RU2581336C1 - Method for surface alloying of iron-carbon alloy ingots - Google Patents
Method for surface alloying of iron-carbon alloy ingots Download PDFInfo
- Publication number
- RU2581336C1 RU2581336C1 RU2014139317/02A RU2014139317A RU2581336C1 RU 2581336 C1 RU2581336 C1 RU 2581336C1 RU 2014139317/02 A RU2014139317/02 A RU 2014139317/02A RU 2014139317 A RU2014139317 A RU 2014139317A RU 2581336 C1 RU2581336 C1 RU 2581336C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron carbide
- titanium
- mass
- alloying
- composition
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам получения отливок методом литья по газифицируемым моделям.The invention relates to the field of foundry, and in particular to methods for producing castings by casting on gasified models.
Из уровня техники известен способ получения отливок литьем по газифицируемым моделям, при котором противопригарное покрытие наряду с огнеупорным наполнителем дополнительно содержит легирующие элементы (порошковый кремний) для улучшения обрабатываемости отливок (А.с. СССР №697244, В22С 3/00, опубл. 15.11.1979, бюл. №42).The prior art method for producing castings by gasification models, in which the non-stick coating along with refractory filler additionally contains alloying elements (silicon powder) to improve the machinability of castings (AS USSR No. 697244, B22C 3/00, publ. 15.11. 1979, bull. No. 42).
Недостатком данного способа является сложность в обеспечении равномерного распределения легирующих элементов, и как следствие, затруднение диффузии легирующих элементов в поверхностный слой отливок и сложность в получении равномерного легированного слоя на поверхности отливок.The disadvantage of this method is the difficulty in ensuring a uniform distribution of the alloying elements, and as a result, the difficulty of diffusion of the alloying elements in the surface layer of the castings and the difficulty in obtaining a uniform alloyed layer on the surface of the castings.
Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования поверхности отливок (Патент РФ №2391177 С2, В22С 3/00, опубл. 10.06.2010), включающий нанесение на поверхность модели из пенополистирола модифицирующих и легирующих поверхность отливок элементов в виде пасты, краски или пудры с последующим нанесением противопригарного покрытия.The closest in technical essence is a method of modifying the surface of castings (RF Patent No. 2391177 C2, B22C 3/00, publ. 06/10/2010), including applying to the surface of the model of polystyrene foam modifying and alloying the surface of the castings elements in the form of paste, paint or powder with subsequent application of a non-stick coating.
Недостатком данного способа является формирование легированного слоя на поверхности отливок за счет процессов растворения, диффузии и массопереноса легирующих элементов в поверхностном слое, что не позволяет формировать легированный слой значительной толщины и заданного состава, поскольку процессы диффузии и образования фаз в значительной степени зависят от состава заливаемого расплава и сродства элементов расплава к легирующим элементам.The disadvantage of this method is the formation of a doped layer on the surface of the castings due to the processes of dissolution, diffusion and mass transfer of alloying elements in the surface layer, which does not allow the formation of a doped layer of significant thickness and a given composition, since the diffusion and formation of phases largely depend on the composition of the molten melt and affinities of melt elements for alloying elements.
Все это снижает универсальность способа.All this reduces the versatility of the method.
Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.The proposed method is more versatile in relation to the prototype.
