[go: up one dir, main page]

RU2404022C1 - Method of producing doped iron alloy from production wastes - Google Patents

Method of producing doped iron alloy from production wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2404022C1
RU2404022C1 RU2009132761/02A RU2009132761A RU2404022C1 RU 2404022 C1 RU2404022 C1 RU 2404022C1 RU 2009132761/02 A RU2009132761/02 A RU 2009132761/02A RU 2009132761 A RU2009132761 A RU 2009132761A RU 2404022 C1 RU2404022 C1 RU 2404022C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amount
thermite mixture
thermit
mixture
mass
Prior art date
Application number
RU2009132761/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Трофимович Евтушенко (RU)
Алексей Трофимович Евтушенко
Александр Алексеевич Тищенко (RU)
Александр Алексеевич Тищенко
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ)
Priority to RU2009132761/02A priority Critical patent/RU2404022C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2404022C1 publication Critical patent/RU2404022C1/en

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly to method of producing doped iron alloys from iron-containing wastes. 75-80 wt % of cinder and 20-25 wt % of aluminium powder are mixed to produce thermit mix. Note here that, additionally, titanium carbide is added, some 10-12 % of the thermit mix weight, as well as molybdenum in amount of 5-10% of thermit weight, titanium di-boride in amount of 3-5% of thermit weight and silicon-barium ligatures "ñ65Æ4" in amount of 2-3% of thermit mix weight. Mix of powders is loaded into mould, combustion reaction is initiated to stage self-propagating high-temperature synthesis. ^ EFFECT: preset composition, high heat resistance, possibility to use at high cutting rates. ^ 1 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения легированных сплавов железа из железосодержащих отходов производства.The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods for producing alloyed iron alloys from iron-containing production wastes.

Известен способ получения сплава железа из отходов производства, включающий смешивание железной окалины в количестве 70-80 мас.%, железосодержащего порошка в количестве 10-15 мас.% и алюминиевого порошка в количестве 15-20 мас.% с получением термитной смеси, загрузку этих компонентов в тигель и плавление сплава железа самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (патент RU 2192478, МПК7 С21В 15/00, В22F 3/23).A known method of producing an alloy of iron from industrial wastes, including mixing iron oxide in an amount of 70-80 wt.%, Iron-containing powder in an amount of 10-15 wt.% And aluminum powder in an amount of 15-20 wt.% To obtain a thermite mixture, loading these components into a crucible and melting of an iron alloy by self-propagating high-temperature synthesis (patent RU 2192478, IPC 721B 15/00, B22F 3/23).

Основным недостатком этого способа является узкая сфера использования, так как получаемый сплав железа можно применять только в качестве шихты для дальнейшего производства легированных сплавов с дополнительной термообработкой из-за его низкой твердости, составляющей 10 HRC.The main disadvantage of this method is the narrow scope, since the resulting iron alloy can only be used as a mixture for the further production of alloyed alloys with additional heat treatment due to its low hardness of 10 HRC.

Наиболее близким по технической сущности достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ получения сплава железа из отходов производства, включающий получение термитной смеси путем смешивания железной окалины в количестве 75-80 мас.% и алюминиевого порошка в количестве 20-25 мас.%, введение в термитную смесь при смешивании карбида титана в количестве 10-14% массы термитной смеси, борида титана в количестве 3-5% массы термитной смеси и хрома в количестве 4-5% массы термитной смеси, загрузку и плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом. При температуре 750° полученный сплав имеет твердость до 36 HRC (патент RU 2277456, МПК8 В22F 3/23, С22С 33/02, С21В 15/02).The closest in technical essence the achieved result to the proposed invention (prototype) is a method for producing an iron alloy from industrial wastes, which includes obtaining a thermite mixture by mixing iron oxide in an amount of 75-80 wt.% And aluminum powder in an amount of 20-25 wt.%, the introduction into the thermite mixture when mixing titanium carbide in an amount of 10-14% of the mass of the thermite mixture, titanium boride in the amount of 3-5% of the mass of the thermite mixture and chromium in the amount of 4-5% of the mass of the thermite mixture, loading and melting the mixture propagating high temperature synthesis. At a temperature of 750 ° the resulting alloy has a hardness of up to 36 HRC (patent RU 2277456, IPC8 B22F 3/23, C22C 33/02, C21B 15/02).

