RU2848705C1 - Method for obtaining iron-containing functional gradient casting from thermit charge - Google Patents
Method for obtaining iron-containing functional gradient casting from thermit chargeInfo
- Publication number
- RU2848705C1 RU2848705C1 RU2025109316A RU2025109316A RU2848705C1 RU 2848705 C1 RU2848705 C1 RU 2848705C1 RU 2025109316 A RU2025109316 A RU 2025109316A RU 2025109316 A RU2025109316 A RU 2025109316A RU 2848705 C1 RU2848705 C1 RU 2848705C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- casting
- iron
- thermite
- cavity
- functionally graded
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам получения из термитной шихты железосодержащей функционально-градиентной отливки, и может быть использовано в машиностроительной отрасли.The invention relates to foundry production, in particular to methods for producing an iron-containing functionally graded casting from a thermite charge, and can be used in the mechanical engineering industry.
Известен способ получения стальных отливок, осуществляемый по патенту РФ № 2367540, согласно которому изготавливают литейную форму с элементами литниково-питающей системы, полость литейной формы заполняют термитной смесью, воспламеняют ее верхнюю часть газопламенной горелкой для проведения экзотермической реакции с образованием в литейной форме стального расплава и его последующим затвердеванием. Такой способ позволяет получать стальные отливки из отходов металлургического производства. Однако реализация такого способа, ввиду использования термитной смеси однородной по химическому составу, не позволяет получать функционально-градиентные отливки, характеризующиеся участками, отличающимися друг от друга по химическому составу, структуре и свойствам, а также плавной переходной зоной между такими участками. A known method for producing steel castings, according to Russian Patent No. 2367540, involves fabricating a casting mold with elements of a gating system. The mold cavity is filled with a thermite mixture, and the upper portion is ignited with a gas-flame torch to initiate an exothermic reaction, forming molten steel within the mold and allowing it to solidify. This method allows for the production of steel castings from metallurgical waste. However, due to the use of a thermite mixture that is chemically homogeneous, this method does not allow for the production of functionally graded castings, characterized by regions differing in chemical composition, structure, and properties, as well as a smooth transition zone between these regions.
Задачей изобретения является получение из термитной шихты железосодержащих функционально-градиентных отливок, предназначенных для формирования изделий, участки которых могут эксплуатироваться в различных средах, условиях нагружения или температурах.The objective of the invention is to obtain, from a thermite charge, iron-containing functionally graded castings intended for the formation of products, sections of which can be used in various environments, loading conditions or temperatures.
Достигаемый при этом технический результат заключается в получении из термитной шихты железосодержащей функционально-градиентной отливки с участками, отличающимися друг от друга физико-механическими свойствами, химическим составом и структурой, а также плавной переходной зоной между такими участками.The technical result achieved in this way consists of obtaining from the thermite charge an iron-containing functionally graded casting with sections that differ from each other in physical and mechanical properties, chemical composition and structure, as well as a smooth transition zone between such sections.
Указанная задача решается благодаря тому, что в способе получения железосодержащей функционально-градиентной отливки из термитной шихты, включающем изготовление литейной формы, заполнение ее полости термитной шихтой, воспламенение термитной шихты с образованием в литейной форме железосодержащего расплава, предусмотрены следующие отличия: термитную шихту дозами, различными по химическому составу, последовательно размещают в горизонтальной формообразующей полости литейной формы по её длине.The stated problem is solved due to the fact that the method for producing an iron-containing functionally graded casting from a thermite charge, which includes the production of a casting mold, filling its cavity with the thermite charge, and igniting the thermite charge to form an iron-containing melt in the casting mold, has the following differences: the thermite charge in doses varying in chemical composition is successively placed in the horizontal mold-forming cavity of the casting mold along its length.
Вся совокупность признаков способа обеспечивает получение из термитной шихты железосодержащей функционально-градиентной отливки с участками, отличающимися друг от друга физико-механическими свойствами, химическим составом и структурой, а также плавной переходной зоной между такими участками.The entire set of features of the method ensures the production of an iron-containing functionally graded casting from the thermite charge with sections that differ from each other in physical and mechanical properties, chemical composition and structure, as well as a smooth transition zone between such sections.
Благодаря тому, что термитную шихту в литейную форму помещают дозами, различными между собой по химическому составу, реализуется возможность формирования участков отливки из сплавов, различающихся друг от друга по физико-механическим свойствам, химическим составам и структурам, а также плавной переходной зоной между такими участками.Due to the fact that the thermite charge is placed into the casting mold in doses that differ from each other in chemical composition, it is possible to form sections of the casting from alloys that differ from each other in physical and mechanical properties, chemical compositions and structures, as well as a smooth transition zone between such sections.
