RU2142515C1

RU2142515C1 - Modifier for treatment of liquid metal and alloys

Info

Publication number: RU2142515C1
Application number: RU99100007A
Authority: RU
Inventors: И.Д. Лезник; Ю.С. Павлюков; И.Л. Шкарупа
Original assignee: ООО "Металлургические системы"; Ооо "Кмт"
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 1999-12-10

Abstract

FIELD: metallurgy; ladle and mold modification; applicable in foundry for production of metals and alloys with high mechanical properties. SUBSTANCE: active substance is used in form of aluminium oxide clad with mixture of solid hydrocarbons of methane series, with paraffin. Powder of aluminum oxide has particles sizing 100-200 mcm and converted before cladding to alpha-phase and heated with plasma jet in plasma generator at temperature of 1300-1400 C. EFFECT: sharp increase of mechanical properties of metals and alloys such as, first of all, abrasion resistance and shock resistance with low consumption of modifier --0.005-0.01 wt.% of melt, and simple use.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевому или внутриформенному модифицированию, и может быть использовано в литейном производстве при получении металлов и сплавов с высокими механическими свойствами. The invention relates to metallurgy, in particular to bucket or in-mold modification, and can be used in foundry for the production of metals and alloys with high mechanical properties.

Предложенный модификатор всесторонне проверен при получении чугуна с высоким сопротивлением истиранию. Проведены также исследования, подтверждающие возможность использования данного модификатора при обработке других сплавов на основе железа и легких и цветных металлов. The proposed modifier is comprehensively tested upon receipt of cast iron with high abrasion resistance. Studies have also been carried out confirming the possibility of using this modifier in the processing of other alloys based on iron and light and non-ferrous metals.

Известен модификатор, используемый в способе получения износостойких отливок из чугуна (RU, 2080961 A, 10.06.97, B 22 D 27/20). Этот модификатор представляет собой ультрадисперсный порошок оксида алюминия Al₂O₃ со средним размером частиц не более 0,1 мкм. Применение оксида алюминия существенно увеличивает твердость чугуна и его стойкость к истиранию, однако сопряжено с необходимостью доведения порошка до ультрадисперсного состояния. Кроме того, требуется дополнительное проведение последующей термообработки в виде закалки или отжига с последующей закалкой.Known modifier used in the method of producing wear-resistant castings of cast iron (RU, 2080961 A, 10.06.97, B 22 D 27/20). This modifier is an ultrafine alumina powder Al ₂ O ₃ with an average particle size of not more than 0.1 microns. The use of aluminum oxide significantly increases the hardness of cast iron and its abrasion resistance, however, it is associated with the need to bring the powder to an ultrafine state. In addition, additional heat treatment is required in the form of hardening or annealing followed by hardening.

Известен также принятый в качестве ближайшего аналога модификатор для обработки чугуна, представляющий собой дисперсный порошок карбида алюминия, полученного плазмохимическим синтезом, плакированный твердыми углеводородами метанового ряда, преимущественно парафином (RU, 2069702 A, 27.11.96, C 21 C 1/00). Применение данного модификатора также сопряжено с необходимостью получения карбида кремния с размером частиц (0,1 - 1,0) мкм и подачи его в расплав в довольно значительных объемах - (0,01 - 0,1)% от массы обрабатываемого металла. A modifier for treating cast iron, which is a dispersed powder of aluminum carbide obtained by plasma-chemical synthesis, clad with solid hydrocarbons of the methane series, mainly paraffin (RU, 2069702 A, 11.27.96, C 21 C 1/00), is also known. The use of this modifier is also associated with the need to obtain silicon carbide with a particle size of (0.1 - 1.0) microns and supply it to the melt in quite significant volumes - (0.01 - 0.1)% by weight of the metal being processed.

Для дальнейшего повышения механических свойств металла необходимо резко увеличить в расплаве число центров кристаллизации. Однако добиться этого за счет дальнейшего измельчения порошков-модификаторов практически невозможно из-за большой трудоемкости получения таких порошков и агломерирования ультрадисперсных фракций при вводе их в расплав даже в плакированном виде. To further increase the mechanical properties of the metal, it is necessary to sharply increase the number of crystallization centers in the melt. However, to achieve this due to the further grinding of modifier powders is almost impossible due to the great complexity of obtaining such powders and the agglomeration of ultrafine fractions when they are introduced into the melt even in plated form.

Предложенное изобретение предназначено для резкого повышения механических свойств отливок из различных металлов и сплавов, в том числе стойкости к истиранию, твердости и прочности, а также для снижения трудоемкости и стоимости модифицирования. The proposed invention is intended to dramatically increase the mechanical properties of castings from various metals and alloys, including abrasion resistance, hardness and strength, as well as to reduce the complexity and cost of modification.

