NO158035B - Fremgangsm te og innretning til utloesning av en undk seismisk implosjonskilde. - Google Patents

Description

Tilsetningsmiddel egnet for innføring av magnesium i smeltet jern.

Foreliggende oppfinnelse angår et nikkel- og magnesiumholdig tilsetningsmiddel

som egner seg særlig for innføring av magnesium i smeltet jern.

I den siste tid har man i vid utstrekning innført magnesium i smeltet jern

både for å fremstille kulegrafittholdig stø-pejern i hvilket grafitten bringes i kule-form ved hjelp av magnesium, og for andre

formål. Det er nå velkjent at for å sikre at

grafitt som dannes i støpejernet har kule-form, enten etter at dette er størknet eller under varmebehandlingen,, er det nødven-dig å ha et magnesiuminnhold på opp til ca. 0,1 pst., f. eks. 0,04 til 0,08 pst.

Nyttevirkningen av et tilsetningsmate-riale når det gjelder innføring av magnesium i smeltet jern kan uttrykkes som dets «effektivitet» på følgende måte: hvor

Magnesium kan ikke innføres som så-dant i smeltet jern på grunn av at reaksjonen er meget voldsom, og den vanlige praksis er å innføre magnesium som en legering med et annet metall. Alle de vanligvis for dette formål brukte legeringer blir

fremstilt ved smelting, og fremstillingen av

legeringer på denne måte er forbundet med

vanskeligheter. En del av magnesiumet og

av andre metaller går tapt under prosessen,

det er umulig å unngå dross og inneslutnin-ger i legeringen, magnesium i legeringen

har en tendens til å skille seg ut, så at

sammensetningen av legeringen ikke er

konstant, og legeringen må etter dannelsen brytes i små stykker før den kan inn-

føres i smeltet jern. Under brytningen går betydelige mengder av legeringen tapt som følge av dannelsen av ubrukbare fine partikler. På tross av alle disse ulemper brukes normalt legeringer fremstilt ved smelting.

Av de legeringer som fremstilles ved smelting har legeringer som inneholder nikkel og magnesium visse fordeler, og særlig er nikkel meget effektiv i å nedsette voldsomheten av reaksjonen mellom magnesium og det smeltede jern. Dessuten er nikkel ofte en meget fordelaktig bestand-del i det dannede støpejern. Den vanligvis brukte nikkelholdige legering inneholder fra 14 til 16 pst. magnesium. Denne legering har mange fordeler. Dens reaksjon med smeltet jern er hurtig, men ikke voldsom, og dens spesifikke vekt er høyere enn av smeltet jern, så at den synker ned i smeiten og forblir neddyppet under reaksjonen.

Nikkel-magnesiumlegeringer som inneholder en større mengde magnesium har lavere spesifikke vekter enn 15 pst.-mag-nesiumlegeringen, og for å unngå over-drevne tap av magnesium må de holdes under overflaten av smeiten ved hjelp av neddypping mens de reagerer med smeltet jern. Når de tilsettes på denne måte er effektiviteten av disse legeringer høy og vanligvis høyere enn den som oppnåes ved direkte tilsetning av 15 pst.-magnesium-legeringen. Ikke desto mindre brukes disse legeringer med høyt magnesiuminnhold ikke i større utstrekning på grunn av at det er vanskelig å fremstille dem kommersielt ved smelteteknikk. Smeltetapene er høye og det finner lett sted en utskilling av magnesium i de støpte nikkel-magnesium ingots.

Det har også vært gjort mange forsøk til å fremstille magnesiumholdige tilsetningsmidler ved å sammenpresse magnesiumpulver med andre pulvere, med eller uten etterfølgende sintring av de pressede legemer. Når disse pressede legemer tilsettes som sådanne til smeltet jern, er magnesium utilstrekkelig beskyttet fra jernet og magnesium-utvinningen og effektiviteten er lave. Når de pressede legemer blir sintret, går magnesium tapt under sintringen med resulterende vanskeligheter i re-guleringen av sammensetningen av tilset-ningsmidlet.