Выполнение горизонтально-ориентированной протяженной формообразующей полости в литейной форме, а также последовательное размещение доз термитной шихты, отличающихся между собой по химическому составу, обеспечивает создание условий, при которых образующиеся в результате расплавы железосодержащих сплавов, принадлежащих разным участкам отливки, не перемешиваются по всему объему, а между участками возникают плавные переходные градиентные зоны, характеризующиеся свойствами, принадлежащими контактирующим участкам.The creation of a horizontally oriented, extended forming cavity in the casting mold, as well as the sequential placement of doses of thermite charge, differing from each other in chemical composition, ensures the creation of conditions under which the resulting melts of iron-containing alloys belonging to different sections of the casting do not mix throughout the entire volume, and smooth transitional gradient zones arise between the sections, characterized by properties belonging to the contacting sections.
Принцип действия способа получения железосодержащей функционально-градиентной отливки из термитной шихты поясняется чертежом. На фиг.1 представлен разрез литейной формы 1 с открытым верхом, предназначенной для получения железосодержащей функционально-градиентной отливки, состоящей из двух участков, в которой выполнена горизонтально-ориентированная протяженная формообразующая полость 2. Внутри горизонтально-ориентированной протяженной формообразующей полости 2 размещена перегородка 3, выполняющая роль разделителя разных по химическому составу термитных шихт 4 и 5. На фиг.2 представлено схематичное пояснение конечной стадии процесса получения железосодержащей функционально-градиентной отливки из термитной шихты, где отмечены участки 6 и 7, помеченные, например, как Ст3 и Fe-Al сплав соответственно. Между участками 6 и 7 образуется плавная переходная градиентная зона 8 железосодержащей функционально-градиентной отливки.The operating principle of the method for producing an iron-containing functionally graded casting from a thermite charge is explained in the drawing. Fig. 1 shows a section of a casting mold 1 with an open top, intended for producing an iron-containing functionally graded casting, consisting of two sections, in which a horizontally oriented extended mold-forming cavity 2 is formed. Inside the horizontally oriented extended mold-forming cavity 2, a partition 3 is located, acting as a separator between thermite charges 4 and 5 of different chemical composition. Fig. 2 shows a schematic explanation of the final stage of the process for producing an iron-containing functionally graded casting from a thermite charge, where sections 6 and 7 are marked, labeled, for example, as St3 and Fe-Al alloy, respectively. Between sections 6 and 7, a smooth transition gradient zone 8 of the iron-containing functionally graded casting is formed.
Способ получения железосодержащей функционально-градиентной отливки из термитной шихты осуществляют следующим образом. Внутрь горизонтально-ориентированной протяженной формообразующей полости 2 литейной формы 1, выполненной, например, из графитированного электрода марки ЭГ15, устанавливают перегородку 3, выполненную в виде пластины, например, из материала Ст3. В образующиеся участки формообразующей полости 2 помещают дозы различных по химическому составу термитных шихт 4 и 5. The method for producing an iron-containing functionally graded casting from a thermite charge is as follows. A partition 3, formed as a plate, such as St3, is installed within a horizontally oriented, extended mold cavity 2 of a casting mold 1, made, for example, from an EG15 graphite electrode. Doses of thermite charges 4 and 5 of different chemical compositions are placed into the resulting sections of the mold cavity 2.
Для получения железосодержащей функционально-градиентной отливки, состоящей, например, из двух участков, с химическими составами, соответствующими низкоуглеродистой стали (позиция 6 фиг.2) и железоалюминиевому сплаву (позиция 7 фиг.2), подготавливают термитные шихты, представленные на фиг.1 позициями 4 и 5. To obtain an iron-containing functionally graded casting, consisting, for example, of two sections, with chemical compositions corresponding to low-carbon steel (position 6 of Fig. 2) and an iron-aluminum alloy (position 7 of Fig. 2), thermite charges are prepared, shown in Fig. 1 by positions 4 and 5.
