Significant disadvantages of the known mixture are low elastoplastic properties, insufficient dispersion of the structure and wear resistance of the treated cast iron in castings.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является комплексная экзотермическая смесь (патент RU 2517083, МПК B22D 1/00, 2014), содержащая, мас. %:The closest in technical essence and the achieved effect is a complex exothermic mixture (patent RU 2517083, IPC B22D 1/00, 2014), containing, by weight. %:

Металлический алюминийMetal aluminum 25-3825-38 Фтористый кальцийCalcium fluoride 18-3518-35 Окислы алюминияOxides of aluminum 6-136-13 ФерротитанFerrotitanium 12-2212-22 СиликобарийSilicobarium 8-178-17 Угольная пыльCoal dust 1-51-5

При использовании этой смеси для внепечной обработки антифрикционного чугуна достигаются следующие свойства:When using this mixture for out-of-furnace treatment of antifriction cast iron, the following properties are achieved:

Относительное удлинение, %Relative extension, % 3,5-3,83,5-3,8 Износостойкость, мкм/кмWear resistance, mkm / km 0,25-0,280.25-0.28 Ударная вязкость, Дж/см² Impact strength, J / cm ² 14-1614-16 Трещиностойкость (среднее количествоCrack resistance (average amount   трещин в пробе), шт.cracks in the sample), pcs. 2,7-3,02.7-3.0 Жидкотекучесть, ммFluidity, mm 612-625612-625 Ударно-усталостная долговечность, тыс. цикловImpact-fatigue life, thousand cycles 10,5-1210.5-12

Недостатком этой смеси является то, что она не обеспечивает существенного повышения упругопластических свойств и ударно-усталостной долговечности антифрикционных чугунов в литых изделиях. При этом окислы загрязняют расплав.The disadvantage of this mixture is that it does not provide a significant increase in the elastoplastic properties and impact fatigue life of antifriction cast irons in cast products. Oxides pollute the melt.

Задачей данного технического решения является повышение упругопластических свойств и ударно-усталостной долговечности антифрикционного чугуна в литых изделиях.The objective of this technical solution is to increase the elastoplastic properties and impact fatigue life of antifriction cast iron in cast products.

Поставленная задача решается тем, что комплексная экзотермическая смесь, содержащая металлический алюминий, фтористый кальций, ферротитан, силикобарий и угольную пыль, дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас. %:The problem is solved in that the complex exothermic mixture containing aluminum metal, calcium fluoride, ferrotitanium, silicobarium and coal dust, additionally contains cerium in the following ratio of components, wt. %:

Металлический алюминийMetal aluminum 25-3825-38 Фтористый кальцийCalcium fluoride 18-3518-35 ФерротитанFerrotitanium 12-2212-22 СиликобарийSilicobarium 8-178-17 ЦерийCerium 6-136-13 Угольная пыльCoal dust 1-51-5

Существенным отличием предложенной экзотермической смеси является введение в ее состав эффективной модифицирующей и сфероидизирующей добавки - церия и исключение окислов алюминия.A significant difference between the proposed exothermic mixture is the introduction of an effective modifying and spheroidizing additive, cerium, and the exclusion of aluminum oxides.

Дополнительное введение церия обусловлено тем, что он является эффективным модифицирующим компонентом, способствующим сфероидизации структурных составляющих при кристаллизации чугуна, повышению ударной вязкости и ударно-усталостной долговечности. При содержании в смеси до 6% церия его влияние проявляется недостаточно и он полностью угорает при внепечной обработке чугуна. При концентрации церия более 13% снижаются характеристики износостойкости, твердости и ударно-усталостной долговечности.The additional introduction of cerium is due to the fact that it is an effective modifying component that contributes to spheroidization of structural components during crystallization of cast iron, increase in toughness and shock fatigue life. When the content in the mixture is up to 6% cerium, its effect is not enough manifested and it is completely extinct during out-of-furnace cast iron processing. At a cerium concentration of more than 13%, the characteristics of wear resistance, hardness and shock-fatigue life are reduced.

Введение металлического алюминия в количестве 25-38% и фтористого кальция в количестве 18-35% связано с их высокими термическими реакциями в железоуглеродистых расплавах, хорошей раскисляющей способностью, что способствует повышению однородности структуры чугуна в отливках и упругопластических свойств. Их содержание соответствует общепринятым нормам их концентраций при производстве антифрикционного чугуна.The introduction of aluminum metal in an amount of 25-38% and calcium fluoride in an amount of 18-35% is associated with their high thermal reactions in iron-carbon melts, good deoxidizing ability, which helps to increase the uniformity of the structure of cast iron in castings and elastoplastic properties. Their content complies with generally accepted standards for their concentrations in the production of antifriction cast iron.

Ферротитан в количестве 12-22% и селикобарий в количестве 8-17% заметно усиливают протекание экзотермических реакций в расплавах с повышением их кинетических параметров. При повышении их концентраций выше верхних значений увеличивается угар металла, происходит снижение его однородности и механических свойств. При снижении концентраций ферротитана менее 12% и силикобария менее 8% кинетические параметры обрабатываемого расплава недостаточны и упругопластические свойства чугуна снижаются.Ferrotitanium in an amount of 12-22% and selicobarium in an amount of 8-17% markedly enhance the course of exothermic reactions in melts with an increase in their kinetic parameters. With an increase in their concentrations above the upper values, the burning of the metal increases, and its uniformity and mechanical properties decrease. With a decrease in the concentrations of ferrotitanium less than 12% and silicobarium less than 8%, the kinetic parameters of the processed melt are insufficient and the elastoplastic properties of cast iron are reduced.

