×
13.02.2020
220.018.01ef

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЛИТЬЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к электрошлаковому кокильному литью стальных отливок, и может быть использовано в литейном производстве для рафинирования и модифицирования сталей. В процессе электрошлакового переплава расплав обрабатывают шлаком, в состав которого входит оксид кальция, в процессе накопления расплава в тигле его раскисляют алюминием в количестве 0,1-0,15 мас.% до остаточного содержания кислорода 0,0002-0,0001 мас.%, а модифицирование и рафинирование осуществляют редкоземельными металлами в составе мишметалла, вводимыми в расплав стали в количестве 0,15-0,20 мас.%. Изобретение позволяет снизить общее количество неметаллических включений в стали, изменить их распределение и размерное соотношение в отливке, а также повысить механические свойства отливок. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электрошлаковому кокильному литью, и может быть использовано в литейном производстве для рафинирования и модифицирования сталей. Изобретение обеспечивает повышение механических свойств отливок, предназначенных для изготовления инструмента из легированных сталей и сплавов.

Известен способ изготовления отливок методом электрошлакового кокильного литья, который заключается в получении жидкого металла способом электрошлаковой тигельной плавки, разливка его вместе со шлаком, используемым в процессе плавки, в литейную форму /Миронов Ю.М. Установки электрошлаковой металлургической технологии Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. 408 с./

Недостатком данного способа является: получение отливок с повышенным содержанием неметаллических включений, с недостаточной дисперсностью макро и микроструктур, с низкой степенью дефосфорации и неглубокой десульфурацией расплава.

Известен способ изготовления отливок электрошлаковым литьем с последующим модифицированием ультрадисперсными порошками тугоплавких соединений из группы боридов, нитридов, карбидов, карбонитридов, оксидов. (№2026146, Способ изготовления отливок, №4937619/02, 10.01.1995, МКИ B22D 23/10)

Недостатком данного способа является повышенная трудоемкость получения порошков, их дороговизна, недостаточное направленное воздействие на уменьшение содержания неметаллических включений, присутствующих в металле, и степень рафинирования жидкого металла.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ изготовления отливок методом электрошлакового центробежного литья, включающий расплавление металла электрошлаковым способом, накопление расплава в тигле, его раскисление, модифицирование и заливку в литейную форму (№2447161, Способ изготовления отливок методом электрошлакового центробежного литья, 20.08.2011, МПК С12С 1/00). Недостатками данного способа являются невозможность глубокой десульфурации и дефосфорации стали в процессе электрошлакового переплава расходуемого электрода, применение для раскисления расплава в тигле дорогих металлов (ванадий, редкоземельные металлы (РМЗ)), а также повышенное содержание в расплаве неметаллических включений, не смачиваемых расплавом и склонных к укрупнению, в результате этого в межкристаллитных зонах образуются грубые выделения сульфидов, фосфидов, оксидов, что оказывает отрицательное влияние на пластичность и механические свойства стали.

Задачей изобретения является улучшение структуры и повышение механических свойств инструментальной стали за счет двухстадийной обработки расплава в шлаковой ванне (1 стадия) и в тигле с металлическим расплавом (2 стадия), в результате которой создаются оптимальные условия для процессов раскисления, десульфурации, дефосфорации и снижение содержания неметаллических включений в стали.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления отливок методом электрошлакового литья, включает расплавление металла электрошлаковым способом, накопление расплава в тигле, его раскисление, модифицирование и заливку в литейную форму, отличается от известного способа тем, что в процессе электрошлакового переплава расплав обрабатывают шлаком, в состав которого входит оксид кальция, для более полного удаления фосфора и серы, в процессе накопления расплава в тигле его предварительно раскисляют алюминием до остаточного содержания кислорода 0,0002-0,0001 мас. % во избежание повышенного расхода на этот процесс редкоземельных металлов, а модифицирование и рафинирование осуществляют редкоземельными металлами в составе мишметалла (ТУ 48-4-280-91), вводимыми в расплав в следующих количествах (мас. %): алюминий 0,1-0,15; мишметалл 0,15-0,20, сталь - остальное.

При выборе механизма модифицирования стали редкоземельными металлами необходимо учитывать возможность образования тугоплавких соединений между неметаллическими включениями, примесями в жидком металле, и вводимыми элементами

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

Получение отливок из инструментальной стали 4Х5МФС проводили при электрошлаковом кокильном литье на экспериментальном оборудовании. Вес получаемых отливок 18-20 кг.Переплав расходуемого электрода осуществляли с использованием шлака АНФ-295 на сухом старте. Шлак предварительно прокаливали при 800…850°С в течение 2 часов. При плавке сила тока составляла 2,5 кА, напряжение - 43-50 В. Расплав накапливался в тигле размером 320×320, футерованном огнеупорным материалом.

