Способ получения легированной карбидостали

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению карбидосталей. Смешивают шихту, содержащую термитную смесь из 78-82 мас.% порошка железной окалины и 18-22 мас.% порошка алюминия. При смешивании дополнительно вводят легированный чугун в количестве 24-26 мас.% термитной смеси и карбид титана в количестве 18-20 мас.% термитной смеси. Плавление проводят самораспространяющимся высокотемпературным синтезом под слоем кислого флюса толщиной 8-10 мм. Полученная карбидосталь обладает высокой твердостью и однородностью структуры.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения карбидосталей.

Известен способ получения сплава железа из отходов производства, включающий смешивание железной окалины в количестве 74-76 мас.%, железосодержащего порошка в количестве 10-15 мас.% и алюминиевого порошка в количестве 15-20 мас.% с получением термитной смеси, загрузку этих компонентов в печь и плавление сплава железа самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) (патент RU 2192478, МПК⁷ С21В 15/00, В22F 3/23).

Недостатками этого способа получения сплава железа из отходов производства являются низкая твердость, до 10 HRC, получаемого сплава, не позволяющая широко его использовать; неоднородность структуры получаемого сплава из-за неравномерного режима реакции горения; низкий выход годной продукции из-за больших выбросов пламени и расплава при осуществлении реакции СВС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ получения легированного сплава железа из отходов производства, включающий смешивание порошков оксида железа в количестве 74-76 мас.% и алюминия в количестве 24-26 мас.% с получением термитной смеси, а также карбида титана в количестве 15-20% массы термитной смеси, загрузку и плавление легированного сплава железа СВС. В качестве порошка оксида железа используют железную окалину (патент RU 2262415, МПК⁷ B22F 3/23, С22С 33/02, 38/00).

Основными недостатками описанного способа являются низкая для изготовления высококачественного металлообрабатывающего инструмента твердость получаемого сплава (до 55 HRC), неоднородность этого сплава из-за неравномерности протекания реакции СВС и низкий выход годной продукции из-за разбрызгивания расплава выходящими газами при бурно проходящей реакции СВС.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения твердости, обеспечение однородности получаемой карбидостали, а также увеличение выхода годной продукции, используемой в качестве материала для производства металлообрабатывающего инструмента с требуемыми характеристиками.

Для достижения этого технического результата в способе получения легированной карбидостали, включающем смешивание порошков оксида железа в количестве 74-76 мас.% и алюминия в количестве 24-26 мас.% с получением термитной смеси и карбида титана в количестве 10-15 мас.% термитной смеси, загрузку и плавление легированной карбидостали самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, при смешивании вводят легированный чугун в количестве 10-15 мас.% термитной смеси, а плавление легированной карбидостали самораспространяющимся высокотемпературным синтезом проводят под слоем кислого флюса толщиной 8-10 мм.

Получение легированной карбидостали с заданным составом и необходимыми свойствами обусловлено образованием в реакционной зоне при плавлении по заявленному способу сплава ферротитана и карбидных соединений с твердостью до 63 HRC, который используют для изготовления металлообрабатывающего инструмента.

Повышение твердости и обеспечение однородности легированной карбидостали происходит за счет введения легированного чугуна, который дополнительно образует карбидные соединения и увеличивает их смачиваемость и диффузионные свойства при плавлении карбидостали СВС.

Выход годной продукции увеличивается благодаря покрытию шихты слоем кислого флюса, который препятствует бурному протеканию реакции СВС и разбрызгиванию расплава выходящими газами.

Количество легированного чугуна, равное 10-15 мас.% термитной смеси, является оптимальным, так как при содержании легированного чугуна менее 10 мас.% термитной смеси карбидосталь не достигает требуемой твердости, а при содержании легированного чугуна более 15 мас.% термитной смеси реакция СВС происходит медленно и неравномерно, и сплав получается пористым и неоднородным.

Толщина слоя кислого флюса, равная 8-10 мм, является оптимальной, так как обеспечивает ровное протекание СВС. При толщине слоя менее 8 мм газы с каплями расплава вырываются подобно гейзеру, а при более 10 мм - СВС не возникает из-за недостатка кислорода.

Способ получения легированной карбидостали осуществляется следующим образом. Производят дозирование и смешивание в смесителе порошка оксида железа, в качестве которого используют железную окалину - отходы кузнечного производства, и порошка алюминия с получением термитной смеси. Железную окалину используют в количестве 74-76 мас.%, а алюминиевый порошок - в количестве 24-26 мас.% термитной смеси. При смешивании вводят карбид титана в количестве 10-15% массы термитной смеси и легированный чугун в количестве 10-15% массы термитной смеси для получения требуемых свойств легированной карбидостали. Затем полученную смесь загружают в форму с небольшим уплотнением и покрывают слоем кислого флюса толщиной 8-10 мм. Инициируют начало реакции и плавление легированного сплава карбидостали в режиме СВС. Образующаяся в реакционной зоне легированная карбидосталь скапливается на дне формы, а другие примеси переходят в шлак.

Пример конкретного выполнения способа получения легированной карбидостали.

Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения использовали молотую железную окалину - отходы кузнечного производства, и молотый легированный чугун, отходы литейного производства, дисперсность которых задавали проходом через сито 0,16 мм, порошок алюминия АСД-1 и порошок карбида титана с фракцией 0,063 мм.

Порошки дозировались в заданном соотношении на аналитических весах с точностью до 0,001 г, механически смешивались всухую в атмосфере воздуха в смесителе типа «пьяная бочка» партиями по 200 г в течение 4 часов. Полученные образцы шихты загружали в кварцевые формы, покрывали сверху равномерным слоем кислого флюса АНФ-6, состоящего из 70 мас.% CaF₂ и 30 мас.% Al₂О₃, и инициировали реакцию СВС с помощью кратковременного теплового импульса. Под действием тепла химической реакции, необходимого для плавления образцов шихты из смеси железной окалины, порошков алюминия, карбида титана и легированного чугуна происходило плавление легированного сплава в режиме СВС.

Реакция СВС проходила интенсивно, но без выбросов пламени и расплава, с ярким свечением фронта горения сквозь стенки формы, с достаточной температурой и количеством теплоты для полного плавления шихты до образования легированной карбидостали в виде плотного металлического слитка с твердостью до 63 HRC. Не вошедшие в слиток вещества переходили в шлак. Выход годной продукции составил более 60%. Легированную карбидосталь, изготовленную по заявленной технологии, можно использовать без дополнительной термообработки в качестве напайки для повышения стойкости штампового или режущего инструмента.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения легированной карбидостали обеспечивает высокие твердость и однородность, необходимые для изготовления высококачественного инструмента, улучшает экологическую обстановку и увеличивает выход годной продукции за счет плавления карбидостали СВС под слоем флюса, снижает стоимость годной продукции вследствие использования отходов производства и отсутствия разбрызгивания расплава под слоем кислого флюса.

Способ получения легированной карбидостали, включающий смешивание порошков оксида железа в количестве 74-76 мас.% и алюминия в количестве 24-26 мас.% с получением термитной смеси и карбида титана в количестве 10-15 мас.% термитной смеси, загрузку и плавление самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, отличающийся тем, что при смешивании вводят легированный чугун в количестве 10-15 мас.% термитной смеси, а плавление проводят под слоем кислого флюса толщиной 8-10 мм.