Повышение универсальности способа выражается в возможности формирования легированного слоя значительной толщины (до 20 мм) и заданного состава, не зависимо от марки заливаемого железоуглеродистого сплава, за счет протекания в данной легирующей композиции СВС-реакции (самораспространяющийся высокотемпературный синтез), которая обеспечивает, с одной стороны, формирование требуемого фазового состава, а с другой - хорошую адгезию легированного слоя к заливаемому железоуглеродистому сплаву.Improving the versatility of the method is expressed in the possibility of forming an alloyed layer of considerable thickness (up to 20 mm) and a given composition, regardless of the grade of the iron-carbon alloy being poured, due to the occurrence of the SHS reaction in the alloying composition (self-propagating high-temperature synthesis), which provides, on the one hand , the formation of the required phase composition, and on the other, good adhesion of the alloyed layer to the filled iron-carbon alloy.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Легирующую композицию, состоящую из смеси порошкообразных титана и карбида бора, взятых в отношении массы титана к массе карбида бора от 0,66 до 9,00, смешивают с клеевым связующим, содержание которого составляет от 5 до 90% (масс.) от массы сухой порошкообразной смеси титана и карбида бора, после чего ее наносят на поверхность модели из пенополистирола. Отношение массы титана к массе карбида бора, равное 0,66, позволяет применять легирующую композицию с содержанием титана в сухой порошкообразной смеси, равным 40% (масс.). Применение легирующей композиции с содержанием титана менее 40% (масс.) (при отношении массы титана к массе карбида бора менее 0,66) не позволяет инициировать СВС-реакцию, и, как следствие, получить легированный слой требуемой толщины и состава. Легирующая композиция, содержащая более 90% (масс.) титана в сухой порошкообразной смеси, вызывает его растворение в поверхностном слое отливки, затрудняет начало СВС-реакции и не обеспечивает получения качественного легированного слоя с заданным составом и толщиной. Для получения качественного легированного слоя способ предусматривает использование сухой порошкообразной смеси, с отношением масс титана к карбиду бора, не превышающим 9,00 (в пересчете на процентное содержание титана в сухой смеси - не более 90% (масс.)). Количество клеевого связующего выбирается исходя из требуемой толщины легированного слоя и находится в пределах от 5 до 90% (масс.) от массы сухой порошкообразной смеси титана и карбида бора. Применение легирующей композиции, содержащей менее 5% (масс.) клеевого связующего не позволяет обеспечить хорошей адгезии легирующего покрытия к поверхности модели из пенополистирола, вызывая отслаивание легирующей композиции от поверхности модели. Применение легирующей композиции, содержащей более 90% масс. клеевого связующего, приводит к значительному газовыделению при изготовлении отливок и формированию неравномерного и пористого легированного слоя. Для предотвращения изменений параметров модели способ предусматривает применять при изготовлении легирующей композиции клеевые составы, не взаимодействующие, в том числе не растворяющие пенополистирол. Крупность легирующих порошкообразных материалов (титана и карбида бора) лежит в пределах от 1 нм до 6 мм. Фракцию менее 1 нм технически сложно получить, а применение порошков с крупностью более 6 мм не позволяет инициировать СВС-реакцию в легирующей композиции. В зависимости от требований, предъявляемых к отливкам, способ предусматривает нанесение легирующей композиции на модель локально, тем самым обеспечивая формирование легированного слоя на требуемых участках поверхности отливок. Также способ допускает наносить легирующую композицию на поверхность модели переменным по толщине слоем. Максимальная толщина легирующей композиции, нанесенной на поверхность модели, не превышает 20 мм, поскольку слой, толщиной свыше 20 мм формирует на поверхности отливок пористый и неоднородный легированный слой. Известно, что СВС-реакции сопровождаются выделением тепловой энергии и газов. Для предотвращения брака в отливках способ допускает не наносить поверх легирующей композиции противопригарного покрытия, тем самым обеспечивая выход газообразных продуктов в поры опорного материала, удерживающего модельные блоки при формообразовании отливок.An alloying composition consisting of a mixture of powdered titanium and boron carbide, taken in relation to the mass of titanium to the mass of boron carbide from 0.66 to 9.00, is mixed with an adhesive binder, the content of which is from 5 to 90% (mass.) By weight of dry a powdered mixture of titanium and boron carbide, after which it is applied to the surface of a styrofoam model. The ratio of the mass of titanium to the mass of boron carbide, equal to 0.66, allows the use of an alloying composition with a titanium content in a dry powder mixture equal to 40% (mass.). The use of an alloying composition with a titanium content of less than 40% (mass.) (When the ratio of the mass of titanium to the mass of boron carbide is less than 0.66) does not allow