220121, а/я 184, г. Минск,
ул. Притыцкого, 62-4-208 Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

по всем вопросам:

+ 375 17 363-92-94, 369-45-01

“Способ науглероживания железоуглеродистого сплава наноструктурированными модификаторами”

Получение чугуна с высоким содержанием углерода путем науглероживания наноструктурами

Высокопрочный чугунИзобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к чугунному литью и способам получения высокопрочного чугуна с высоким содержанием углерода.

Полученная нами технология может быть использована при литье  высокопрочных чугунных отливок для автокомпонентов, сочетающих повышенные физико-механические и технологические свойства. Изобретение направлено на получение железоуглеродистого сплава (высокопрочного чугуна) с высокими физико-механическими свойствами (предел прочности при растяжении, относительное удлинение), высокой степенью науглероживания, длительным эффектом сохранения степени науглероживания, отсутствием пироэффекта, улучшением экологии производства высокопрочного чугуна. 

Технология науглероживания чугуна (железоуглеродистого сплава) включает в себя выплавку чугуна в электродуговых, индукционных печах и газовых вагранках с копильником, ввод инжекционным способом по зеркало металла науглероживателя (модификатора) с наноструктурами графита (размер до 100 нм) в количестве 0,0001 – 0,01 %, расположенных на поверхности граней (плоскостей) углеродсодержащего материала (фракция от 0,05 мм до 10,00 мм).

Найденная технология позволяет получить чугун с высоким содержанием углерода в электродуговых, индукционных печах и газовых вагранках с копильником.

Существуют различные технологии для литья высокопрочного чугуна, которые позволяют  науглероживать чугун с различной эффективностью. Например, метод пролива расплава через слой вращающего науглероживателя (патент RU 2191832 с21 c1/08) с целью максимального контакта жидкого металла с частичками карбюризатора. Но наиболее близким по размерности науглероживающего компонента, является (Патент RU 2196187, с22 с33/ c 21 c5/00). Известный способ предлагает науглероживание сажей с размерами частиц 10-5 – 10-7 см в количествах 0,01 – 2, 14 %, с последующим раскислением, обработку сплава давлением, многоступенчатой системой охлаждения при кристаллизации железоуглеродистого сплава. Среди его недостатков - сложность технологического процесса и высокие затраты на исполнение. Проблемным является ввод в расплав дисперсного, легко возгоняемого горячими воздушными потоками сажи, фракцией 10-5 – 10-7 см, что не обеспечивает стабильность всего технологического процесса.

Производство чугуна с высоким содержанием углеродаИзобретенный нами Способ науглероживания железоуглеродистого сплава наноструктурированными модификаторами направлен на создание устойчивого науглероживания железоуглеродистых сплавов наноструктурированными модификаторами (науглероживателями). Отличающиеся высокой степенью усвоения углерода при литье высокопрочного чугуна в широком диапазоне температур (1350 – 1650 ºС), длительным эффектом сохранения степени науглероживания, отсутствием пироэффекта, улучшением экологии производства чугуна.

         Для реализации поставленных задач предлагается вариант науглероживания железоуглеродистого сплава, включающий выплавку исходного расплава в электродуговых, индукционных печах и газовых вагранках с копильником, последующий ввод в расплав металла наноструктурированного модификатора (науглероживателя) инжекционным методом в струе инертного газа-носителя.

         Способ науглероживания железоуглеродистых сплавов основан на применении наноструктурированного модификатора (науглероживателя). Механизм действия наноструктурированного модификатора заключается  в том, что при попадании частицы науглероживателя в расплав чугуна наноструктурированные элементы (нанокластеры) под действием термических напряжений отделяются от носителя (матрицы) и формируют зародыш кристаллизации графитного включения. При этом имеет место существование кластерного механизма зарождения и роста мелких кристаллов из расплава. Основа этого механизма заключается в бикластерных реакциях для кристаллизации:

 где  – кластер в составе жидкой фазы; 2 – элементарный кристалл, полученный при срастании двух кластеров;  – кристалл срастания i – кластеров.

