Способ получения биметаллических трубчатых изделий

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий заливку металла внутреннего слоя в зазор между етерзкнем и твердой основой изделия и наложение давления на металл в процессе его кристаллизации и охлаждения с одновременным изйтечением стержня, отличающийся тем, что, с целью павы-: шення качества изделия, давление на металл постепенно повышают от атмосферного до заданного по следуницей зависимости Т,-Т fТплГ Т Т ;Р,« .. / где Р - текущее давление на металл внутреннего слоя, бар,о - размерный эмпирический козффициент , бар; текущая температура свободг Т, ной торцовой поверхности внутреннего слоя изделия, К; ТрлГ температура плавления металла внутреннего слоя, -К; Vтемпература окружающей среды , К; дТ - температура перегрева заливаемого металла, К. 4 а

(!е 01) (СОЮЗ СОВЕТСКИХ:

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗЕВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

« «»»

««

«==— где P

Т.

Tilh, Т0С—

ДТ(21,). 3357153/22-02 (22) 26.10.81 (46).30.04.83. Бюл. В 16 (72) Ю.Г. Гуляев, О.И. Лев, Н.A. Максимова и В.A. Дяконюк (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт (53) 621е74.046(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9464447, кл. В 28 В 21/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 789241, кл. В 22 0 19/00, 1978, . (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧБНИЯ БИМЕТАЛЛИ, ЧЕСКИХ ТРУБЧАТЫХ ИЗДБЛИЙ включающий заливку металла внутреннего слоя в зазор между стержнем и твердой ос-. новой изделия и наложение давления на металл в процессе его кристаллизации и охлаждения с одновременным извлечением стержня, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повы; шения качества изделия, давление на металл постепенно повышают от атмосферного до заданного по следующей зависимости т. -т ос, пи. о,с.

Р.=o

Р

1 текущее давление на металл внутреннего слоя, бар; размерный эмпирический ко- эффициент, бар; текущая температура свободг ной торцовой поверхности внутреннего слоя изделия, К; температура плавления ме- I талла внутреннего слоя, "К; температура окружающей средык Ki температура перегрева заливаемого металла, К.

1014647. Изобретение относится к литейному производству, а именно к производству крупногабаритных массивных биметаллических трубчатых изделий.

Известен способ производства литых трубных изделий, включающий за" ливку расплавленного металла внутреннего слоя в твердую основу иэделия, его кристаллизацию на стержне и последующее извлечение послед- 10 него (1).

Недостатком способа является невысокое качество металла литого слоя, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 5 способ получения биметаллических трубчатых изделий, включающий заливку металла внутреннего слоя в зазор между стержнем и твердой основой; его кристаллизацию и извлече- 2О ние стеожня, причем к одному из тор цов стержня прикладывают давленйе

15-30 кбар с одновременным приложением противодавления к второму торцу стержня. Такой способ обеспечивает плотное соединение слоев и улучшение удаления стержня (2 ).

Недостатком известного способа является возможность выдавливания металла высоким внутренним давлением в осевом направлении вследствие большой величины последнего с одной стороны и недостаточной толщины корочки затвердевшего металла на торце иэделия к моменту приложения давлений с другой стороны. 35

Цель изобретения — повышение качества изделия.

Поставленная цель достигается тем,, что согласно способу, включающему заливку металла внутреннего слоя в 4() зазор между стержнем и твердой основой изделия и наложение давления на металл в процессе его кристаллизации и охлаждения с одновременным извлечением стержнем, давление на металл постепенно повышают от ат мосферного до заданного .по следующей зависимости

Т.-Т

1 (1) р ПЛ. ОЮ. т

J где Р— текущее давление на металл:

i внутреннего слоя, бар; а — размерный.эмпирический коэф фициент, бар, 55

Т. — текущая температура свобод1 ной торцовой поверхности внутреннего слоя, К;

Т вЂ” температура плавления меah. талла заливаемого слоя, К;

Т - температура окружающей сре- 60 о.с.

К> дТ вЂ” температура перегрева залива емого металла, К.

При-извлечении стержня освобождаемая внутренняя полость иэделия за- у полняется рабочей жидкостью под высоким давлением и окончательное охлаждение металла и формирование структуры сердцевины происходят в условиях

"распрессовки" залитого слоя. Воздействие высокого гидростатического давления обеспечивает качественное сцепление слоев и сопровождается незначительной пластической деформаци." ей за счет уменьшения толщины залитого слоя (закрытие микротрещин, пор, газовых раковин). Совместное, действие высокого гидростатического давления и деформации способствует получению плотной беэдефектной отливки.

В момет, когда толщина затвердевшей корочки металла невелика, появляется опасность выдавливания торцовой стенки залитого слоя или даже растрескивания торцовой поверх,ности и "выстреливания" жидкой серд.цевины залитого слоя, поэтому величину прикладываемого давления повышают постепенно, в обратной зависимости от температуры свободной торцовой поверхности внутреннего слоя, т.е. по мере увеличения тол.. шины корочки у торцовой поверхности.

Эмпирический размерный коэффициент еа по физическому смыслу представляет собой-максимальное давление, которое прикладывают к.внутреннему слою в момент его полного эатвердевания и остывания до температуры окружающей среды (Т -. To и Р1 а).