Основным недостатком вышеописанного способа является узкая сфера использования, так как получаемый сплав железа можно применять только в качестве штампового инструмента и режущего инструмента исключительно при низких скоростях резания из-за низкой твердости при высоких температурах, обусловленной пониженной теплостойкостью.The main disadvantage of the above method is the narrow scope, since the resulting iron alloy can only be used as a stamping tool and cutting tool exclusively at low cutting speeds due to low hardness at high temperatures due to reduced heat resistance.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения сферы использования путем обеспечения возможности получения легированных сплавов с заранее заданными составами и необходимыми свойствами, применяемых для повышения теплостойкости инструмента, в качестве материала для штампового инструмента и режущего инструмента при высоких скоростях резания вследствие повышенной твердости при высоких температурах, обусловленной высокой теплостойкостью.The present invention solves the problem of expanding the scope of use by providing the possibility of obtaining alloyed alloys with predetermined compositions and the necessary properties used to increase the heat resistance of the tool, as a material for a stamping tool and cutting tool at high cutting speeds due to increased hardness at high temperatures due to high heat resistance .

Поставленная задача решается тем, что в способе получения легированного сплава железа из отходов производства, включающем получение термитной смеси путем смешивания железной окалины в количестве 75-80 мас.% и алюминиевого порошка в количестве 20-25 мас.%, введение в термитную смесь при смешивании карбида титана, загрузку и плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, согласно изобретению в термитную смесь при смешивании карбид титана вводят в количестве 10-12% массы термитной смеси и дополнительно вводят молибден в количестве 5-10% массы термитной смеси, диборид титана в количестве 3-5% массы термитной смеси и силикобариевую лигатуру ФС65Ва4 в количестве 2-3% массы термитной смеси.The problem is solved in that in a method for producing a doped iron alloy from waste products, including obtaining a thermite mixture by mixing iron oxide in an amount of 75-80 wt.% And aluminum powder in an amount of 20-25 wt.%, The introduction of a thermite mixture during mixing titanium carbide, loading and melting the mixture by self-propagating high-temperature synthesis, according to the invention, when mixing titanium carbide in the amount of 10-12% by weight of the thermite mixture is introduced into the thermite mixture and molybdenum is additionally introduced into the amount of 5-10% of the mass of the thermite mixture, titanium diboride in the amount of 3-5% of the mass of the thermite mixture and silicobarium ligature FS65Va 4 in the amount of 2-3% of the mass of the thermite mixture.

(Получение легированных сплавов с заранее заданными составами и необходимыми свойствами обусловлено образованием в реакционной зоне при плавлении по заявляемому способу сплава интерметаллида с карбидами и боридами железа, титана, молибдена, хрома и оксида алюминия с твердостью до 67-69 HRC, который используют как быстрорежущую сталь без дополнительной термообработки для обеспечения высокой твердости, что необходимо при реализации способа, выбранного в качестве прототипа. Режущие свойства не уступают быстрорежущей стали Р6М5 при скорости резания 55 м/мин.(The preparation of alloyed alloys with predetermined compositions and necessary properties is due to the formation of an alloy of intermetallide with carbides and borides of iron, titanium, molybdenum, chromium and aluminum oxide with a hardness of up to 67-69 HRC in the reaction zone during melting according to the claimed method, which is used as high-speed steel without additional heat treatment to ensure high hardness, which is necessary when implementing the method selected as a prototype. Cutting properties are not inferior to high-speed steel P6M5 at speed cutting 55 m / min.

Введение при смешивании заявляемых легирующих добавок повышает скорость горения и температуру реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, увеличивает количество тепла, жидкотекучесть, что позволяет получить слитки любых конфигураций с твердостью до 67-69 HRC.Introduction when mixing the inventive alloying additives increases the burning rate and reaction temperature of self-propagating high-temperature synthesis, increases the amount of heat, fluidity, which allows to obtain ingots of any configuration with a hardness of up to 67-69 HRC.

Количество карбида титана, составляющее 10-12% массы термитной смеси, является оптимальным, так как при содержании карбида титана в термитной смеси менее 10% реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза протекает без повышения скорости и температуры горения и количества выделяемого тепла, а при содержании карбида титана в термитной смеси более 12% реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза затухает.The amount of titanium carbide, amounting to 10-12% of the mass of the thermite mixture, is optimal, since when the titanium carbide content in the thermite mixture is less than 10%, the reaction of self-propagating high-temperature synthesis proceeds without increasing the combustion speed and temperature and the amount of heat released, and when the titanium carbide content a thermite mixture of more than 12%, the reaction of self-propagating high-temperature synthesis fades.