Термитную шихту 4, предназначенную для получения участка отливки из низкоуглеродистой стали, подготавливают, например, согласно патенту РФ 2637735, в котором указано, что если термитная шихта содержит 17-21 мас.% активного алюминия, то в результате экзотермической реакции образуется низкоуглеродистая сталь. Содержание активного алюминия в термитной шихте 4, составляет, например, 21,55 мас.%. Для получения термитной шихты, содержащей 21,55 мас.% активного алюминия, можно взять крупку алюминиевого сплава В95 в количестве 25 мас.%. Поскольку сплав В95 содержит 86,2 мас.% алюминия, то количество активного алюминия можно определить по формуле 25⋅0,862=21,55. Остальное: железная окалина, примеси и модификаторы. Thermite charge 4, intended for producing a low-carbon steel casting section, is prepared, for example, according to Russian patent 2637735, which states that if the thermite charge contains 17-21 wt.% active aluminum, then low-carbon steel is formed as a result of the exothermic reaction. The content of active aluminum in thermite charge 4 is, for example, 21.55 wt.%. To obtain a thermite charge containing 21.55 wt.% active aluminum, 25 wt.% of aluminum alloy B95 grit can be used. Since the B95 alloy contains 86.2 wt.% aluminum, the amount of active aluminum can be determined by the formula 25⋅0.862=21.55. The rest is iron scale, impurities, and modifiers.
Термитную шихту 5, предназначенную для получения участка отливки из железоалюминиевого сплава, подготавливают, например, согласно источнику [Жилин С.Г., Предеин В.В., Худякова В.А., Богданова Н.А. Влияние нагрева термитной шихты на структуру и свойства слитка интерметаллидного сплава на основе Fe-Al, получаемого экзотермическим переплавом // Металлург. 2024. № 11. С. 94-101.], в котором утверждается, что если содержание активного алюминия в термитных шихтах принадлежит диапазону значений 25 - 65 мас.%, то при экзотермическом переплаве образуются железоалюминиевые расплавы. Содержание активного алюминия в термитной шихте 5 составляет, например 40 мас.%.The thermite charge 5, intended for obtaining a section of a casting from an iron-aluminum alloy, is prepared, for example, according to the source [Zhilin S.G., Predein V.V., Khudyakova V.A., Bogdanova N.A. The effect of heating the thermite charge on the structure and properties of an ingot of an intermetallic alloy based on Fe-Al, obtained by exothermic remelting // Metallurgist. 2024. No. 11. pp. 94-101.], which states that if the content of active aluminum in the thermite charges belongs to the range of 25 - 65 wt.%, then iron-aluminum melts are formed during exothermic remelting. The content of active aluminum in the thermite charge 5 is, for example, 40 wt.%.
По завершении заполнения дозами термитных шихт 4 и 5 горизонтально-ориентированной протяженной формообразующей полости 2 литейной формы 1, извлекают перегородку 3, на поверхности термитных шихт 4 и 5 насыпают воспламенительный состав (например, смесь, состоящую из 23 мас.% алюминиевой пудры марки ПАП2 и 77 мас.% железной окалины фракций до 0,2 мм) в количестве, например 5 грамм, который воспламеняют, например, при помощи искрового устройства.Upon completion of filling the horizontally oriented extended mold-forming cavity 2 of the casting mold 1 with thermite batches 4 and 5, the partition 3 is removed, and an igniter composition (for example, a mixture consisting of 23 wt.% of aluminum powder of the PAP2 brand and 77 wt.% of iron scale of fractions up to 0.2 mm) is poured onto the surfaces of thermite batches 4 and 5 in an amount of, for example, 5 grams, which is ignited, for example, using a spark device.
Экзотермическая реакция последовательно продвигается по всему объему термитных шихт 4 и 5 в направлении сверху-вниз и проходит по основным реакциям:The exothermic reaction progresses sequentially throughout the entire volume of thermite mixtures 4 and 5 in the top-down direction and goes through the main reactions:
3FeO+2Al=Al2O3+3Fe, 3FeO+2Al=Al 2 O 3 +3Fe,
Fe2O3+2А1=Al2O3+2Fe.Fe 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Fe.
