комплексная экзотермическая смесь

Формула изобретения

Комплексная экзотермическая смесь, содержащая металлический алюминий, фтористый кальций, окислы алюминия, ферротитан и угольную пыль, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит силикобарий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Металлический алюминий	25-38
Фтористый кальций	18-35
Окислы алюминия	6-13
Ферротитан	12-22
Силикобарий	8-17
Угольная пыль	1-5

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к комплексным экзотермическим смесям, используемым для внепечной обработки антифрикционных чугунов при производстве ответственных литых деталей двигателей.

Известна комплексная экзотермическая смесь (Патент Франции № 2 338 097, МПК B22D 7/00, 1977), содержащая, мас.%:

Металлический алюминий	10-40
Окислы алюминия, кальция и магния	10-80
Перлит и/или вермикулит	0-30
Древесная мука	5-30
Угольная пыль	0-5

Эта экзотермическая смесь не обладает достаточной интенсивностью протекания экзотермических реакций в железоуглеродистом расплаве, снижает упругопластические свойства и трещиностойкость чугунов в отливках, особенно, при высоком содержании древесной муки, перлита и окислов алюминия.

Известна также экзотермическая смесь с комплексным окислителем для литых деталей (Побежимов Г.Н., Маньков В.Г. - М.: Литейное производство, 1979, № 2. - С.17-18), содержащая от 21 до 25% алюминия, фторсодержащие соединения, окислы железа и марганца. Эта экзотермическая смесь не обеспечивает стабильных результатов при обработке чугуна и снижает жидкотекучесть и износостойкость чугуна.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является экзотермическая смесь (Патент RU № 2 376 101, МПК B22D 1/00, 2009, прототип), содержащая, мас.%:

Металлический алюминий	25-38
Фтористый кальций	18-35
Окислы алюминия	14-27
Силикокальций или ферротитан	12-25
Угольная пыль	1-5

При использовании этой экзотермической смеси при внепечной обработке чугуна в литых деталях достигаются следующие механические и технологические свойства:

Ударная вязкость, Дж/см2	11-13
Относительное удлинение, %	3,2-3,9
Дисперсность структуры, ПД	0,5-1,0
Склонность к трещинообразованию,
среднее количество трещин в технологической пробе	2,7-3,0
Износостойкость при сухом трении, мкм/км	0,31-0,45

Существенным недостатком этой смеси является то, что она не обеспечивает повышения упругопластических свойств, износостойкости и трещиностойкости антифрикционных чугунов в литых изделиях, что связано с недостаточной концентрацией в смеси модифицирующих компонентов и загрязнением расплава окислами.

Задачей данного технического решения является повышение трещиностойкости, износостойкости при сухом трении и упругопластических свойств обрабатываемых антифрикционных чугунов.

Поставленная задача решается тем, что комплексная экзотермическая смесь, содержащая металлический алюминий, фтористый кальций, окислы алюминия, ферротитан и угольную пыль, дополнительно содержит силикобарий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Металлический алюминий	25-38
Фтористый кальций	18-35
Окислы алюминия	6-13
Ферротитан	12-22
Силикобарий	8-17
Угольная пыль	1-5

Существенным отличием предложенной экзотермической смеси является введение в ее состав эффективной химически активной модифицирующей присадки - силикобария и снижение в составе смеси содержания окислов.

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 положительного эффекта, указанного в задаче изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение силикобария обусловлено тем, что он является эффективным химически активным экзотермическим и модифицирующим компонентом, оказывающим положительное влияние на термодинамические, термические и технологические параметры железоуглеродистого расплава, их однородность, что способствует повышению дисперсности структуры, трещиностойкости и упругопластических свойств чугунов в отливках.

При увеличении концентрации силикобария более 17% усиливается интенсивность протекания экзотермических реакций и повышаются кинетические параметры железоуглеродистого расплава, что увеличивает угар и безвозвратные потери металла, снижение стабильности состава чугуна и его износостойкости. При концентрации силикобария менее 8% технологические и упругопластические свойства чугуна в отливках недостаточны.