Капли жидкого металла, проходя через слой шлака, рафинировались. Десульфурация и частичная дефосфорация расплава происходила в результате наличия в шлаке соединений кальция. Так как кальций является сильным дефосфоратором и десульфуратом, то эти процессы протекали по следующим реакциям:

2[Са]+S2=2CaS ΔG°=-702500+193,34T Дж/моль

3[Са]+2[Р]=Са3Р2 ΔG°=-873140+433T Дж/моль

Под слоем шлака, накапливался расплав, постепенно заполняя тигель. За 5 мин до окончания плавки сталь раскисляли алюминием, во избежание расхода редкоземельных металлов на этот процесс.

4[Al]+3O2=2Al2O3 ΔG°=-426700+194,17Т Дж/моль

По завершении процесса раскисления выполнялось модифицирование жидкого металла редкоземельными металлами в составе мишметалла. Процессы десульфурации и дефосфорации стали протекали по реакциям:

4Се+3O2=2Ce2O3 ΔG°=-913150+168,5Т Дж/моль

4Се+3O2+2S=2Ce2O3S ΔG°=-876 850+155,9Т Дж/моль

2Се+3S=Ce2S3 ΔG°=-689309+145T Дж/моль

2Се+S2=2CeS ΔG°=-516930+97T Дж/моль

2Се+P2=2CeP ΔG°=-367 940+25,43T Дж/моль

С целью исключения длительного взаимодействия модификатора со шлаком модификатор вводили через кварцевую трубку диаметром 50 мм и длиной 1 м, помещенную в расплавленный металл. Равномерное распределение модификатора по всему объему жидкой ванны обеспечивалось за счет интенсивного движения металла в процессе переплава. После окончания плавки жидкую сталь разливали в литейную форму вместе со шлаком, который использовался в процессе плавки.

Выявлено, что при введении модификатора образуются тугоплавкие соединения: оксиды, оксисульфиды, сульфиды, а затем фосфид РЗМ. Эти соединения не смачиваются жидкой сталью, склонны к укрупнению неметаллических включений в результате их возможного столкновения и образования конгломератов. Происходит всплывание частиц в небольшую прибыльную часть отливки, которая находится под слоем шлака, тем самым сталь очищается от газов и неметаллических включений.

Полученные отливки из стали были подвергнуты термической обработке, для определения структуры и механических свойств. Изучение и оценка неметаллических включений проводились на оптическом микроскопе на нетравленых микрошлифах при увеличениях ×500 и ×800. Просматривалось не менее 15 полей зрения на каждом микрошлифе. В каждом поле зрения замерялись размеры включений окуляром-микрометром. Далее определялась площадь каждого включения в единицах окулярной шкалы. Площади включений суммировались во всех полях зрения образца и вычислялась загрязненность образца неметаллическими включениями.

Результаты исследований, приведенные в таблице, показали, что в образцах №1-3, которые были вырезаны из отливок, полученных без применения модифицирования, общая загрязненность неметаллических включений в несколько раз превышает загрязненность образцов №4-6, при получении которых применяли модифицирование редкоземельными металлами в составе мишметалла. Модифицирование способствует формированию более однородной структуры и переводу грубых пленочных включений в глобулярные оксисульфидные образования. Наблюдается измельчение зерна в связи с локализацией редкоземельных элементов на поверхности растущей твердой фазы, обусловленной их поверхностной активностью. При обработке стали редкоземельными металлами в количестве 0,15-0,2 мас. % по расчету обеспечивается десульфурация и дефосфорация расплава, измельчение микроструктуры, уменьшение общего количества неметаллических включений, изменение их природы, распределения, глобулизации и увеличение механических свойств (образцы №4-6, табл. 1). При этом часть РЗМ участвует в процессе рафинирования расплава, а часть - в модифицировании.

Проведенные исследования показали, что электрошлаковое кокильное литье по предлагаемому в изобретении способу обеспечивает повышение механических свойств, снижение общего количества неметаллических включений, их размерного соотношения, в сравнении с электрошлаковым переплавом, в котором применялось микролегирование молибденом, раскисление и модифицирование ванадием, РЗМ и/или щелочноземельными металлами.

Ведение модификатора в расплав в количестве 0,15-0,2 мас. % снижает загрязненность стали сульфидами, оксисульфидами, оксидами, фосфидами, что способствует увеличению механических свойств стали. Так же отмечено, что редкоземельные металлы оказывают положительное влияние на скорость роста первичных кристаллов, тем самым улучшая структуру стали.

