Способ получения тонкостенных отливок из железоуглеродистых сплавов

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению отливок из чугуна, легированного алюминием. В расплав, заливаемый в литейную форму, вводят термитную смесь на основе измельченных присадок алюминия со слоем покрытия, содержащим оксиды железа и криолит. Оксиды железа предварительно прокаливают с доступом воздуха до получения однородной окиси железа. Покрытие алюминия, содержащее окись железа, используют с соотношением масс, отвечающим стехиометрическому составу ее взаимодействия с алюминием. Предпочтительно соотношение масс окиси железа и алюминия составляет менее 0,5. Изобретение позволяет более эффективно проводить легирование чугуна алюминием. Обеспечивается снижение затрат, связанных с необходимостью перегрева расплава в плавильных агрегатах. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению тонкостенных отливок из чугуна, легированного алюминием.

Известен способ получения тонкостенных отливок из железоуглеродистых сплавов с использованием внепечной обработки расплава термитными смесями с использованием алюминотермии (Внепечная обработка серого чугуна экзотермическими смесями. С.Борковски, К.И.Ващенко, Д.Ф.Чернега. Литейное производство, 1985, №6, С 3-4). Данный способ улучшает механические свойства чугуна и устраняет отбел. Однако за счет образования и накопления пленок оксида алюминия Al₂O₃ повышается вязкость чугуна, снижаются его жидкотекучесть, скорость протекания и эффект термитной реакции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения тонкостенных отливок из железоуглеродистых сплавов, включающий введение в расплав термитной смеси (SU 1731424 А1, B22D 27 20, 07.05.1992), состоящий из слоев алюминия и оксида или монооксида железа. Введение в расплав многослойной экзотермической присадки с параллельными слоями обеспечивает поддержание или при необходимости нагрев расплава до требуемой температуры заливки форму. Однако вследствие накопления продуктов экзотермической реакции (оксида алюминия) вязкость чугуна повышается, скорость протекания термитной реакции снижается. Также наличие многообразных форм оксидных соединений железа (Fe₂O₃, FeO·Fe₂O₃ или Fe₃O₄, FeO) и адсорбированной воды (m·Н₂О) снижает эффект протекания термитной реакции: количество выделяемой теплоты, степень легирования чугуна алюминием, качество отливок остаются низкими

Задача предлагаемого изобретения - повышение качества отливок.

Поставленная задача решается тем, что термитная смесь включает измельченные присадки алюминия со слоем покрытия, содержащим оксиды железа и криолит, причем оксиды железа предварительно прокаливают до получения однородной окиси железа, причем полученный высший окисел железа - оксид железа Fe₂О₃ - используют с соотношением масс, отвечающим стехиометрическому составу ее взаимодействия с алюминием преимущественно при соотношении масс окиси железа и алюминия, равном менее 0,5. При использовании окиси железа с соотношением масс, отвечающим стехиометрическому составу ее взаимодействия с алюминием более 0,5, количество используемого алюминия прореагирует полностью и степень легирования чугуна алюминием будет равна нулю при избытке окиси железа.

Пример. В ковш перед его заполнением жидким чугуном вводили подогретые до температуры 200°С измельченные присадки алюминия в виде стружки размером 5 мм, покрытые смесью криолита с окисью железа. Окись железа предварительно измельчали и прокаливали в печах типа СНО при температуре 850-900°С в течение 6-7 часов с доступом воздуха. При этом присутствующая закись железа реагирует с кислородом воздуха по реакции

4FeO+О₂→2Fe₂O₃,

т.е. закись железа переходит в наиболее реакционноспособный оксид и при этом удаляется адсорбированная влага. После термообработки окись железа имеет голубоватый цвет как показатель насыщенности ее кислородом.

Количество термитной смеси составляло 0,4-0,5% от массы обрабатываемого чугуна, причем находящиеся в смеси окись железа и алюминий использовали с соотношением масс, отвечающим стехиометрическому составу, равным 0,4, с целью микролегирования чугуна алюминием. После заполнения ковша жидким чугуном с исходной температурой 1290-1310°С последняя за счет полного протекания экзотермической реакции

Fe₂О₃+2Al→Al₂О₃+2Fe+Q,

возрастала до 1390-1410°С. Криолит в составе термитной смеси выполнял функцию интенсификатора реакции в связи с его способностью растворять образующийся оксид алюминия при температурах более 960°С:

2Al₂O₃+2Na₃AlF₆→6Na⁺+3Al₂O₂F₄ ^-,

за счет чего скорость протекания экзотермической реакции сдвигается вправо, т.е. время протекания реакции становится меньше, а количество выделяемой теплоты за единицу времени - больше. Причем с уменьшением оксида алюминия вязкость чугуна уменьшается, жидкотекучесть увеличивается, комплексные соединения переходят в шлак. Восстановленное железо растворяется в жидком чугуне, повышает его физико-химическую и структурную неоднородность и также проявляет эффект микролегирования.

Из данного чугуна, легированного алюминием, отливали тонкостенные станины электродвигателей серии АИ 160 в облицованных кокилях. Брак по недоливам не наблюдался. Свойства чугуна отливок отвечали необходимым требованиям.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет более эффективно проводить низкое легирование чугуна алюминием и снизить затраты, связанные с необходимостью перегрева расплава в плавильных агрегатах при изготовлении тонкостенных чугунных отливок.

1. Способ получения тонкостенных отливок из железоуглеродистых сплавов, включающий введение в расплав, заливаемый в литейную форму, термитной смеси, отличающийся тем, что термитная смесь включает измельченные присадки алюминия со слоем покрытия, содержащим оксиды железа и криолит, причем оксиды железа предварительно прокаливают до получения однородной окиси железа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что присадки алюминия со слоем покрытия, содержащим оксиды железа и криолит, используют с соотношением масс, отвечающим стехиометрическому составу ее взаимодействия с алюминием преимущественно при отношении масс окиси железа и алюминия менее 0,5.