Литье чугуна экономичным науглероживанием         Механизм роста кристаллов за счет присоединения мелких кристаллов к более крупным кристаллам характерен для условий медленного роста при наличии малого переохлаждения и  твердо-жидкой зоны в отливках, что наиболее характерно для сплавов, кристаллизующихся в условиях массового зарождения центров кристаллизации, именно конкурентный механизм роста отвечает за их срастание и укрупнение первичной кристаллической структуры отливок. Введение в железоуглеродистый сплав наноструктурированных частиц (до 100 нм) в количестве 0,0001 – 0,01 % в сочетании с частицами размером от 0,05 до 10,0 мм обеспечивает стабильное усвоение углерода. Чрезмерно большое количество нанокластеров будет провоцировать формирование междендритного графита, определяющего низкие физико-механические показатели (предел прочности при растяжении и относительное удлинение). Отсутствие нанокластеров будет приводить к образованию крупных включений графита, что также приведет к снижению физико-механических свойств. Сбалансированное количество нанокластеров и фракционных включений углеродсодержащего материала приводит к формированию равномерной структуры железоуглеродистого сплава (графитная фаза + металлическая матрица), обеспечивает условия для получения высокопрочного чугуна и достижения его высоких физико-механических свойств.

Предлагаемый способ науглероживания железоуглеродистого сплава наноструктурированными модификаторами подвергался сравнительным испытаниям с известным способом (Патент RU 2196187, с22 с33 / с21 с5/00) на основе исходного расплава приготовленного в электродуговой, индукционной печах и газовой вагранке с копильником. Результаты приведены в таблице:

№ п/п

Способ науглероживания

Плавильный агрегат

Температура обработки, ºС

Содержание исходного

углерода, %

Количество модификатора, введенного в расплав, %

Конечное содержание углерода, %

Усвоение углерода, %

Время сохранения эффекта науглероживания, мин

1

Предлагаемый (нижний уровень)

Электродуговая печь

1500

3,48

0,25

3,71

95

110

2

Предлагаемый (средний уровень)

Электродуговая печь

1500

3,48

0,25

3.72

98

115

3

Предлагаемый (верхний уровень)

Электродуговая печь

1500

3,48

0,25

3.73

100

120

4

Прототип (средний уровень)

Электродуговая печь

1500

3,48

1,07

3,91

40

30

5

Предлагаемый (нижний уровень

Индукционная печь

1440

3,42

0,30

3,70

95

120

6

Предлагаемый (средний уровень)

Индукционная печь

1440

3,42

0,30

3,71

98

125

7

Предлагаемый (верхний уровень)

Индукционная печь

1440

3,42

0,30

3,72

100

135

8

Прототип (средний уровень)

Индукционная печь

1440

3,42

1,07

3,79

35

30

9

Предлагаемый (нижний уровень

Газовая вагранка с копильником

1360

3,39

0,40

3,77

95

115

10

Предлагаемый (средний уровень)

Газовая вагранка с копильником

1360

3,39

0,40

3,78

98

120

11

Предлагаемый (верхний уровень)

Газовая вагранка с копильником

1360

3,39

0,40

3,79

100

125

12

Прототип (средний уровень)

Газовая вагранка с копильником

1360

3,39

1,07

3,60

20

30

 Формула изобретения

Способ науглероживания чугунаСпособ науглероживания железоуглеродистого сплава наноструктурированными модификаторами, включающий выплавку исходного чугуна в электродуговых, индукционных печах и газовых вагранках с копильником, ввод инжекционным способом под зеркало металла науглероживателя (модификатора) с наноструктурами графита (размер до 100 нм) в количестве 0,0001 – 0,01 %, расположенных на поверхности граней (плоскостей) углеродсодержащего материала (фракция от 0,05 до 10,00 мм). Способ примечателен тем, что обеспечивается получение железоуглеродистого сплава (высокопрочного чугуна) с высокими физико-механическими свойствами (предел прочности при растяжении, относительное удлиннение), высокой степенью науглероживания, длительным эффектом сохранения степени науглероживания, отсутствием пироэффекта, улучшением экологии производства чугуна.

 

авторы:      Панфилов Э.В., Абрамов В.И., Гуртовой Д.А,

Абдулхаликов Р. (“Камаз-Металлургия”),

Королев С.П. (ОДО “Эвтектика”)

 

 

 

 

 

КБC Rating All.BY Яндекс.Метрика Каталог TUT.BY Визитка ОДО «Эвтектика» на портале Металл РусОпт.ру