Содержание в легированном сплаве молибдена, составляющее 5-10% массы термитной смеси, и диборида титана, составляющее 3-5% массы термитной смеси, являются оптимальными, так как выделяемое термитной смесью количество теплоты достаточно для их полного расплава. Таким образом, введение молибдена и диборида титана позволяют повысить теплостойкость и, следовательно, твердость получаемого легированного сплава. При температуре 750° полученный сплав имеет твердость до 56 HRC. При меньшем содержании в сплаве каждого из этих легирующих элементов не достигается необходимая твердость, а при большем - реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза затухает.The content in the alloyed alloy of molybdenum, comprising 5-10% of the mass of the thermite mixture, and titanium diboride, comprising 3-5% of the mass of the thermite mixture, are optimal, since the amount of heat released by the thermite mixture is sufficient for their complete melt. Thus, the introduction of molybdenum and titanium diboride can increase the heat resistance and, consequently, the hardness of the resulting alloyed alloy. At a temperature of 750 °, the resulting alloy has a hardness of up to 56 HRC. With a lower content of each of these alloying elements in the alloy, the required hardness is not achieved, and with a higher content, the reaction of self-propagating high-temperature synthesis dies.

Количество силикобариевой лигатуры ФС65 Ва4 (ТУ 14-5-160-84), содержащей, мас.%: железо 25-30; кремний 65-67%; барий 4-4,5%, составляющее 2-3% массы термитной смеси, является оптимальным, так как выделяемое термитной смесью количество теплоты достаточно для его полного расплава. При меньшем содержании в сплаве этого легирующего элемента не достигается необходимая пористость, а при большем - шихта полностью не проплавляется. Введение силикобариевой лигатуры ФС65Ва4 обеспечивает более полное раскисление сплава, способствует получению монолитного слитка, снижает образование пор, повышает процент выхода металлической фазы до 60%.The amount of silicobarium ligature FS65 Ba4 (TU 14-5-160-84), containing, wt.%: Iron 25-30; silicon 65-67%; 4–4.5% barium, which is 2–3% of the mass of the thermite mixture, is optimal, since the amount of heat released by the thermite mixture is sufficient for its complete melt. With a lower content of this alloying element in the alloy, the required porosity is not achieved, and with a larger content, the charge is not completely melted. The introduction of FS65Va 4 silicobarium ligature provides a more complete deoxidation of the alloy, contributes to the production of a monolithic ingot, reduces the formation of pores, and increases the yield of the metal phase up to 60%.

Способ получения легированного сплава железа из отходов производства осуществляется следующим образом. Производят дозирование и смешивание в смесителе железной окалины в количестве 75-80 мас.% и алюминиевого порошка в количестве 20-25 мас.% с получением термитной смеси. При смешивании в качестве легирующих добавок вводят карбид титана в количестве, равном 10-12% массы термитной смеси, молибден в количестве, равном 5-10% массы термитной смеси, диборид титана в количестве, равном 3-5% массы термитной смеси, и силикобариевую лигатуру ФС65Ва4 в количестве, равном 2-3% массы термитной смеси.A method of obtaining a doped alloy of iron from waste products is as follows. Dosing and mixing in the mixer of iron oxide in the amount of 75-80 wt.% And aluminum powder in the amount of 20-25 wt.% To produce a termite mixture. When mixing as alloying additives, titanium carbide is introduced in an amount equal to 10-12% of the mass of the thermite mixture, molybdenum in an amount equal to 5-10% of the mass of the thermite mixture, titanium diboride in an amount equal to 3-5% of the mass of the thermite mixture, and silicobarium ligature FS65VA 4 in an amount equal to 2-3% of the mass of the termite mixture.

Затем термитную смесь и легирующие добавки загружают в форму. Инициируют начало реакции горения и проводят плавление термитной смеси с карбидом титана, молибденом, диборидом титана и силикобариевой лигатурой в режиме горения путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза за счет тепла химической реакции термосинтеза вышеуказанных компонентов. Образующийся в реакционной зоне легированный сплав скапливается на дне формы, а другие примеси переходят в шлак.Then the thermite mixture and alloying additives are loaded into the mold. The combustion reaction is initiated and the thermite mixture is melted with titanium carbide, molybdenum, titanium diboride and silicobarium ligature in the combustion mode by means of self-propagating high-temperature synthesis due to the heat of the chemical reaction of thermosynthesis of the above components. The alloyed alloy formed in the reaction zone accumulates at the bottom of the mold, and other impurities pass into the slag.