Способ изготовления стальных отливок методом электрошлакового литья, включающий электрошлаковый переплав металла, накопление расплава в тигле, его раскисление, модифицирование, рафинирование и заливку стали в литейную форму, отличающийся тем, что в процессе электрошлакового переплава расплав обрабатывают шлаком, в состав которого входит оксид кальция, в процессе накопления расплава в тигле его раскисляют алюминием в количестве 0,1-0,15 мас.% до остаточного содержания кислорода 0,0002-0,0001 мас.%, а модифицирование и рафинирование осуществляют редкоземельными металлами в составе мишметалла, вводимыми в расплав стали в количестве 0,15-0,20 мас.%.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 324.
20.08.2016
№216.015.4a88

Расходомер текучей среды

Изобретение относится к технике измерения и может быть использовано для измерения расхода текучих сред в каналах для транспортирования газов или жидкостей. Расходомер текучей среды содержит корпус (1), в проточной части которого закреплен измерительный орган в виде пластины (2), установленной с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594421
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4f8f

Рыбные рубленые изделия, обогащенные пророщенным зерном пшеницы

Рыбные рубленые изделия содержат рыбный фарш, сухари панировочные и добавку. В качестве добавки используют набухший порошок из пророщенного зерна пшеницы, который предварительно замачивают в воде, в соотношении 1:1,25, при температуре 65±1°C в течение 60 мин. Все компоненты используют при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595165
Дата охранного документа: 20.08.2016
10.08.2016
№216.015.5424

Сырьевая смесь для изготовления арболита

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении материалов на основе древесных заполнителей. Технический результат заключается в создании более дешевого строительного материала с обеспечением прочностных характеристик и плотности,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593836
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.5452

Стенд для исследования буровых рабочих органов

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для испытания буровых рабочих органов. Технический результат заключается в повышении эффективности и расширении диапазона возможностей путем измерения крутящего момента, осевого усилия и скорости погружения рабочего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593612
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.5597

Устройство для усиления несущих конструкций

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления несущих конструкций колонн, простенков и кирпичных столбов. Технический результат заключается в увеличении ее несущей способности. Устройство для усиления несущих конструкций включает установленный на несущую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593611
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.55e2

Сырьевая смесь для изготовления арболита

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении материалов на основе древесных заполнителей. Техническим результатом является улучшение условий гидратации цемента в арболитовой смеси, повышение прочности арболита, снижение энергозатрат и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593608
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.57bc

Способ изготовления стеновых изделий

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении стеновых изделий в виде безобжиговых кирпичей и блоков. Технический результат заключается в повышении прочности и однородности стенового материала - безобжигового кирпича на основе глиежей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588504
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.5ae3

Стенд для испытания рабочих органов дорожно-строительных машин

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для испытания рабочих органов дорожно-строительных машин. Стенд для испытания рабочих органов дорожно-строительных машин содержит опорную раму со стойками, установленную на опорной раме несущую плиту с упорами для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589757
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5b1b

Устройство для уплотнения снега

Изобретение относится к машинам для уплотнения снега при строительстве снеголедовых дорог и грунтовых аэродромов в зимнее время. Технический результат - повышение качества уплотнения снега и эффективности работы устройства. В устройстве для уплотнения снега, содержащем прицепную раму (1) с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589778
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.65e1

Способ выделения и определения осмия (viii) в газовой фазе

Изобретение относится к области аналитической химии элементов и может быть использовано для выделения и определения осмия в объектах различного вещественного состава. В способе определения осмия в газовой фазе, включающем его окисление и отгонку из раствора, улавливание сорбентом,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592208
Дата охранного документа: 20.07.2016
Показаны записи 1-6 из 6.
20.05.2014
№216.012.c6e8

Литой композиционный материал на основе алюминия и способ его получения

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминия для изготовления отливок и деформируемых изделий электротехнического назначения. ЛКМ содержит в качестве матричного компонента алюминий технической чистоты, а в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516679
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.08.2015
№216.013.708b

Способ получения активированного скрытокристаллического графита

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении противопригарных покрытий на основе активированных графитов для получения чугунных отливок в разовых песчано-глинистых формах. Скрытокристаллический графит окисляют в течение 12-14 ч, промывают и сушат. Затем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560381
Дата охранного документа: 20.08.2015
12.01.2017
№217.015.5d28

Способ получения инертного анода из литого композиционного материала

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия с применением инертных анодов из литых композиционных материалов с коррозионно-стойким покрытием анода. Способ получения инертного анода из литого композиционного материала, одной из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590362
Дата охранного документа: 10.07.2016
20.02.2019
№219.016.c235

Способ получения сплава на основе алюминия системы al-pb

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено при получении сплавов системы алюминий-свинец. В расплавленный в тигле алюминий с добавлением бериллиевой лигатуры вводят магний в количестве не более 3% от массы алюминия, одновременно готовят расплав алюминия с 10-16% свинца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002454472
Дата охранного документа: 27.06.2012
07.11.2019
№219.017.dee3

Устройство для контроля износа внутренней или наружной резьбы

Изобретение относится к разряду контрольных мерительных устройств типа шаблон, используемых для контроля размеров, определения степени износа резьбы деталей конических соединений, преимущественно соединений труб нефтяного сортамента. Предлагаемое устройство позволяет проводить контроль износа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705176
Дата охранного документа: 05.11.2019
02.03.2020
№220.018.07ae

Способ получения литого композиционного материала на основе меди

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности литейному производству, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе меди для изготовления деталей электротехнического назначения, работающих при повышенных температурах и давлениях. Способ получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715513
Дата охранного документа: 28.02.2020
+ добавить свой РИД