Det er funnet at nikkel-magnesiumholdige tilsetningsmidler kan fremstilles uten smelting fra magnesiumpartikler som er belagt med nikkel. Oppfinnelsen omfatter en sammenpressing av partikler av nikkelbelagt magnesiumpulver med eller uten andre partikler i et slikt forhold at magnesium utgjør fra 10 til 50 vektprosent av de pressede legemer. Større mengder av magnesium fører til en uønsket voldsom reaksjon med smeltet jern, og til en lav gjenvinning av magnesium, mens når mag-nesiuminnholdet er lavere enn 10 pst. må det tilsettes en stor mengde av tilsetnings-midlet til jernet for å innføre en bestemt mengde av magnesium, hvorved temperaturen av det smeltede jern synker og omkost-ningene unødvendig stiger.

De pressede legemer kan enten brukes som sådanne eller de kan sintres før til-setningen til smeltet jern. I de usintrede pressede legemer tjener nikkelbelegget på partiklene til å hemme reaksjonen av magnesium med det smeltede jern, mens det i de sintrede pressede legemer reagerer med magnesium under sintringen og danner intermetalliske forbindelser og faste oppløs-ninger som reagerer bare med moderat styrke med det smeltede jern. Den intime forbindelse mellom magnesium og nikkelbelegget tilveiebringer meget gunstige betingelser for deres innbyrdes diffusjon og legeringsdannelse under sintringen uten magnesiumtap. Tykkelsen av belegget er derfor viktig både i grønne (usintrede) pressede legemer og når de er sintret. I usintrede pressede legemer forsinker et tykkere belegg kontakten mellom magnesium og smeltet jern i større grad enn et tynt belegg, hvorved den etterfølgende reaksjon blir bremset og magnesiumgjen-vinningen blir større. Når man fremstiller sintrede pressede legemer, er det nødvendig med en viss nedbrytning av belegget for å tillate at smeltet metall kan slippe ut, hvilket er nødvendig for at partiklene kan sintres sammen. Derfor må nikkelbelegget hverken være så tykt at det ikke finner sted noen nedbryting av belegget, eller så tynt at det finner sted en fullstendig nedbryting som ville forårsake en delvis smelting av de pressede legemer og tap av materiale. Tykkelsen av belegget er avhengig både av forholdet mellom nikkel og magnesium og av partikkelstørrelsen. For et bestemt forhold mellom nikkel og magnesium minsker tykkelsen av nikkelbelegget proporsjonalt med minskingen av størrelsen av magnesiumpartikler. I praksis kan man ikke bruke for belegging magnesiumpartikler som er mindre enn 0,075 mm, og for størrelser som overstiger 0,075 mm kan passende belegg-tykkelser oppnåes når de belagte partikler inneholder fra 50 til 90 pst. nikkel.