Технический результат достигается за счет того, что в модификаторе в виде дисперсного порошка активного вещества, плакированного смесью твердых углеводородов метанового ряда, преимущественно парафином, в качестве активного вещества используют оксид алюминия, причем порошок оксида алюминия имеет размер частиц (100 - 200) мкм и предварительно до плакирования переведен в α-фазу и обработан в плазмотроне плазменной струей при температуре 1300 - 1400^oC.The technical result is achieved due to the fact that in the modifier in the form of a dispersed powder of the active substance clad with a mixture of solid hydrocarbons of the methane series, mainly paraffin, alumina is used as the active substance, and the alumina powder has a particle size of (100-200) microns and previously before cladding transferred to the α-phase and processed in a plasmatron by a plasma jet at a temperature of 1300 - 1400 ^o C.

Получают предложенный модификатор следующим образом. Оксид алюминия Al₂O₃ измельчают до состояния порошка с относительно крупным размером частиц: 100 - 200 микрон. Измельчение производят любым известным способом. После этого оксид алюминия переводят в α-фазу, характеризующуюся кристаллической решеткой вещества. Это достигается, например, выдержкой порошка в тиглях в туннельной печи при температуре около 1450^oC (1400 - 1500^oC) в течение 6 часов. Порошок охлаждают и затем обрабатывают в плазмотроне плазменной струей с температурой (1300 - 1400)^oC, не допуская дальнейшего значительного измельчения частиц. После обработки порошок охлаждают до температуры наружного воздуха, загружают в литьевые машины, добавляют к нему сухой пластификатор (преимущественно парафин), нагревают смесь до температуры около 80^oC, расплавляют, перемешивают и разливают в литьевые формы, в результате чего готовый модификатор имеет вид дозированных таблеток, которые в таком виде вводят в расплав.Get the proposed modifier as follows. Alumina Al ₂ O _{3 is} crushed to a powder with a relatively large particle size: 100 - 200 microns. Grinding is produced by any known method. After that, alumina is transferred to the α phase, characterized by the crystal lattice of the substance. This is achieved, for example, by holding the powder in crucibles in a tunnel furnace at a temperature of about 1450 ^o C (1400 - 1500 ^o C) for 6 hours. The powder is cooled and then treated in a plasmatron with a plasma jet with a temperature of (1300 - 1400) ^o C, preventing further significant grinding of particles. After processing, the powder is cooled to outside temperature, loaded into injection machines, dry plasticizer (mainly paraffin) is added to it, the mixture is heated to a temperature of about 80 ^o C, melted, mixed and poured into injection molds, as a result of which the finished modifier has the form of dosage tablets, which in this form are introduced into the melt.

При обработке порошка оксида алюминия в плазмотроне его кристаллическая решетка приобретает множество трещин, дефектов и источников концентрации напряжений при сохранении в основном исходных размеров частиц (100 - 200) микрон. При последующем тепловом ударе при вводе модификатора в расплав частицы оксида алюминия или агломераты из таких частиц разрываются на множество ультрадисперсных микрочастиц, которые за счет воздействия газовых выделений при термическом разложении пластификатора и сопутствующего этому процессу барботажа равномерно распределяются по всему объему расплава, создавая в нем число центров кристаллизации, не достижимое при использовании других модификаторов. Это в свою очередь приводит к резкому улучшению качества отливок и повышению их механических свойств. When processing aluminum oxide powder in a plasmatron, its crystal lattice acquires many cracks, defects, and sources of stress concentration, while preserving basically the initial particle sizes (100 - 200) microns. During the subsequent heat stroke, when the modifier is introduced into the melt, the alumina particles or agglomerates from these particles break into many ultrafine microparticles, which due to the action of gas evolution during the thermal decomposition of the plasticizer and the accompanying sparging process are uniformly distributed over the entire melt volume, creating the number of centers in it crystallization not achievable when using other modifiers. This in turn leads to a sharp improvement in the quality of castings and an increase in their mechanical properties.

В результате опытных плавок чугуна, обработанного данным модификатором, заявителями на примере помольных шаров подтверждено повышение их стойкости к истиранию в 2-3 раза. Повышается также ударостойкость и прочность шаров. As a result of the experimental castings of cast iron treated with this modifier, the applicants, by the example of grinding balls, confirmed an increase in their resistance to abrasion by 2-3 times. Also increases the impact resistance and durability of the balls.

Высокая эффективность модифицирования обеспечивается при малых расходах модификатора (0,005 - 0,01)% от массы расплава и простоте его ввода в расплав, не требующей специальных режимов, например перегрева металла, и каких-либо специальных устройств для модифицирования. High efficiency of the modification is ensured at low modifier costs (0.005 - 0.01)% of the mass of the melt and the simplicity of its introduction into the melt, which does not require special modes, for example, overheating of the metal, and any special devices for modification.

Claims

A modifier for processing liquid metals and alloys containing dispersed powder of the active substance, clad with a mixture of solid hydrocarbons of the methane series, mainly paraffin, characterized in that aluminum oxide is used as the active substance, and the alumina powder has a particle size of (100-200) microns and previously, before cladding, it was transferred to the α phase and processed in a plasmatron with a plasma jet at 1300 - 1400 ^o C.