Модифицирующая смесь
Владельцы патента RU 2298047:
Открытое акционерное общество "Нижегородский машиностроительный завод" (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (НГТУ) (RU)
Изобретение относится к металлургии, а именно к модификатором, используемым при производстве чугуна и алюминиевых сплавов. Модифицирующая смесь дополнительно содержит кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%: углекислый барий 70-80, борная кислота 10-17, кальцинированная сода 8-15. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства металла и расширить эксплуатационные возможности модифицирующей смеси. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к модификаторам, используемым при производстве чугуна и алюминиевых сплавов.
Известен флюс для обработки алюминиево-кремниевых сплавов по авторскому свидетельству №1673620, МПК С22С 1/06, опубл. 1991 г., Бюл. №32. Флюс содержит следующие компоненты, мас.%: хлористый калий 15-20, фтористый натрий 10-15, кремнефтористый натрий 10-15, хлористый барий 10-15, углекислый барий 5-10, хлористый натрий остальное. Флюс позволяет несколько повысить механические свойства и длительность модифицирующего эффекта.
Недостатками известного флюса являются низкие механические свойства получаемого сплава и низкие эксплуатационные возможности.
Известна также модифицирующая смесь по авторскому свидетельству №1320236, МПК С21С 1/00, опубл. 1987 г., Бюл. №24.
Известная модифицирующая смесь используется при производстве отливок из ковкого чугуна и содержит в качестве карбидообразующих компонентов борную кислоту и окалину железа, а в качестве барийсодержащих компонентов - силикобарий и углекислый барий при следующем соотношении компонентов, мас.%: борная кислота 65-70, силикобарий 8-12, углекислый барий 10-12, окалина железа 3-17.
Использование при производстве ковкого чугуна известной модифицирующей смеси позволяет повысить его механические свойства.
Известная модифицирующая смесь является наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению и выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога.
Недостатками известной модифицирующей смеси являются невысокие физико-механические свойства получаемого металла, а также низкие эксплуатационные возможности смеси, поскольку она может быть использована только при производстве ковкого чугуна. Известная модифицирующая смесь не может быть использована при производстве серого чугуна, так как содержит карбидостабилизирующие компоненты, вызывающие отбел у тонкостенных отливок. Известная модифицирующая смесь не может быть использована также для модифицирования алюминиевых сплавов, так как содержит железную окалину и силикобарий. Железо является вредной примесью для алюминиевых сплавов. Силикобарий вызывает изменение химического состава, что может привести к выходу за пределы, установленные ГОСТ 1583-93 (по химическому составу), что недопустимо.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение физико-механических свойств металла, расширение эксплуатационных возможностей модифицирующей смеси.
Указанный технический результат достигается тем, что модифицирующая смесь, содержащая углекислый барий и борную кислоту, согласно изобретению дополнительно содержит кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углекислый барий | 70-80 |
| Борная кислота | 10-17 |
| Кальцинированная сода | 8-15 |
Указанная модифицирующая смесь может быть использована для повышения физико-механических свойств как при производстве чугуна, так и алюминиевых сплавов (см. таблицу).
