Инновационная технология изготовления стального порошка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инновационная технология изготовления стального порошка

В.Е. Овсянников

Рассмотрено теоретическое обоснование и вопросы практической реализации новой технологии изготовления стального порошка на основе диффузионного окисления порошка серого чугуна взаимодействием с железной окалиной при нагреве.

Ключевые слова: окалина, стальной порошок, чугун, диффузионное окисление. окисление чугун железная окалина

Стальной порошок широко используется в порошковой металлургии, однако, традиционные методы его получения [3] достаточно сложные в своей технической реализации, т.к. они основаны на использовании печей со специальной атмосферой (отжиг порошка производится в среде водорода), кроме того, процесс отжига порошка занимает значительное время. Кроме того, широко известно то, что проблема переработки стружки является довольно существенной в практике машиностроения, и имеющиеся на сегодняшний день технические решения в данной области зачастую экономически нерентабельны.

Целью настоящей работы является разработка простой, надежной и экономически эффективной технологии изготовления стального порошка, основанной на применении отходов металлообрабатывающей промышленности.

В работе [1] было установлено, что содержащая кислород сталь при нагреве без доступа воздуха склонна к сильному поверхностному обезуглероживанию, причем в процессе обезуглероживания большое участие принимает кислород, входящий в состав включений (FeO). Исходя из этого, было сделано предположение, что в случае нагрева порошка чугуна в контакте с железной окалиной будет происходить окисление углерода, марганца и кремния, входящего в состав основы чугуна.

С целью теоретического обоснования возможности осуществления процесса был произведен термодинамический анализ взаимодействия элементов основы чугуна с железной окалиной. В системе должны протекать следующие реакции:

[Si]T + 2FeOT = SiO2T + 2FeT (1)

(FeО)т + [Mn]т = Feт + (МnO)т (2)

FeOт + [C]т = Feт + СОг (3)

Выражения для определения значений констант равновесия для реакций (1-3) имеют вид [4]:

(4)

(5)

(6)

Результаты расчета термодинамической вероятности окисления элементов основы чугуна в контакте с железной окалиной при температурах 1173-1373 К приведены в таблице 1:

Таблица 1

Термодинамическая вероятность окисления элементов основы чугуна

Как можно видеть из таблицы 1 значения энергии Гиббса (ДG) имеют большие отрицательные значения для всех рассматриваемых реакций в заданном диапазоне температур.

Полученные данные были проверены экспериментально. Для экспериментов был использован порошок серого чугуна СЧ20 (Химический состав чугуна, %: С-3,6; Si-2,2; Mn-0,7; S-0,12; Р-0,15). Исходный порошок был получен измельчением чугунной стружки, полученной в производственных условиях в шаровой мельнице и предварительным отжигом в течение 30 мин с целью удаления смазочно-охлаждающей жидкости.

Порошки окалины и серого чугуна с размерами частиц в течение 15 мин смешивались в шаровой мельнице, помещались в контейнер и нагревались до температур 1173-1373 К. Содержание углерода, марганца и кремния в сплаве после выдержки 4 и 8 часов приведены в таблице 2:

Таблица 2

Содержание углерода, марганца, кремния в сплаве

Как следует из приведенного расчета, кремний, марганец и углерод могут практически полностью окисляться окалиной и превращать чугун в сталь. Механизм процесса состоит в том, что диффундирующий вглубь кислород окисляет диффундирующие ему навстречу марганец, кремний и углерод. Эксперименты показали, что содержание углерода после окисления соизмеримо с равновесным, а содержание марганца и кремния гораздо больше равновесного. Результаты эксперимента подтвердили, что поверхность чугуна может превратиться в углеродистую сталь.

Заключение

Разработанный способ окисления элементов основы серого чугуна и основанная на этом сравнительно простая технология получения стального порошка открывает новые возможности расширения области использования отходов металлообрабатывающей промышленности с целью подготовки исходного сырья для порошковой металлургии. Результаты определения технико-экономических характеристик разработанной технологии, произведенные в работе [2] показывают, что предлагаемые решения более чем на 50% эффективны по сравнению с существующими аналогами.

Список литературы

1. Гудремон Э. Специальные стали Т.1: пер. с нем. -М.: Научно-техн. изд. по черной и цветной металлургии, 1959. -952 с.

2. Гуревич Ю.Г. Разработка инновационной технологии поверхностного упрочнения деталей из серого чугуна / Ю.Г. Гуревич, В.Е. Овсянников, В.А. Фролов / Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении: Материалы Международной научно-технической конференции (Курган, 8-10 декабря 2010 г). - Курган, изд-во Курганского гос. ун-та, 2010. - с. 195-201.

3. Патент №2196659 на изобретение РФ B22F1/00, C22C33/02. Способ подготовки порошка на основе железа / АРВИДССОН Йохан. // Б.И. - №15 - 2003.

4. Термодинамический анализ процесса хлорирования окислов железа и хрома / Н.В. Германюк [и др.] // Теория и технология процессов порошковой металлургии. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1978. С.37-41.

Размещено на Allbest.ru