Det foretrekkes å fremstille de pressede legemer i sin helhet fra nikkelbelagt magnesium-pulver, da sammensetningen derved blir helt ensartet. Det nikkelholdige pulver kan eventuelt også blandes med pulveret av andre bestanddeler, f. eks. nikkel, jern, silisium og kobber, som normalt brukes som fortynningsmidler i magnesiumholdige tilsetningsmidler for å moderere deres reaksjon med smeltet jern. Bruken av et slikt fortynningspulver kan forårsake en utskil-lelse av komponentene i de pressede legemer i en slik utstrekning at størrelsen og formen av partiklene er forskjellig fra stør-relsen og formen av nikkelbelagte magnesiumpartikler, men på den annen side kan et fortynningspulver virke modererende på reaksjonen og derved tillate at nikkelbelegget holdes tynnere enn det ellers ville ha vært nødvendig. Med en stor mengde av fortynningsmidlet kan vekten av nikkel i det nikkelbelagte magnesiumpulver holdes lavere, forutsatt at magnesiumpar-tiklene er fullstendig belagt, og mengden av nikkel i de belagte partikler kan da holdes så lavt som 15 pst. De pressede legemer kan således inneholde betydelige tilleggs-mengder av nikkelpulver for å bringe det totale nikkelinnhold av de pressede legemer opp til 90 pst. av vekten av det pressede legeme, idet den maksimale mengde av tilsatt nikkel er avhengig av behovet for å oppnå et tilstrekkelig nikkelbelegg på mag-nesiumpartiklene og samtidig å ha et tilstrekkelig magnesiuminnhold i de pressede legemer. De resulterende pressede legemer har den fordel at de ikke har andre bestanddeler enn nikkel og magnesium. -Jern som ikke er så effektivt som nikkel når det gjelder å begrense voldsomheten av reaksjonen kan være til stede i mengder opp til 30 pst. av vekten av de pressede legemer. Silisium, som har en modererende virkning som ligger mellom den av nikkel og av jern, og som også er fordelaktig som grafitteringsmiddel, kan være til stede opp til 70 pst. av vekten av de pressede legemer. Jern og silisium i de pressede legemer kan eventuelt legeres sammen som ferrosilisi-um-pulver.

Kobber, det andre vanlige fortynnings-metall, er utmerket for å begrense voldsomheten av reaksjonen, men i store mengder virker kobber skadelig på dannelsen av kulegrafitt i støpejern og av denne grunn bør mengden av kobber i de pressede legemer ikke overstige 30 pst.

Nikkelbeleggene på partiklene kan fremstilles på en hvilken som helst passende måte, men det foretrekkes å avsette nikkel ved termisk spaltning av nikkelkarbonyl. På denne måte dannes et uavbrutt lag av nikkel på partikkeloverflaten og belegget kan bygges opp til den ønskede tykkelse, hvorved forholdet mellom nikkel og magnesium i de belagte partikler kan va-rieres innen meget vide grenser.

Fastheten av de usintrede pressede legemer er også avhengig av partikkelstør-relsen, og den minsker når partiklene blir grovere, og av denne grunn er det belagte pulver i usintrede pressede legemer for-trinnsvis ikke større enn 0,2 mm, og helst ikke større enn 0,18 mm. Fastheten av de usintrede pressede legemer kan imidlertid økes, men på bekostning av en viss minsk-ing av effektiviteten, ved innføring av en liten mengde av et bindemiddel, f. eks. en syntetisk harpiks, enten i hele blandingen eller som over f lates j ikt. Alternativt, kan de pressede legemer innelukkes i poser eller beholdere, f. eks. av polythen, for å lette deres håndtering. Den høyeste effektivitet oppnåes når det belagte pulver ikke inneholder en vesentlig mengde av partikler som er mindre enn 0,1 mm.

Når de pressede legemer er sintret, kan man bruke grovere partikler, f. eks. fra 1,7 til 0,25 mm. Sintringen innfører imidlertid en ytterligere behandlingsoperasjon med ledsagende økning av omkostninger, og det foretrekkes derfor å bruke usintrede pressede legemer.

Magnesium kan være legert med små mengder av elementer, f. eks. opp til 1 pst. silisium, tilsatt før det er belagt, for å gjøre magnesium sprøtt og for å lette fremstillingen av magnesiumpulver ved pulveriser-ing av en støpt magnesium-ingot. Det må imidlertid passes på å ikke tilsette noe som har en skadelig innvirkning på dannelsen av kulegrafitt i støpejern.

Tilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen har mange fordeler sammenlignet med materialer med lignende sammensetning fremstilt ved smelting, støpning og maling til den ønskede størrelse. De kan således lett fremstilles ved hjelp av standard pulver-metallurgiske metoder uten noe større tap av nikkel eller magnesium, mens under fremstillingen av nikkelmagnesium-legeringer ved smelting opptrer betydelige tap. Dette er særlig fordelaktig når det gjelder tilsetningsmidler med høyt magnesiuminnhold, f. eks. 30—50 pst. Når man f. eks. smelter en nikkel-magnesium-legering som inneholder 15 vektprosent av magnesium, taper man 70 pst. av de innførte materialer som dross eller på annen måte under smel-teprosessen, og tapene under smeltingen av slike legeringer med større magnesiuminnhold er enda større. Dessuten, når store stykker av et slikt smeltet og støpt materiale blir knust og sortert for å gi det ønskede ferdigprodukt, får man ytterligere tap av materialet i form av ubrukbare finstoffer. Dessuten er de smeltede legeringer alltid litt urene, dvs. at de inneholder dross og innslutninger, mens pressede legemer er rene. I motsetning til knuste stykker av smeltede legeringer kan pressede legemer lett fremstilles i regelmessig og ensartet form og størrelse, de kan lett pak-kes og de har en fast sammensetning. Derved kan de inneholde en forutbestemt mengde av magnesium, så at en bestemt magnesium-tilsetning kan lett beregnes ved helt enkelt å beregne antallet av pressede legemer som skal innføres i et bestemt metall.

Når tilsetningsmidler ifølge oppfinnelsen tilsettes til smeltet jern, f. eks. for å fremstille støpejern med kulegrafitt, på en måte som svarer til deres spesifikke vekt, dvs. ved å bruke neddypning når det gjelder pressede legemer med et magnesiuminnhold som overstiger 15 pst., oppnår man en magnesium-gjenvinning og effektivitet som er like stor eller bedre enn den av smeltede legeringer med den samme sammensetning.

For å oppnå disse fordeler er det nød-vendig at magnesiumpulveret som brukes for å fremstille de pressede legemer er belagt med nikkel. Usintrede tilsetningslege-mer fremstilt ved sammenpressing av blan-dinger av nikkel og magnesiumpulvere gir lavere magnesiumgjenvinning når de tilsettes smeltet jern enn de usintrede pressede legemer med lignende sammensetning som er fremstilt fra nikkelbelagt magnesiumpulver, og forsøk med å sintre blandin-ger av nikkel- og magnesiumpulvere fører til tap av magnesium som skyldes det lave smeltepunkt av magnesium og dannelsen av et eutektikum med lavt smeltepunkt.

I det følgende angis endel eksempler.

Eksempel 1.

Magnesiumpulvere av kommersiell ren-het med en partikkelstørrelse på ca. 0,25 mm ble i området på 0,18 til 0,12 mm, hen-holdsvis i området på 0,15 til 0,1 mm belagt med nikkel ved termisk spalting av nikkelkarbonyl, og gav belagte pulvere inneholdende ca. 60 vektprosent nikkel, idet resten var magnesium. De dannede pulvere ble forlenget i partikkelformen, idet endel kantede partikler var til stede i 0,25 mm-pulveret. Pulveret ble brikettert ved et trykk på 4,7 kg/cm2 for å danne sterke sylindriske pellets med en diameter på 2,5 cm og en høyde på 1,8 cm. 0,4 vektprosent av hver av de dannede briketter ble inn-ført i separate deler av det samme smeltede jern inneholdende 3,81 pst. karbon, 1,65 pst. silisium, 0—2 pst. magnesium, 0,19 pst. fosfor og 0,01 pst. svovel mens det smeltede jern hadde en temperatur på 1500°C i hvert enkelt tilfelle. Metallet fra hver av de behandlede smelter ble støpt og analysert på magnesium. Resultatene av disse forsøk er angitt i den følgende tabell I som viser den progressive synking av gjenvinningen og effektiviteten med synkende partikkelstør-relse. Hvert støpestykke hadde en tilfredsstillende kulegrafittstruktur.

Eksempel 2.