| № п/п | Состав смеси | Физико-механические свойства | |||||||||
| Амг6Л | АК9ч | СЧ-15 | |||||||||
| бв кг/мм | δ% | НВ | бв кг/мм2 | δ% | НВ | бв кг/мм2 | НВ | ||||
| Углекислый барий | Кальцинированная сода | Борная кислота | |||||||||
| 1 | 80 | 10 | 10 | 23,0 | 8,0 | 64,0 | 21,0 | 3,0 | 66,5 | 19,5 | 215 |
| 2 | 70 | 17 | 13 | 24,0 | 8,5 | 70,0 | 21,5 | 4,0 | 69,0 | 20,0 | 220 |
| 3 | 75 | 10 | 15 | 22,0 | 7,0 | 62,0 | 20,2 | 3,2 | 65,0 | 19,0 | 210 |
| 4 | 85 | 12 | 3 | 20,0 | 4,8 | 60,0 | 19,5 | 3,5 | 65,0 | 15,5 | 190 |
| 5 | 60 | 22 | 18 | 19,3 | 4,5 | 60,0 | 18,5 | 2,8 | 63,0 | 16,0 | 190 |
| 6 | ГОСТ 1583-93 без модифицирования | 19,0 | 4,0 | 60,0 | 15,0 | 2,0 | 50,0 | 15,0 | 210 |
При введении углекислого бария и кальцинированной соды в чугун происходит их диссоциация с образованием ВаО (оксида бария), Na2О (оксида натрия) и CO2 (углекислого газа). Оксид бария и оксид натрия образуют соединения с серой, десульфурируя расплав, что способствует снижению склонности чугуна к образованию горячих и холодных трещин, повышению жидкотекучести расплава. Выделяющийся углекислый газ дегазирует и перемешивает чугун.
При введении в расплав борной кислоты она диссоциирует и выделяющийся бор реагирует с кислородом и азотом, дегазируя расплав.
Таким образом, введение модификатора, состоящего из углекислого бария, кальцинированной соды и борной кислоты, приводит к десульфурации и дегазации расплава, образующиеся при этом тугоплавкие соединения служат подложками для кристаллизации графита, что приводит к его измельчению и благоприятному изменению формы. Данное воздействие влечет за собой повышение физико-механических свойств чугуна.
Повышение содержания углекислого бария и кальцинированной соды свыше 80 и 10% соответственно ведет к увеличению неметаллических включений в расплаве. Снижение их содержания менее 80 и 10% соответственно ослабляет модифицирующий эффект.
Увеличение содержания борной кислоты свыше 10% ведет к появлению водородной пористости. Уменьшение ее содержания ниже 10% снижает дегазирующее воздействие.
Данные, подтверждающие положительное влияние предлагаемой модифицирующей смеси на физико-механические свойства алюминиевых сплавов, также приведены в таблице.
Из таблицы следует, что наиболее оптимальное количество составляющих смеси следующие, мас.%:
Углекислый барий 80
Кальцинированная сода 10
Борная кислота 10
При введении менее 80% углекислого бария эффект модифицирования снижается. Эффект модифицирования снижается также при введении менее 10% кальцинированной соды.
При введении углекислого бария, кальцинированной соды более 80 и 10% соответственно происходит увеличение газовых дефектов и снижение физико-механических свойств.
При введении борной кислоты более 10% происходит увеличение неметаллических включений и водородной пористости, что связано с взаимодействием бора с влагой (О2) литейных форм, это ведет к снижению физико-механических свойств. При введении менее 10% борной кислоты становится незначительным эффект измельчения твердого раствора.
Механизм воздействия борной кислоты на алюминиевые сплавы состоит во взаимодействии бора с алюминием с образованием интерметаллида AlB2 (алюминий, барий два), обладающего структурным и размерным соответствием к расплаву, приводящего к измельчению твердого раствора.
Действие кальцинированной соды заключается в образовании тройного соединения AlSiNa (алюминий, кремний, натрий), усложняющего эвтектику α+Si (твердый раствор плюс кристаллы кремния) до состояния α+Si+AlSiNa, что приводит к измельчению структуры за счет увеличения поверхностного натяжения на границе кристалл кремния - расплав.
Химические соединения, образующиеся при разложении компонентов модификатора и взаимодействии их с расплавом, выступают в роли зародышей формирующихся зерен, способствуют их измельчению, что, соответственно, повышает физико-механические свойства.
Модифицирующая смесь для чугуна и алюминиевых сплавов, содержащая углекислый барий и борную кислоту, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углекислый барий | 70-80 |
| Борная кислота | 10-17 |
| Кальцинированная сода | 8-15 |