Пример конкретного выполнения способа получения легированного сплава железа из отходов производства. Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения использовали молотую железную окалину, отходы кузнечного производства, дисперсность которых определяли проходом через сито 0,16 мм, порошок алюминия АСД-1, порошки карбида титана, молибдена, диборида титана и силикобариевой лигатуры ФС65 Ва4 с дисперсностью 0,063 мм. Порошки дозировались в заданном соотношении на аналитических весах с точностью до 0,001 г, механически смешивались всухую в атмосфере воздуха в смесителе типа "пьяная бочка" партиями по 200 г в течение 4 часов. Полученные образцы шихты загружали в сборные металлические формы и инициировали реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с помощью кратковременного теплового импульса. Под действием выделенного при горении термитной смеси тепла реакции, необходимого для плавления образцов шихты из смеси железной окалины, порошков алюминия, карбида титана, молибдена, диборида титана и силикобариевой лигатуры, происходило плавление шихты в режиме горения. Реакция горения протекала бурно с достаточными температурой и количеством тепла, чтобы вступили в реакцию легирующие добавки. Температура и скорость горения, количество выделяемой теплоты при реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза были достаточными для получения по заявляемой технологии легированного сплава. Жидкий металл опускался на дно формы. Оксид алюминия и другие примеси переходили в шлак. Получали комплексный металлический слиток сплава интерметаллида из железа, титана, и молибдена с их карбидами и боридами твердостью до 67-69 HRC. Выход годного слитка составил 60%. Легированный сплав, изготовленный по заявляемой технологии, можно использовать без дополнительной термообработки как быстрорежущую сталь для изготовления режущего инструмента.An example of a specific implementation of the method for producing a doped alloy of iron from waste products. For experimental verification of the proposed technical solution, ground iron oxide, blacksmith waste, the dispersion of which was determined by passing through a sieve of 0.16 mm, aluminum powder ASD-1, powders of titanium carbide, molybdenum, titanium diboride and silicobarium ligature FS65 Ba4 with a dispersion of 0.063 mm, were used. The powders were dosed in a predetermined ratio on an analytical balance with an accuracy of 0.001 g, mechanically mixed dry in an air atmosphere in a drunk barrel mixer in batches of 200 g for 4 hours. The obtained samples of the charge were loaded into prefabricated metal forms and initiated the reaction of self-propagating high-temperature synthesis using a short-term thermal pulse. Under the action of the reaction heat released during the burning of the thermite mixture, necessary for melting the mixture samples from a mixture of iron oxide, aluminum powders, titanium carbide, molybdenum, titanium diboride and silicobarium ligature, the mixture was melted in the combustion mode. The combustion reaction proceeded vigorously with a sufficient temperature and amount of heat so that dopants would react. The temperature and burning rate, the amount of heat released during the reaction of self-propagating high-temperature synthesis were sufficient to obtain a doped alloy according to the claimed technology. Liquid metal sank to the bottom of the mold. Alumina and other impurities passed into the slag. A complex metal ingot of an intermetallic alloy of iron, titanium, and molybdenum with their carbides and borides with a hardness of up to 67-69 HRC was obtained. The yield of the ingot was 60%. Alloyed alloy made by the claimed technology can be used without additional heat treatment as high-speed steel for the manufacture of cutting tools.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения легированного сплава железа из отходов производства обеспечивает получение сплава заданного состава с определенными свойствами, обладающего высокой твердостью при повышенных температурах, полноту утилизации производственных отходов, улучшение экологической обстановки и достаточно низкий расход электроэнергии вследствие отсутствия дополнительной термообработки для получения высокой твердости.Thus, the use of the proposed method for producing a doped alloy of iron from industrial wastes provides an alloy of a given composition with certain properties, having high hardness at elevated temperatures, the completeness of utilization of industrial waste, improving the environmental situation and a fairly low energy consumption due to the absence of additional heat treatment to obtain high hardness .