Введение металлического алюминия в количестве 25-38% и фтористого кальция в количестве 18-35% связано с их высокими термическими реакциями в железоуглеродистых расплавах, способностью хорошо раскислять металл и повышать его однородность, трещиностойкость и упругопластические свойства. Их содержание соответствует общепринятым нормам их концентраций при производстве экзотермических смесей для высокоуглеродистых литейных сплавов.

Снижение в составе смеси ферротитана до количества 22% и окислов алюминия до количества 6-13% усиливает интенсивность протекания экзотермических реакций и кинематические параметры железоуглеродистого расплава. При этом количество ферротитана ниже 12% и окислов алюминия ниже 6% снижают стабильность структуры, а при повышении их содержания выше верхних пределов соответственно 22% и 13% увеличивает угар расплава, снижаются однородность расплава, характеристики упругопластических свойств, износостойкости и трещиностойкости.

Угольная пыль в количестве 1-5% оказывает графитизирующее влияние при внепечной обработке, повышает температуру расплава, стабильность упругопластических и технологических свойств чугуна в отливках. Ее эффективность начинает сказываться с содержания 1%. При концентрации угольной пыли более 5% снижаются характеристики износостойкости и упругопластических свойств.

Для сравнения эффективности использования известной и предложенной экзотермических смесей проведена апробация их в производственных условиях при производстве ответственных литых деталей двигателей из антифрикционных чугунов.

Опытные плавки антифрикционного чугуна марки АЧС-3 проводили в индукционных тигельных печах с использованием в качестве шихтовых материалов чугунного лома марки 17А, стального лома марки 1А, литейного чугуна марки Л3, углеродистого феррохрома ФХ200, ферромарганца ФМн78, никеля марки НП3, ферротитана и других ферросплавов.

Комплексную экзотермическую смесь в виде цилиндрических прессованных таблеток вводили в раздаточные ковши при выпуске чугуна из печи с температурой 1380-1450°С.

В таблице 1 приведены составы комплексных экзотермических смесей, используемых для внепечной обработки чугунов опытных плавок.

Таблица 1
Соста-вы смесей	Содержание компонентов в экзотермических смесях, мас.%
	Металлический алюминий	Фтористый кальций	Окислы алюминия	Ферротитан	Силикобарий	Угольная пыль
1 (Изв.)	32	27	20	18	-	3
2	18	17	17	23	19	6
3	25	35	6	12	17	5
4	30	27	12	18	10	3
5	38	18	13	22	8	1
6	39	16	15	24	6	-

Для определения металлографической структуры, прочностных и технологических свойств чугунов отливали стандартные образцы для механических испытаний, спиральные технологические пробы, пробы трещиностойкость и отбел, а также детали двигателей.

Металлографические исследования и анализ дисперсности структуры чугуна проводили в соответствии с ГОСТ 3443-87, для определения ударной вязкости использовали образцы с размерами 10×10×55 мм. Определение трещиностойкости проводили на звездообразных технологических пробах диаметром 250 мм и высотой 140 мм.

Таблица 2
Смесь	Жидкотекучесть, мм	Дисперсность структуры, ПД	Относительное удлинение, %	Износостойкость, мкм/км	Ударная вязкость, Дж/см2	Трещиностойкость, Среднее количество трещин в технологической пробе
1 (Изв.)	595	1,0	3,6	0,32	12	3,0
2	590	1,0	3,8	0,31	13	3,0
3	612	0,5	5,5	0,28	15	1,5
4	625	0,3	7,0	0,25	16	1,0
5	620	0,5	6,8	0,26	14	2,0
6	605	0,5	5,2	0,30	12	2,5

В таблице 2 приведены технологические и механические свойства чугунов, полученных после внепечной обработки экзотермическими смесями известного и предложенного состава, а также анализ структур и свойств чугунов в отливках.

Как видно из таблицы 2, предложенная экзотермическая смесь обеспечивает более высокие характеристики износостойкости, ударной вязкости, относительного удлинения и меньшую склонность к трещинообразованию, чем известная.