МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКАЯ ДРОБЬ Российский патент 2015 года по МПК B24D3/04 B22F9/02 B24C11/00 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии, и может быть использовано для получения металлокерамической дроби, используемой для дробеструйной обработки деталей машин различного назначения или в качестве абразива.

Известны абразивы в виде дроби стальной литой, колотой, чугунной литой колотой, нержавеющей (ГОСТ 11964-81, ДСТУ 3184-95), дроби керамической (ГОСТ 20419-83), дроби стеклянной, композитной, пластиковой и прочих видов, все виды указанной дроби отличаются способом изготовления, прочностными характеристиками, износостойкостью, твердостью и, как следствие, количеством циклов использования, что связано со структурой дроби.

Известна металлокерамическая композиция для дробеструйной обработки деталей (JP 2006198713 А, 03.08.2006), выполненная из смеси керамического и металлического порошков: керамический порошок 1-30%, металлический порошок - остальное.

Известна металлокерамическая дробь, полученная спеканием при высоких температурах железного, медного и абразивного порошков (SU 177786 А, 01.01.1966).

Недостатками способов изготовления всех вышеперечисленных видов дроби являются: энергетические затраты, многостадийность и трудоемкость их производства, образование при производстве дроби отходов, загрязняющих окружающую среду, высокие производственные затраты и низкая рентабельность производства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение металлокерамической дроби с высокими эксплуатационными свойствами при уменьшении стоимости изготовления, а также повышении экологичности.

Указанный технический результат достигается тем, что металлокерамическая дробь для дробеструйной обработки содержит керамический материал, пылевидные отходы сталеплавильного производства и пиритные огарки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

керамический материал 3-40 пылевидные отходы сталеплавильного производства 3-50 пиритные огарки остальное

Металлокерамическая дробь имеет форму шара, цилиндра, таблетки, сферы.

Металлокерамическая дробь получена обжигом высокочастотными лучами СВЧ.

Керамический материал является связующим материалом для металлических компонентов при формировании металлокерамической дроби. Состав керамического материала приведен в таблице 1.

Таблица 1 Элементы и соединения Содержание, % Кремний (Si) 50,0-70,0 Оксид алюминия (Al₂O₃) 20,0-30,0 Оксид железа III (Fe₂O₃) 0,28-0,60 Оксид титана (TiO₂) 0,40-0,50 Оксид кальция (СаО) 0,28-0,4 Оксид магния (MgO) 0,17-0,30 Оксид калия (К₂О) 2,0-2,8 Оксид натрия (Na₂O) 0,3-1,5

Пылевидные отходы сталеплавильного производства представляют собой: шламы газоочисток мартеновских печей, шламы газоочисток конвертеров (см. Составы отходов в таблице 2), шламы газоочисток электросталеплавильных печей.

Таблица 2 Элементы и соединения Шламы мартеновских печей Шламы газоочисток конвертеров Железо общее 56,78 63,45 Железо приведенное 60,70÷79,69 61,50÷72,33 Оксид железа (III) 1,35 16,56 Оксид железа (II) 1,32 3,30 Оксид кальция 2,15 2,28 Оксид кремния 0,67 0,31

Элементы и соединения Шламы мартеновских печей Шламы газоочисток конвертеров Оксид алюминия 2,97 0,29 Оксид магния 0,29 0,16 Оксид калия 0,20 0,20 Оксид натрия 2,81 2,78 П.п.п. 0,06 0,04 Оксид титана (IV) 1,24 1,21 Марганец 0,08 0,036 Фосфор 0,25 0,018 Оксид хрома (III) 0,006 0,007 Оксид ванадия (V) 0,81 0,067 Сера общая - - Оксид серы (VI) - - Сера сульфидная 0,01 0,03 Оксид бария - 0,004 Никель 0,19 0,01 Медь - 0,05 Цинк 1,15 0,03 Свинец - менее 0,002 Молибден - 0,01 Сурьма 0,006 0,003 Мышьяк 0,68 1,11 Углерод общий 0,63 0,82 Углерод твердый 0,07 0,26 Фтор 0,13 0,17