Magnesiumpulver inneholdende 0,5 pst. silisium ble belagt med nikkel ved termisk spalting av nikkelkarbonyl for å danne belagte partikler inneholdende .60 pst. nikkel, idet resten var magnesium. Magnesiumpulveret hadde en partikkelstørrelse på 0,42 mm og en regelmessig, kantet form. Deler av det belagte pulver ble sammenpresset ved et trykk på ca. 4,7 kg/cm2 for

å danne sylindriske pellets med en diameter på 2,5 cm og en høyde på 1,8 cm. 0,4 vektprosent av de dannede pressede legemer ble neddyppet i to andre deler av smeltet jern ved 1500°C som i eksempel 1. Det ble oppnådd innhold av igjenværende magnesium på 0,043 pst. og 0,051 pst. svarende til en gjennomsnittlig magnesium-igjen-vinning på 33,7 pst. og en gjennomsnittlig effektivitet på 13,5 pst. De i dette tilfelle erholdte pressede legemer var merkbart

mere sprø enn dem som ble oppnådd under bruk av finere pulvere som beskrevet i eksempel 1, og den oppnådde lavere magnesium-igjenvinning skyldtes denne faktor.

Eksempel 3.

Atomisert magnesiumpulver med en partikkelstørrelse på 0,7 til 0,35 mm ble belagt med nikkel ved termisk spalting av nikkelkarbonyl. Magnesiumpulverpartikle-ne hadde en rund form med små unntagel-ser, og nikkelbeleggene hadde en tykkelse fra 20 til 30 mikron og' dekket temmelig jevnt hele overflaten og fylte de uregelmes-sige steder. Det analyserta nikkelinnhold av pulveret var 58,8 pst. Deler av det belagte pulver ble sammenpresset under et trykk på 4,7 kg/cm2 til sylindriske pellets med en diameter på 2,5 cm og en høyde på 1,8 cm. Pelletene hadde en bra fasthet i grønn tilstand, men sprakk lett av ved kantene. Deres fasthet ble ikke særlig forbedret ved opphetning til temperaturer under 400°C. over hvilken temperatur nikkel og magnesium begynte å diffundere inn i hverandre før sintringen begynte.

Ved å neddyppe 0,5 vektprosent av de dannede sammenpressede pellets i smeltet jern inneholdende 3,68 pst. karbon, 1,4 pst. silisium, 0,2 pst. mangan, 0,04 pst. svovel og 0,023 pst. fosfor, idet resten var jern. ved en temperatur på 1500°C, skjedde en moderat reaksjon, og jernet inneholdt etter at det var støpt 0,066 pst. magnesium og hadde en tilfredsstillende kulegrafittstruktur.

Eksempel 4.

Pellets fremstilt som beskrevet i eksempel 3 ble opphetet i 30 minutter ved 650°C i en atmosfære av tørt hydrogen. Under disse betingelser smeltet partiklenes magnesiumkjerne, og nikkel og magnesium reagerte og dannet den intermetalliske forbindelse Mg2Ni og eutektikumet Mg/Mg2Ni. Betydelige mengder av nikkelbelegget reagerte ikke, og lekkasje av smeltet metall gjennom nikkelbelegget sintret partiklene sammen og økte betydelig fastheten av de dannede legemer.

Ved å neddyppe 0,5 vektprosent av de sintrede pellets i smeltet jern ved 1500°C var reaksjonen hurtig, men ikke så vold- i som at den kunne bety en fare. Det støpte jern inneholdt 0,042 pst. magnesium og hadde en tilfredsstillende kulegrafitt-struktur.

Eksempel 5.

Ytterligere sammenpressede pellets fremstilt som beskrevet i eksempel 3 ble opphetet i 1 time i tørt hydrogen ved 725°C, dvs. under temperaturen (760°C) for peri-tektisk dannelse av den intermetalliske forbindelse Mg:,Ni. Nesten alt nikkelet reagerte med magnesium og dannet Mg,Ni og eutektikum Mg/Mg2Ni, og de individuelle partikler forsvant nesten fullstendig i den