initiating the SHS reaction, and, as a result, obtaining an alloyed layer of the required thickness and composition. The alloying composition containing more than 90% (mass.) Of titanium in a dry powder mixture causes it to dissolve in the surface layer of the casting, complicates the onset of the SHS reaction and does not provide a high-quality alloyed layer with a given composition and thickness. To obtain a high-quality alloyed layer, the method involves the use of a dry powder mixture with a mass ratio of titanium to boron carbide not exceeding 9.00 (in terms of the percentage of titanium in the dry mixture, not more than 90% (mass.)). The amount of adhesive binder is selected based on the required thickness of the doped layer and is in the range from 5 to 90% (mass.) By weight of a dry powder mixture of titanium and boron carbide. The use of an alloying composition containing less than 5% (mass.) Adhesive binder does not allow for good adhesion of the alloying coating to the polystyrene foam model surface, causing peeling of the alloying composition from the model surface. The use of an alloying composition containing more than 90% of the mass. adhesive binder, leads to significant gas evolution in the manufacture of castings and the formation of an uneven and porous alloyed layer. To prevent changes in the parameters of the model, the method involves the use in the manufacture of the alloying composition of adhesive compositions that do not interact, including non-solvent polystyrene. The size of the alloying powder materials (titanium and boron carbide) lies in the range from 1 nm to 6 mm. A fraction of less than 1 nm is technically difficult to obtain, and the use of powders with a particle size of more than 6 mm does not allow initiating the SHS reaction in the alloying composition. Depending on the requirements for castings, the method involves applying the alloying composition to the model locally, thereby ensuring the formation of a doped layer on the required surface areas of the castings. Also, the method allows applying the alloying composition to the surface of the model with a variable thickness layer. The maximum thickness of the alloying composition deposited on the surface of the model does not exceed 20 mm, since a layer with a thickness of more than 20 mm forms a porous and inhomogeneous alloyed layer on the surface of the castings. It is known that SHS reactions are accompanied by the release of thermal energy and gases. To prevent marriage in castings, the method allows not to apply a non-stick coating over the alloying composition, thereby ensuring the release of gaseous products into the pores of the supporting material that holds the model blocks during the molding of the castings.
Для формирования легированного слоя, содержащего структурные составляющие на основе железа, а также расширения области применения, способ предусматривает приготовление легирующей композиции путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей ферротитан, с содержанием титана не менее 60%, и карбид бора, взятых в отношении массы ферротитана к массе карбида бора от 1,00 до 9,00, с клеевым связующим, содержание которого находится в пределах от 5 до 90% (масс.) от массы сухой порошкообразной смеси. Применение ферротитана позволяет формировать в легированном слое отливок структурные составляющие на основе железа (карбиды, бориды железа). Использование ферротитана с содержанием титана менее 60% нецелесообразно, поскольку инициировать СВС-реакцию крайне затруднительно. Кроме того, ферротитан более доступен, лучше подвергается измельчению, по сравнению с титаном, что расширяет область применения данного способа для изготовления отливок.To form a doped layer containing iron-based structural components, as well as expanding the scope, the method involves preparing an alloying composition by mixing a dry powder mixture containing ferrotitanium with a titanium content of at least 60% and boron carbide taken in relation to the mass of ferrotitanium to the mass of boron carbide from 1.00 to 9.00, with an adhesive binder, the content of which is in the range from 5 to 90% (mass.) by weight of the dry powder mixture. The use of ferrotitanium allows the formation of iron-based structural components in the alloyed layer of castings (carbides, iron borides). The use of ferrotitanium with a titanium content of less than 60% is impractical, since initiating the SHS reaction is extremely difficult. In addition, ferrotitanium is more accessible, it is better subjected to grinding, compared with titanium, which expands the scope of this method for the manufacture of castings.
После нанесения легирующей композиции на поверхность модели и ее сушки модели окрашивают противопригарным покрытием, после высыхания которого модель помещают в опоку, засыпают опорным материалом и заливают металлическим расплавом.After applying the alloying composition to the surface of the model and drying it, the models are painted with a non-stick coating, after drying of which the model is placed in a flask, filled with supporting material and filled with metal melt.