Состав шламов газоочисток электросталеплавильных печей изменяется в довольно широких пределах в зависимости от марок выплавляемых сталей. Их усредненный химический состав (в мас.%) представлен следующим образом: железо 30,0-55,0; оксид кремния (IV) 2,0-12,0; оксид алюминия 0,3-10,0; оксид магния 5,0-27,0; оксид кальция 1,5-17,0; оксид марганца (II) 1,5-5,5; фосфор 0,02-0,25, сера общая 0,02-0,5; хром до 10,0; никель до 8,0; цинк до 2,0; свинец до 1,0.

Пиритные огарки содержат в своем составе (%): Fe общ. 40,0-78,0; S общ. 0,3-10,0; S сульфидная 0,08-7,9; SiO₂ 0,6-26,5; Cu 0<60; Zn 0,70-5,0; Pb 0,3-1,5; As 0,03-1,7 Cr 0,03-1,0; Mn 0,025-2,5; Cd 0,002-0,12; Al₂O₃ 0,7-20,0; CaO 0,76-5,9; MgO 0,05-1,52; F 0,005-0,12; Cl 0,009-0,15; Na₂O 0,07-5,0; K₂O 0,08-0,15; S сульфатная 1,0-12,0; H₂O до 47,4; Ва 1,0-8,9, а также Se до 15 г/т; Те 1,0-14,0 г/т; Au 1,0-12,0 г/т; Ag 10,0-67,0 г/т.

Примеры составов металлокерамической дроби представлены в таблице 3.

Таблица 3 Компоненты Содержание, мас.% 1 9 3 4 5 6 7 8 Керамический материал 3 5 10 15 20 25 30 40 Пылевидные отходы сталеплавильного производства                 47 45 30 50 40 35 10 10                 Пиритные огарки 50 50 60 35 40 40 60 50

Металлокерамическую дробь получают следующим образом.

Все компоненты подвергают тонкодисперсному измельчению до наноразмерного уровня в водной среде под действием ультразвуковой волны в процессе кавитации или используют мельницы тонкого помола, получают дисперсность компонентов до 0,001 мкм (1 нм), смешивают компоненты в требуемом соотношении (см. таблицу 3), придают форму (шар, цилиндр, таблетка, сфера) методом прессования на таблетирующих пресс-автоматах и обжигают высокочастотными лучами СВЧ (длина волны от 1 м, частота 300 МГц до 1 мм, частота 300 ГГц).

Свойства полученного металлокерамического материала определяются следующими его характеристиками: твердость дроби по Роквеллу составляет от 20 до 85 HRC, прочность дроби составляет от 18 до 2000 кгс/мм². Размеры получаемых металлокерамических материалов варьируются от 0,1 мм до 50 мм.

Преимуществом предлагаемого состава металлокерамической дроби является отсутствие дорогостоящих металлических порошков, минимальные энергетические затраты по сравнению с обычными способами, повышение экологичности за счет переработки огромного количества пиритных огарков и пылевидных отходов сталеплавильного производства.

Изобретение относится к абразивной и дробеструйной обработке деталей. Металлокерамическая дробь содержит 3-40 мас.% керамического материала, 3-50 мас.% пылевидных отходов сталеплавильного производства и остальное - пиритные огарки. Обеспечивается переработка огарков и отходов сталеплавильного производства, а также улучшение эксплуатационных свойств дроби, в частности твердости и прочности. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Металлокерамическая дробь для дробеструйной и абразивной обработки, характеризующаяся тем, что содержит керамический материал, пылевидные отходы сталеплавильного производства и пиритные огарки при следующем соотношении компонентов, мас.%:
керамический материал 3-40 пылевидные отходы   сталеплавильного производства 3-50 пиритные огарки остальное

2. Металлокерамическая дробь по п.1, отличающаяся тем, что она имеет форму шара, цилиндра, таблетки или сферы.

3. Металлокерамическая дробь по п.1, отличающаяся тем, что она получена обжигом посредством высокочастотных лучей СВЧ.