МОДИФИЦИРУЮЩАЯ СМЕСЬ Российский патент 2015 года по МПК C22C35/00 C21C1/00 C22C21/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно к модификаторам, используемым при производстве чугуна и медных сплавов. Известны рафинирующие флюсы для обработки расплавов медной группы для удаления из расплавленного металла растворенных в них вредных примесей.

Для очистки медных сплавов применяют флюсы: (перекись бария или натрия), (окись меди, серно кислые барий и калий). Эти флюсы узконаправленного действия, например, для очистки от механических загрязнений, от алюминия и сурьмы и экологически неблагоприятные (Справочник литейщика. М., Машиностроение, 1971, 112-113 с.).

Известна также модифицирующая смесь по патенту РФ на изобретение №2298047 С22С 35/00, C21C 1/02, С22С 25/00 опубл. 27.04.2007 г.

Известная модифицирующая смесь используется при производстве отливок из серого чугуна и алюминиевых сплавов, содержит углекислый барий и борную кислоту, дополнительно содержит кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углекислый барий - 70-80

Борная кислота - 10-17

Кальцинированная сода - 8-15

Использование при производстве серого чугуна и алюминиевых сплавов позволяет повысить механические свойства и расширяет возможности модифицирующей смеси.

Известная модифицирующая смесь является наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению и выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога.

Недостатками известной модифицирующей смеси являются невысокие физико-механические свойства получаемого металла и возможность использования ее только для серого чугуна и алюминиевых сплавов. Известная модифицирующая смесь не может быть использована при модифицировании сплавов медной группы (латунь, бронза) и при модифицировании высокопрочного чугуна.

Решаемая задача - расширение эксплуатационных возможностей модифицирующей смеси.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение физико-механических свойств сплавов.

Указанный технический результат достигается тем, что модифицирующая смесь, содержащая углекислый барий и кальцинированную соду, согласно изобретению дополнительно содержит карбонат стронция при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углекислый барий - 40-45

Кальцинированная сода - 10-20

Карбонат стронция - 40-45

Указанная модифицирующая смесь может быть использована для повышения физико-механических свойств, как при производстве серого чугуна и особенно высокопрочного чугуна, так и медных сплавов (см. таблицу).

Повышение содержания углекислого бария и кальцинированной соды свыше 45 и 20% соответственно ведет к увеличению неметаллических включений в расплаве. Снижение их содержания менее 40 и 10% соответственно ослабляет модифицирующий эффект.

Увеличение содержания карбоната стронция свыше 45% ведет к появлению газовой пористости и появлению в структуре двойной эвтектики. Уменьшение его содержания ниже 40% ведет к нарушению соотношения с углекислым барием, снижает дегазирующее воздействие и укрупнение структурных составляющих, что снижает свойства сплава.

Все компоненты модифицирующей смеси представляют собой порошки светлого вида, перед применением которые необходимо просушить при температуре 80-100°C в течение 20-30 минут.

При введении углекислого бария и кальцинированной соды в чугун происходит их диссонация с образованием ВаО (оксида бария), Na₂O (оксида натрия), СО₂ (углекислого газа). Оксид бария за счет структуры соответствия может быть дополнительным зародышем для графитового включения, что соответственно способствует измельчению графита.

Оксид натрия (Na₂O) образует соединение с серой, десульфурируя расплав, и образующиеся сульфиды могут выступить в роли зародышей для графита, т.е. активизируя процесс графитизации и измельчая графитовые включения, что способствует повышению физико-механических свойств. Выделяющийся углекислый газ дегазирует и перемешивает чугун, что способствует однородности и стабильности структуры.

При введении в расплав карбоната стронция он диссонцирует на оксид стронция (SrO) и углекислый газ (CO₂). Оксид стронция выступает как зародыш графита, усиливая процесс первичной графитизации, а углекислый газ включается в ранее описанный процесс.

Из таблицы видно, что введение модификатора, состоящего из углекислого бария, кальцинированной соды и карбоната стронция, приводит к десульфурации и дегазации расплава, образующиеся при этом тугоплавкие соединения служат подложками для кристаллизации графита, при этом поверхностно активнее свойства Na, Ba и Sr способствуют измельчению и улучшению формы графита, что приводит к измельчению графита и благоприятному изменению его формы. Данное воздействие влечет за собой повышение физико-механических свойств чугуна.

Механизм воздействия карбоната стронция на медные сплавы (латунь) состоит во взаимодействии стронция с примесями (алюминий, железо) за счет высоких поверхностно-активных свойств с образованием интерметаллидных соединений, удаляемых из расплава борботацией пузырьками CO₂, выделяющимися из ВаСО₃, Na₃СО₃, SrСО₃, при их разложении.

Введение Na и Ва приводит к измельчению структуры за счет увеличения поверхностного натяжения на границе двойной эвтектики и зародыш-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 металла.

Пример осуществления: компоненты модификатора в виде порошков в необходимых количествах засыпаются в бумажный пакет. Расплав чугуна, например, марки СЧ15, выплавленный в вагранке при температуре 1400°C, выдается в разливочный ковш и при этом вводится пакет с модификатором.

Модификатор вводится в расплав в количестве 0,045-0,055% от веса обрабатываемого расплава. Затем металл разливается по формам и при этом разливаются образцы для испытания на механические свойства (таблица).

По аналогичной схеме осуществляется модифицирование расплава латуни, выплавленного в индукционной печи.

п/п Состав смеси Физико-механические свойства СЧ-15 ЛС-59 ВЧ-45 ВаСО₃ NaCO₃ SrCO₃ σ_в кг/мм² НВ σ_в кг/мм² δ, % НВ σ_в кг/мм² δ, % НВ 1 45 10 45 21,0 179 46,5 18,5   48,2 9,0 171 2 40 20 40 21,7 183 47,5 17,0   49,5 2,5 176 3 43 14 43 23,5 190 48,0 15,5   51,4 10,0 176 4 50 15 35 18,3 210 52,2 10,0   10,0 53,5 191 5 30 20 50 17,0 196 43,5 20,6   43,5 11,0 156 6   15,0 210 40,0 10,0   45,0 7,0 163 ГОСТ 1583-92 ГОСТ 17711-93 ГОСТ 7293-85 7 прототип 19,5-20,0 210-220 - - - - -

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства обрабатываемых расплавов высокопрочного чугуна и медных сплавов. 1 табл.

Модифицирующая смесь, используемая для обработки расплавов чугуна и медных сплавов, характеризующаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:
Углекислый барий 40-45 Кальцинированная сода 10-20 Карбонат стронция 40-45