Примеры конкретного исполнения:Examples of specific performance:
Пример 1. Легирующую композицию готовили путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей титан и карбид бора, с отношением массы титана к массе карбида бора, равным 1,50 (60% (масс.) титана и 40% (масс.) карбида бора в пересчете на сухую порошкообразную смесь) с клеевым связующим в следующем соотношении:Example 1. The alloying composition was prepared by mixing a dry powder mixture containing titanium and boron carbide, with a ratio of the mass of titanium to the mass of boron carbide equal to 1.50 (60% (mass.) Titanium and 40% (mass.) Boron in terms of dry powder mixture) with an adhesive binder in the following ratio:
Полученную композицию наносили на поверхность модели из пенополистирола слоем 5, 8 и 10 мм. Модели заливали расплавом стали 40. Полученные отливки содержали легированный слой, толщиной, соответствующей толщине легирующей композиции. Легированный слой обладает высокой твердостью 897÷1163 HV0,05 (67÷71 HRC), превосходящей твердость основного металла (290÷323 HV0,05 (29÷33 HRC)) за счет наличия в его составе борида (TiB2) и карбида (TiC) титана.The resulting composition was applied to the surface of a styrofoam model with a layer of 5, 8, and 10 mm. Models were poured with molten steel 40. The resulting castings contained a doped layer with a thickness corresponding to the thickness of the alloy composition. The alloyed layer has a high hardness of 897 ÷ 1163 HV 0.05 (67 ÷ 71 HRC), exceeding the hardness of the base metal (290 ÷ 323 HV 0.05 (29 ÷ 33 HRC)) due to the presence of boride (TiB 2 ) in its composition and carbide (TiC) titanium.
Пример 2. Легирующую композицию готовили путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей ферротитан (с содержанием титана 70% масс.) и карбид бора с отношением массы ферротитана к массе карбида бора, равным 4,00 (80% (масс.) ферротитана и 20% (масс.) карбида бора в пересчете на сухую порошкообразную смесь) с клеевым связующим в следующем соотношении:Example 2. The alloying composition was prepared by mixing a dry powder mixture containing ferrotitanium (with a titanium content of 70 wt%) and boron carbide with a ratio of the mass of ferrotitanium to the mass of boron carbide equal to 4.00 (80% (wt.) Ferrotitanium and 20% (mass.) boron carbide in terms of a dry powder mixture) with an adhesive binder in the following ratio:
Полученную композицию наносили на поверхность модели из пенополистирола слоем 10 и 15 мм. Модели заливали расплавом серого чугуна. Полученные отливки содержали легированный слой, толщиной, соответствующей толщине легирующей композиции. Легированный слой обладает высокой твердостью 611÷797 HV0,05 (59÷64 HRC), превосходящей твердость основного металла (239÷291 HV0,05 (21÷26 HRC)) за счет наличия в его составе борида (TiB2) и карбида (TiC) титана, а также борида (Fe2B) и карбида (Fe3C) железа.The resulting composition was applied to the surface of a styrofoam model with a layer of 10 and 15 mm. Models were poured with a melt of gray cast iron. The resulting castings contained a doped layer corresponding to the thickness of the doping composition. The alloyed layer has a high hardness of 611 ÷ 797 HV 0.05 (59 ÷ 64 HRC), exceeding the hardness of the base metal (239 ÷ 291 HV 0.05 (21 ÷ 26 HRC)) due to the presence of boride (TiB 2 ) in its composition and carbide (TiC) titanium, as well as boride (Fe 2 B) and carbide (Fe 3 C) iron.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014139317/02A RU2581336C1 (en) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | Method for surface alloying of iron-carbon alloy ingots |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014139317/02A RU2581336C1 (en) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | Method for surface alloying of iron-carbon alloy ingots |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2581336C1 true RU2581336C1 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=56194771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014139317/02A RU2581336C1 (en) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | Method for surface alloying of iron-carbon alloy ingots |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2581336C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649600C2 (en) * | 2016-06-14 | 2018-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing castings from iron-carbon alloys with alloyed surface layer containing carbide titanium |
RU2735384C1 (en) * | 2020-01-09 | 2020-10-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method of alloying surface of castings from iron-carbon alloys with chromium borides |
CN113998696A (en) * | 2021-12-10 | 2022-02-01 | 营口博田材料科技有限公司 | Impurity removal method for high-purity graphite |
RU2784305C1 (en) * | 2022-02-22 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) | Method for alloying thin-walled iron castings |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5273099A (en) * | 1989-05-18 | 1993-12-28 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Composite aluminum member joining process |
