Способ получения изделия из легированного железоалюминиевого сплава Российский патент 2024 года по МПК B22D13/00 C22C38/06 C21B15/02 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству легированных железоалюминиевых сплавов путем экзотермической реакции.

Известен способ получения низкоуглеродистой кипящей стали, включающий подготовку термитной смеси, содержащей железную окалину, алюминиевую крошку в качестве восстановителя, обеспечивающую содержание в термитной смеси активного алюминия 17-21 мас.%, и модификаторы, проведение восстановительной реакции с образованием жидкого металла и шлака в графитовом тигле (см. патент РФ 2637735). Такой способ позволяет сократить энергетические затраты при получении низкоуглеродистой кипящей стали и сократить время технологического цикла. Однако данный способ не позволяет получать легированный сплав с высоким содержанием алюминия.

Известен способ получения железоалюминиевого сплава по патенту РФ №2803881, принятому заявителем за прототип, в котором загружают шихту из железной окалины и алюминиевых сплавов в сыпучей форме с содержанием активного алюминия в шихте 22-43 мас.% в графитовый тигель, в котором расплавляют шихту посредством экзотермической реакции и получают железоалюминиевый сплав.

Такой сплав обладает недостаточно высокими прочностными характеристиками, обусловленной крупным размером его зерен, низкой плотностью сплава, определяемой наличием в сплаве газовой и усадочной пористости.

Задачей изобретения является получение изделия из железоалюминиевого сплава, легированного вольфрамом с меньшим размером зерна, без газовой и усадочной пористости, благодаря чему он становится более плотным, прочным, пластичным и износостойким.

Техническим результатом изобретения является получение изделий из железоалюминиевого сплава, легированного вольфрамом с меньшим размером зерна, без газовой и усадочной пористости.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения изделия из легированного железоалюминиевого сплава, включающим загрузку в графитовый тигель шихты, содержащей железную окалину, алюминиевые сплавы в сыпучей форме с содержанием активного алюминия в шихте 22-43 мас.%, расплавление шихты посредством экзотермической реакции в тигле, согласно изобретению в шихту дополнительно вводят шеелитовый концентрат с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.% в количестве 0,1-20 мас.% шихты, образовавшийся легированный железоалюминиевый расплав заливают во вращающуюся форму центробежной литейной машины.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные признаки:

- способ получения изделия из легированного железоалюминиевого сплава,

- включающий загрузку в графитовый тигель шихты,

- содержащей железную окалину,

- алюминиевые сплавы в сыпучей форме с содержанием активного алюминия в шихте 22-43 мас.%,

- расплав шихты посредством экзотермической реакции в тигле.

Отличительные признаки:

- в шихту дополнительно вводят шеелитовый концентрат с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.% в количестве 0,1 – 20 мас.% шихты,

- образовавшийся легированный железоалюминиевый расплав заливают в вращающуюся форму центробежной литейной машины.

Вся совокупность данных признаков приводит к достижению технического результата. Благодаря тому, что расплав получают в графитовом тигле путем экзотермической реакции шихты, содержащей железную окалину, алюминиевые сплавы в сыпучей форме с содержанием активного алюминия в шихте 22-43 мас.% обеспечивается избыточное содержание алюминия в расплаве, вступающего в реакцию с восстановленным железом, в результате чего образуется железоалюминиевый сплав.

Сыпучая форма компонентов обеспечивает равномерность их распределения в составе шихты.

Благодаря тому, что в шихту дополнительно вводят шеелитовый концентрат с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.% в количестве 0,1 – 20 мас.% шихты достигают измельчение размера зерна сплава. Введение в состав шихты менее 0,1 мас.% шеелитового концентрата не оказывает влияния на свойства сплава, а более 20 мас.% не обеспечивает полное прохождение экзотермической реакции в объеме смеси без подведения внешних источников энергии.

Благодаря тому, что образовавшийся легированный железоалюминиевый расплав заливают во вращающуюся форму центробежной литейной машины, под действием инерционных сил происходит удаление газов из расплава, исключаются усадочные явления и повышается его плотность. Также за счет повышения скорости кристаллизации расплава при центробежном литье происходит уменьшение размера зерна сплава.

Способ получения изделия из легированного железоалюминиевого сплава осуществляют следующим образом. Подготавливают шихту, содержащую активный алюминий в количестве 22-43 мас.%, шеелитовый концентрат с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.% в количестве 0,1-20 мас.% шихты, остальное железная окалина. Регулированием содержания активного алюминия, оксида вольфрама, содержащегося в шеелитовом концентрате, и железной окалины в шихте достигается требуемое содержание алюминия и вольфрама в железоалюминиевом сплаве, получаемом в результате экзотермической реакции. Например, для составления шихты массой, например, 1 кг с содержанием 30 мас.% активного алюминия при использовании, например, алюминиевого сплава В95 (ГОСТ 4784-2019, содержащего активного алюминия 86,2 масс. %, его потребуется 0,348 кг. В качестве компонента, содержащего вольфрам в шихте, в нее вносят, шеелитовый концентрат с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.%, например, шеелитовый концентрат Дальневосточного региона РФ следующего химического состава:WO₃ = 53-59 мас.%, Р = 1,7-2,0 мас.%, Мо = 0,021 мас.%, S = 0,25-0,3 мас.%, SiO₂ = 2-4.6 мас.%, СаО = 29 мас.%, в количестве 0,1-20 мас.%. Для получения шихты массой, например, 1 кг, содержащей шеелитового концентрата с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.%, его вносят в количестве 0,1 кг. Полученную шихту перемешивают и помещают в графитовый тигель. Шихту воспламеняют, что приводит к началу экзотермического процесса, протекающего в шихте. Процесс восстановления железа из окислов протекает в тигле со скоростью продвижения фронта жидких фаз 5-15 кг/см⋅м², последовательно продвигаясь по всему объему шихты, заполняющей полость графитового тигля. По завершении экзотермического процесса образуется легированный железоалюминиевый расплав. Полученный расплав выливают в вращающуюся форму машины центробежного литья, например, ЦЛВ-536 производства ООО «СибЛитКом», г. Новосибирск. Вращение проводят до полной кристаллизации расплава.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ получения изделия из легированного железоалюминиевого сплава включает загрузку в графитовый тигель шихты, расплавление ее посредством экзотермической реакции и заливку образовавшегося легированного железоалюминиевого расплава во вращающуюся форму центробежной литейной машины. Шихта содержит железную окалину, алюминиевые сплавы в сыпучей форме с содержанием активного алюминия в шихте 22-43 мас.% и шеелитовый концентрат с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.% в количестве 0,1-20 мас.% шихты. Введение в шихту шеелитового концентрата и повышение скорости кристаллизации при центробежном литье позволяет уменьшить размер зерна сплава. Инерционные силы центробежной литейной машины позволяют удалить газы из расплава, исключить усадочные явления и повысить его плотность. Обеспечивается получение изделий из железоалюминиевого сплава, легированного вольфрамом с уменьшенным размером зерна, без газовой и усадочной пористости. 1 пр.

Способ получения изделия из легированного железоалюминиевого сплава, включающий загрузку в графитовый тигель шихты, содержащей железную окалину, алюминиевые сплавы в сыпучей форме с содержанием активного алюминия в шихте 22-43 мас.%, расплавление шихты посредством экзотермической реакции в тигле, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят шеелитовый концентрат с содержанием оксида вольфрама 53-59 мас.% в количестве 0,1-20 мас.% шихты, образовавшийся легированный железоалюминиевый расплав заливают во вращающуюся форму центробежной литейной машины.