sintrede masse. Sintrede pellets dannet på

denne måte og tilsatt i en mengde på 0,5

pst. til en del av det smeltede jern beskrevet i eksempel 3 ved 1500°C ved neddypning, reagerte på lignende måte som usintrede pellets, og gav jern som etter at det var støpt inneholdt 0,05 pst. magnesium og hadde en tilfredsstillende kulegrafitt-struktur. Et forsøk for å sintre pellets av eksempel 3 ved en høyere temperatur ved å ophete dem i 15 minutter til 850°C førte til en delvis smelting av pellets og til et materialtap. De resulterende legemer ble ikke undersøkt ved innføring i smeltet jern.For sammenligningsformål brukte man også 0,5 pst. av en forsøkslegering dannet ved smelting og inneholdende 60 pst. nikkel og 40 pst. magnesium, for å behandle sn annen del av det samme smeltede jern ved neddypning. Reaksjonen som skjedde stter neddypningen var ikke særlig voldsom, og det resulterende støpte jern inneholdt ca. 0,05 pst. magnesium og hadde en tilfredsstillende kulegrafitt-struktur.

Eksempel 6.

En blanding av 36,4 vektdeler av nikkelbelagt magnesiumpulver brukt i eksempel 3 med 63,6 vektdeler av karbonylnikkel-pulver ble sammenpresset ved 4,7 kg/cm2 som i eksempel 3 til pellets med en sammensetning av 85 pst. nikkel og 15 pst. magnesium, og pelletene ble sintret ved opphetning til 850°C i 15 minutter. De dannede sintrede legemer hadde en dobbel-struktur bestående av nikkel og den intermetalliske forbindelse MgNi,. Til tross for den til sintring brukte høye temperatur hindret nærværet av nikkelpulver magne-siumtapene. Når 1,0 pst. av disse legemer ble tilsatt til smeltet jern ved 1450°C ved % la jernet strømme på tilsetningslegemene, var reaksjonen ikke voldsom. Belegg dannet fra den behandlede smelte hadde et magnesiuminnhold på 0,073 og en tilfredsstillende kulegrafitt-struktur. For sammenligningsformål ble en standard legering av 35 pst. nikkel og 15 pst. magnesium, fremstilt ved å tilsette magnesium til smeltet nikkel, tilsatt på lignende måte til en annen del av den samme jernsmelte. Voldsomheten av reaksjonen var den samme som

den som skjedde med sintret materiale, og

det resulterende jern inneholdt ca. 0,052 pst. magnesium og hadde en tilfredsstillende kulegrafittstruktur. Resultatene av eksempel 3 til 6 er angitt i tabell II.

Det er klart at det magnesiumholdige

tilsetningsmiddel ifølge oppfinnelsen også

kan brukes for behandling av smeltede metaller med magnesium for andre formål

enn fremstilling av duktilt støpejern. Disse

formål omfatter avsvoveling av støpejern

og stål.

Claims (5)

1. Tilsetningsmiddel egnet for innfø-ring av magnesium i smeltet jern, f. eks. for å gi jernet et innhold av kulegrafitt, karakterisert ved at tilsetnings-middelet utgjøres av pressede legemer som eventuelt er sintret og som består av nikkelbelagt magnesiumpulver, eventuelt i blanding med andre partikler, og som inneholder 10—50 vektprosent magnesium.

2. Tilsetningsmiddel som angitt i på- stand 1, karakterisert ved at de pressede legemer inneholder 10 til 50 pst. magnesium og resten nikkel.

3. Tilsetningsmiddel som angitt i på-stand 2, karakterisert ved at de. pressede legemer inneholder 40 pst. magnesium og resten nikkel.

4. Tilsetningsmiddel som angitt i på-stand 1 til 3, karakterisert ved at de pressede legemer omfatter nikkelbelagte magnesiumpulver med en partikkel-størrelse på ikke over 0,2 mm og ikke er sintret.

5. Tilsetningsmiddel som angitt i på-stand 1 til 3, karakterisert ved at de pressede legemer omfatter nikkelbelagt magnesiumpulver med en partikkel-størrelse på 1,7 til 0,25 mm og er sintret.