RU2240894C2 (en) * | 2002-10-21 | 2004-11-27 | Караник Юрий Апполинарьевич | Process for making castings |
RU2391177C2 (en) * | 2008-01-24 | 2010-06-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" | Method of cast surface modification |
RU2473411C1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-01-27 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of making castings with preset properties at preset surface areas of preset depth by lost pattern casting |
RU2510304C2 (en) * | 2012-04-04 | 2014-03-27 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of making patterns of foamed polystyrene for production of composite casts |
-
2014
- 2014-09-29 RU RU2014139317/02A patent/RU2581336C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5273099A (en) * | 1989-05-18 | 1993-12-28 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Composite aluminum member joining process |
RU2240894C2 (en) * | 2002-10-21 | 2004-11-27 | Караник Юрий Апполинарьевич | Process for making castings |
RU2391177C2 (en) * | 2008-01-24 | 2010-06-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" | Method of cast surface modification |
RU2473411C1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-01-27 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of making castings with preset properties at preset surface areas of preset depth by lost pattern casting |
RU2510304C2 (en) * | 2012-04-04 | 2014-03-27 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of making patterns of foamed polystyrene for production of composite casts |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649600C2 (en) * | 2016-06-14 | 2018-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing castings from iron-carbon alloys with alloyed surface layer containing carbide titanium |
RU2735384C1 (en) * | 2020-01-09 | 2020-10-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method of alloying surface of castings from iron-carbon alloys with chromium borides |
CN113998696A (en) * | 2021-12-10 | 2022-02-01 | 营口博田材料科技有限公司 | Impurity removal method for high-purity graphite |
CN113998696B (en) * | 2021-12-10 | 2023-09-26 | 营口博田材料科技有限公司 | Impurity removing method for high-purity graphite |
RU2784305C1 (en) * | 2022-02-22 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) | Method for alloying thin-walled iron castings |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102274951B (en) | Method for synthesizing titanium carbide-base hard alloy coating on surfaces of castings in situ | |
RU2427442C1 (en) | Method of adding modifier and alloying agents in cavityless casting | |
RU2581336C1 (en) | Method for surface alloying of iron-carbon alloy ingots | |
RU2391177C2 (en) | Method of cast surface modification | |
CN101444839A (en) | Lost foam casting-penetrating method for improving heat resistance of gray cast-iron based casting surface | |
CN109439998B (en) | Method for preparing TiC-based steel-bonded hard alloy through 3D cold printing and self-propagating | |
RU2612864C1 (en) | Surface alloying method for iron-carbon alloy castings | |
MX347082B (en) | A master alloy for producing sinter hardened steel parts and process for the production of sinter hardened parts. | |
Wang et al. | Cast sinter technique for producing iron base surface composites | |
Dudina et al. | Structural and mechanical characterization of porous iron aluminide FeAl obtained by pressureless spark plasma sintering | |
RU2473411C1 (en) | Method of making castings with preset properties at preset surface areas of preset depth by lost pattern casting | |
RU2510304C2 (en) | Method of making patterns of foamed polystyrene for production of composite casts | |
JP2022531176A (en) | Alloy-based composites manufactured in situ and reinforced with tungsten carbide and their manufacturing methods | |
RU2580584C1 (en) | Method for surface alloying of iron-carbon alloy ingots | |
RU2612476C1 (en) | Casts surface alloying method for iron-carbon alloys | |
RU2735384C1 (en) | Method of alloying surface of castings from iron-carbon alloys with chromium borides | |
RU2455103C2 (en) | Method of producing casts with preset properties of required surface sections to preset depth in consumable pattern casting, particularly, drilling and cutting tools | |
RU2660446C2 (en) | Method for surface alloying of castings from metallic alloys to set depths | |
RU2739898C1 (en) | Method of producing composite metal alloy containing titanium carbide | |
RU2514250C1 (en) | Method of making composite casts by full mould process | |
RU2475331C2 (en) | Method of alloying metal surfaces | |
Dave et al. | Optimization of ceramic shell mold materials in investment casting | |
RU2427444C1 (en) | Method of producing piston rings and cylinder sleeve billets | |
RU2594060C2 (en) | Method for making models from foamed polystyrene to produce composite casts by using full-mold process | |
RU2793662C1 (en) | Method for producing composite aluminum matrix materials containing titanium carbide by self-propagating high-temperature synthesis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170930 |