В горизонтально-ориентированной протяженной формообразующей полости 2 литейной формы 1 формируются расплавы железосодержащих сплавов, а именно низкоуглеродистой стали Ст3 и железоалюминиевого Fe-Al сплава, обозначенных на фиг.2 позициями 6 и 7 с образованием между ними плавной градиентной переходной зоны 8, которые затвердевают в течение около 5 минут. На поверхности полученной железосодержащей функционально-градиентной отливки образуется шлак. После затвердевания из литейной формы 1 извлекают железосодержащую функционально-градиентную отливку с участками, выполненными, например, в данном случае, из конструкционной низкоуглеродистой стали марки Ст3 и железоалюминиевого Fe-Al сплава с плавной градиентной переходной зоной между ними.In the horizontally oriented, extended forming cavity 2 of the casting mold 1, melts of iron-containing alloys are formed, namely, low-carbon steel grade St3 and an iron-aluminum Fe-Al alloy, designated in Fig. 2 by positions 6 and 7, with the formation of a smooth gradient transition zone 8 between them, which solidify within approximately 5 minutes. Slag forms on the surface of the resulting iron-containing functionally graded casting. After solidification, the iron-containing functionally graded casting is removed from the casting mold 1, containing sections made, for example, in this case, of low-carbon structural steel grade St3 and an iron-aluminum Fe-Al alloy with a smooth gradient transition zone between them.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2848705C1 true RU2848705C1 (en) | 2025-10-21 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU198553A1 (en) * | METHOD OF MAKING BIMETALLIC PRODUCTS | |||
| SU56228A1 (en) * | 1937-02-07 | 1938-11-30 | М.А. Карасев | The method of preparation of cast thermite |
| SU577084A1 (en) * | 1976-05-18 | 1977-10-25 | Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности | Method of manufacturing laminated tubes from powder materials and apparatus for performing same |
| US4701213A (en) * | 1985-12-26 | 1987-10-20 | Judkins Kenneth R | Reduction of iron ore concentrates with magnesium or aluminum |
| DE8436295U1 (en) * | 1984-12-12 | 1988-12-22 | Gebrüder Lüngen GmbH & Co KG, 4006 Erkrath | Feeder for castings made from exothermic heating mass |
| RU2367540C2 (en) * | 2006-07-20 | 2009-09-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of receiving of steel castings |
| CN103170598A (en) * | 2011-12-24 | 2013-06-26 | 北京航空航天大学 | Synthesis of Nano-Al2O3 Particle Reinforced Composite Material by Thermite Reaction and Its Preparation Method |
| RU2675809C1 (en) * | 2018-03-28 | 2018-12-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Device for steel producing |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU198553A1 (en) * | METHOD OF MAKING BIMETALLIC PRODUCTS | |||
| SU56228A1 (en) * | 1937-02-07 | 1938-11-30 | М.А. Карасев | The method of preparation of cast thermite |
| SU577084A1 (en) * | 1976-05-18 | 1977-10-25 | Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности | Method of manufacturing laminated tubes from powder materials and apparatus for performing same |
| DE8436295U1 (en) * | 1984-12-12 | 1988-12-22 | Gebrüder Lüngen GmbH & Co KG, 4006 Erkrath | Feeder for castings made from exothermic heating mass |
| US4701213A (en) * | 1985-12-26 | 1987-10-20 | Judkins Kenneth R | Reduction of iron ore concentrates with magnesium or aluminum |
| RU2367540C2 (en) * | 2006-07-20 | 2009-09-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of receiving of steel castings |
| CN103170598A (en) * | 2011-12-24 | 2013-06-26 | 北京航空航天大学 | Synthesis of Nano-Al2O3 Particle Reinforced Composite Material by Thermite Reaction and Its Preparation Method |
| RU2675809C1 (en) * | 2018-03-28 | 2018-12-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Device for steel producing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3702243A (en) | Method of preparing deoxidized steel | |
| RU2848705C1 (en) | Method for obtaining iron-containing functional gradient casting from thermit charge | |
| US2294169A (en) | Casting iron and steel | |
| CN114700461A (en) | Casting method of thin-wall nodular iron casting capable of eliminating free cementite | |
| RU2850598C1 (en) | Method for obtaining iron-containing slag from thermitic mixture | |
| EA000224B1 (en) | A method of aluminothermic welding of rails by pouring intermediate metal with alloying in the zone of rail head | |
| US3367395A (en) | Method and apparatus for treating molten metals | |
| US1374509A (en) | Art of hardening metal | |
| US2791816A (en) | Method of applying exothermic material to the hot-top of steel | |
| JPH01186240A (en) | Reduced pressure vibration casting method | |
| US4055881A (en) | Method of rebuilding an ingot mold | |
| RU2367540C2 (en) | Method of receiving of steel castings | |
| RU223237U1 (en) | Graphite crucible for producing iron-containing alloy | |
| SU1576231A1 (en) | Method of producing reinforced castings | |
| SU889271A1 (en) | Method of centrifugal casting of bimetallic works | |
| RU2833070C1 (en) | Method of producing centrifugally cast iron-carbon crucible with protective layer on inner surface | |
| RU2367539C2 (en) | Method of receiving of steel castings | |
| RU2058397C1 (en) | Method for production of complex modifier in coreless induction furnace with quartzite lining | |
| RU2731494C1 (en) | Method of iron castings reinforcement | |
| RU2141885C1 (en) | Method for making wear resistant percussion action members | |
| SU116334A1 (en) | Method of making bullish steel ingots | |
| CA1045335A (en) | Method for the centrifugal casting of metallic blanks | |
| SU500894A1 (en) | Method of making bucket lining | |
| GB1602946A (en) | Exothermic compositions | |
| CA1089183A (en) | Method of rebuilding an ingot mold |