Claims (1)

Способ получения легированного сплава железа из отходов производства, включающий получение термитной смеси путем смешивания железной окалины в количестве 75-80 мас.% и алюминиевого порошка в количестве 20-25 мас.%, введение в термитную смесь при смешивании карбида титана, загрузку и плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, отличающийся тем, что в термитную смесь при смешивании карбид титана вводят в количестве 10-12% массы термитной смеси и дополнительно вводят молибден в количестве 5-10% массы термитной смеси, диборид титана в количестве 3-5% массы термитной смеси и силикобариевую лигатуру ФС65Ва4 в количестве 2-3% массы термитной смеси. A method of producing a doped iron alloy from waste products, including obtaining a thermite mixture by mixing iron oxide in an amount of 75-80 wt.% And aluminum powder in an amount of 20-25 wt.%, Introducing titanium carbide into a thermite mixture when mixing, loading and melting the mixture self-propagating high-temperature synthesis, characterized in that titanium carbide is introduced into the thermite mixture during mixing in an amount of 10-12% of the mass of the thermite mixture and molybdenum is additionally introduced in the amount of 5-10% of the mass of the thermite mixture, dibor titanium id in the amount of 3-5% of the mass of the thermite mixture and silicobarium ligature FS65Va 4 in the amount of 2-3% of the mass of the thermite mixture.
RU2009132761/02A 2009-08-31 2009-08-31 Method of producing doped iron alloy from production wastes RU2404022C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132761/02A RU2404022C1 (en) 2009-08-31 2009-08-31 Method of producing doped iron alloy from production wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132761/02A RU2404022C1 (en) 2009-08-31 2009-08-31 Method of producing doped iron alloy from production wastes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2404022C1 true RU2404022C1 (en) 2010-11-20

Family

ID=44058383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009132761/02A RU2404022C1 (en) 2009-08-31 2009-08-31 Method of producing doped iron alloy from production wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2404022C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2101136C1 (en) * 1996-03-26 1998-01-10 Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова Mixture for production of porous permeable material
RU2192478C1 (en) * 2001-06-08 2002-11-10 Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова Method of production of iron alloy from industrial waste
RU2277456C1 (en) * 2004-10-20 2006-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of producing dopediron alloy from industrial wastes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2101136C1 (en) * 1996-03-26 1998-01-10 Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова Mixture for production of porous permeable material
RU2192478C1 (en) * 2001-06-08 2002-11-10 Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова Method of production of iron alloy from industrial waste
RU2277456C1 (en) * 2004-10-20 2006-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of producing dopediron alloy from industrial wastes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2733772C1 (en) Method of making ferrovanadium alloys based on aluminothermic self-propagating gradient reduction and slag refining
Tengfei et al. Microstructure of Al-Ti-B-Er refiner and its grain refining performance
CN101608270A (en) A high-efficiency and low-cost aluminum and aluminum alloy refiner and preparation method thereof
EP0330668A1 (en) PROCESS FOR FORMING SECOND PHASE COMPOSITES OF A METAL, AND PRODUCT OBTAINED.
CN103060642A (en) High-strength aluminum alloy subjected to carbonitride complex treatment and preparation method thereof
CN102791893B (en) Nanoparticle Reinforced Aluminum Matrix Composite Material and Its Production Process
CN101219470A (en) Production method for reacting to synthesize Ti5Si3 particle gradient reinforcing cast aluminum base composite material
EA035488B1 (en) METHOD FOR PRODUCING ELECTRODES FROM ALLOYS BASED ON NICKEL ALUMINIDE
CN105925918B (en) A kind of preparation method of aluminum oxide-silicon carbide whisker reinforced cold work die steel material
RU2277456C1 (en) Method of producing dopediron alloy from industrial wastes
RU2262415C1 (en) Method of producing iron alloy from production waste
CN103131921A (en) High-strength aluminum alloy processed through nickel carbide and preparation method thereof
RU2448178C2 (en) Method for obtaining castable composite alloy of titanium aluminium carbide
RU2404022C1 (en) Method of producing doped iron alloy from production wastes
RU2567779C1 (en) Method of producing of modified aluminium alloys
Bandyopadhyay et al. Synthesis and characterization of TiC-reinforced iron-based composites Part I On synthesis and microstructural characterization
RU2432411C1 (en) Procedure for production of alunimium-silicon alloy
RU2404023C1 (en) Method of producing doped iron alloy from production wastes
RU2419654C1 (en) Method of producing dopped iron alloy from production wastes
Gostishchev et al. High-temperature synthesis of composites based on nickel aluminides
RU2295424C1 (en) Method for producing alloy from iron-containing production process rejected materials
RU2419655C1 (en) Method of producing dopped iron alloy from production wastes
RU2739898C1 (en) Method of producing composite metal alloy containing titanium carbide
Manasheva et al. Development and application of SHS ferrosilicon nitride to increase the resistance of taphole clays for blast furnaces
CN100443606C (en) A kind of silicon-based master alloy and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110901