Угольная пыль в количестве 1-5% оказывает графитизирующее влияние при внепечной обработке, повышает температуру расплава, стабильность структуры, ударную вязкость и ударно-усталостную долговечность чугуна в отливках. Ее эффективность уже начинает сказываться с концентрации 1%. При концентрации угольной пыли более 5% снижаются характеристики износостойкости и упругопластических свойств.Coal dust in the amount of 1-5% has a graphitizing effect during out-of-furnace treatment, increases the melt temperature, structure stability, toughness and impact fatigue durability of cast iron. Its effectiveness is already beginning to affect with a concentration of 1%. When the concentration of coal dust is more than 5%, the characteristics of wear resistance and elastoplastic properties are reduced.

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент не известны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата, указанного в изобретении. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.The analysis of the proposed technical solution showed that at the moment there are no known technical solutions that would reflect the indicated differences. In addition, these features are necessary and sufficient to achieve the technical result specified in the invention. This allows us to conclude that these differences are significant.

Для сравнения эффективности использования известной и предложенной комплексных экзотермических смесей проведена их апробация в производственных условиях при изготовлении ответственных литых деталей двигателей из антифрикционного чугуна марки АЧС-3.To compare the efficiency of using the known and proposed complex exothermic mixtures, they were tested under production conditions in the manufacture of critical cast parts of engines from anti-friction cast iron of the AChS-3 brand.

Опытные плавки антифрикционного чугуна марки АЧС - 3 проводили в индукционных тигельных печах с использованием литейных чугунов Л2 и Л3, чугунного лома 17А, стального лома марки 1А, углеродистого феррохрома ФХ800, ферромарганца ФМн78, полуфабрикатного никеля НПЗ, ферросилиция и других ферросплавов. Комплексные экзотермические смеси в виде прессованных таблеток цилиндрической формы вводили в раздаточные ковши при выпуске чугуна из печи с температурой 1370-1400°C.Experimental melts of anti-friction cast iron of the ASF-3 brand were carried out in induction crucible furnaces using cast iron L2 and L3, cast iron scrap 17A, steel scrap grade 1A, carbon ferrochrome ФХ800, ferromanganese FMN78, prefabricated nickel refineries, ferrosilicon and other ferrosilicon and other ferrosilicon. Complex exothermic mixtures in the form of cylindrical extruded tablets were introduced into the dispensing ladles when cast iron was exhausted from a furnace with a temperature of 1370-1400 ° C.

В таблице 1 приведены составы комплексных экзотермических смесей, используемых для внепечной обработки антифрикционных чугунов опытных плавок.Table 1 shows the compositions of complex exothermic mixtures used for out-of-furnace treatment of antifriction cast irons of experimental melts.

Для определения механических, технологических и эксплуатационных свойств антифрикционного чугуна в отливках отливали стандартные образцы для механических испытаний, технологические пробы и детали двигателя.To determine the mechanical, technological and operational properties of antifriction cast iron, standard samples for mechanical tests, technological samples, and engine parts were cast in castings.

Определение ударной вязкости проводилось на копре на образцах с размерами 10×10×55 мм типа 8 по методике в соответствии с ГОСТ 9454, а ударно-усталостные испытания на машине модели УРМ-200М.The impact toughness was determined on a copra on samples with dimensions of 10 × 10 × 55 mm of type 8 according to the method in accordance with GOST 9454, and impact and fatigue tests on a machine model URM-200M.

Определение трещиностойкости проводилось на звездообразных технологических пробах диаметром 250 мм и высотой 140 мм.Determination of crack resistance was carried out on star-shaped technological samples with a diameter of 250 mm and a height of 140 mm.

В таблице 2 приведены технологические и механические свойства чугунов, полученных после внепечной обработки с использованием известной и предложенной комплексных экзотермических смесей.Table 2 shows the technological and mechanical properties of cast irons obtained after out-of-furnace treatment using the known and proposed complex exothermic mixtures.

Как видно из таблицы 2, предложенная экзотермическая смесь обеспечивает более высокие характеристики упругопластических свойств и ударно-усталостной долговечности антифрикционных чугунов, чем известные.As can be seen from table 2, the proposed exothermic mixture provides higher characteristics of elastoplastic properties and impact fatigue life of antifriction cast irons than known.

Claims (1)

Комплексная экзотермическая смесь, содержащая металлический алюминий, фтористый кальций, ферротитан, силикобарий и угольную пыль, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Металлический алюминий 25-38 Фтористый кальций 18-35 Ферротитан 12-22 Силикобарий 8-17 Церий 6-13 Угольная пыль 1-5 Complex exothermic mixture containing aluminum metal, calcium fluoride, ferrotitanium, silicobarium and coal dust, characterized in that it additionally contains cerium in the following ratio, wt.%:
Metal aluminum 25-38 Calcium fluoride 18-35 Ferrotitanium 12-22 Silicobarium 8-17 Cerium 6-13 Coal dust 1-5