Характер изменения величйны давления от атмосферного до высокого гидростатического, численно равного а, в виде степенной функции выбран на основе статистической обработки экспериментальных данных по графикам, соответствующим оптимальному характеру изменения давления.

На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — график, построенный по полученным в ходе испытания устройства экспериментальным данным.

Устройство для осуществления способа состоит из контейнера 1 вы-сокого давления. В верхней части контейнера 1 установлена крышка 2 и по его оси выполнено цилиндрическое отверстие, в котором закреплен стержень 3 с набором уплотнительных элементов 4. Стержень крепится и центрируется в крышке контейнера через промежуточную втулку 5 и связан с механизмом 6 создания противодавления. Между крышкой 2 и телом . контейнера 1 установлены уплотнения 7 и в контейнер залита рабочая жидкость 8. Крышка контейнера со стороны, противоположной полости контейнера, снабжена фланцем 9 и губками

10 для крепления наружной втулки 11

1014б47

l изделия. К затвердевшей корочке ме- вным давлением Р, прикладываемым талла на свободной торцовой поверх- к нижнему торцу стержня, к второму ности залитого слоя приложена кон- торцу стержня прикладывается усилие тактная термопара 12, которая через противодавления Рд . В конечной ста покаэывающий прибор:13, усилитель 14, дии процесса, после полной кристаллипреобразователь 15 H H oa H H - 5 3 811 aa HT o c o, aa eH e p„c6paполнительный механизм-16 соединена сывается для предотвращения явления с компрессором 17 нагнетания рабо- выстреливания и окончательное извлечей жидкости 8 в полость контейне- чение стержня производится механическим ра 1 воздействием со стороны механизма б. ра, .

Способ осуществляется .следующим 10 Пример. Способ опробован образом. при производстве заготовок биме-До начала процесса во фланцах 9 таллических бандажей размером 45011 крышки 2 устанавливается твердая ос- <00@10 мм. Внешний слой размером нова многослойного изделия, которая ) 45Ъ 100 мм представляет собой чугун.крепится к крышке 2 контейнера губ- 15 ную литую трубу (450x100 мм), внутками 10. Фланцы позволяют выставитв ренний слой (д"= 10 мм) выполняют наружную втулку строги по оси уст- . из заливаемого по предлагаемому ройства . исключая ее радиальное сме- способу свинцового баббита марки т щенке .по ходу процесса, чем обеспе- = Б6 (Тй р 780 К). Заливку осущестчивается минимальная разностенность О вляют на лабораторной устаиовке готового изделия. Затем строго по !(Фиг. 1). В ходе исследований варьи20 оси контейнера 1 через промежуточную руют скорость нагнетания давления втулку 5, запрессованную в крышке .в полость формы, т.е. изменяют веконтейнера, устанавливается стер,личину коэффициента сс, входящего в жень 3 заданного диаметра с набором Формулу (1). Как установлено в ходе уплотнительных элементов 4, которые. .исследований, оптимальная величина .предотвращают проникновение рабо- olдля данного случая находится в .чей жидкости 8 в полость изделия до пределах a = 30+1 кбар. Если.а боль начала процесса и прорыв жидкости ше указанной величины, имеет место при обработке внутреиней поверхнос- растрескивание свободной торцовой ти. После заливкй в контейнер рабо- 30 поверхности иэделия, если с1 меньше чей жидкости устройство подготов-, указанного значения, снижаются проч- лено к осуществлению процесса. ностные свойства внутреннего слоя.

Так, при а = 30 кбар предел прочное

Затем в Форму образованную наруж- ти внутреннего слоя 6 = 110 ища, при ной втулкой изде "я и стержнем 3 за-35 л = 28 кбар 66 = 100+2 Мпа при ливается жидкий металл сердцевины 18 о = 10 кбар 5® = 92+2 мПа. и нанивается его кристаллизация на В начальный момент времени, сра-. стержне. К моменту образования -на эу же после заливки металла внутренсвободной торцовой поверхности вали него слоя, к внутренней поверхностого внутреннего слоя металла твер- ти не прикладывают давления, что выдой корочки к последней приклады- О. текает из величины показателя стевается контактная термопара 12, ко- пени, стремящегося к нулю (при Т; торая через показывающий прибор т„„+дТ показатель степени получим ) ,сигналов, исполнительный механизм 1б т „- т +дт

1 "" о — О, и, следоваи компрессор 17 изменяет давление в 45 тельно, р. = 1 кбар. При остывании "

1 полости контейнера 1 в зависимости залитого слоя металла, т.е. при сни- от температуры корочки металла. женин Т. величина дроби в показаjю

По мере охлаждения металла залитого теле степени начинает уменьшаться, слоя преобразователь 15, сигналов например при достижении T .= Тд почерез исполнительный механизм 16 пос-5О лучаем показатель степени равййй О, тепенно увеличивает давление в полос- следовательно, p. 1 кбар. При дости1 ти контейнера 1. Начинается, процесс женин температурой .Т- значения Т, 1 выдавливания стержня 3 до освобожде- т.е. при остывании изделия до тем" ния внутренней полости изделия. Дав- пературы окружающей среды, величиление во внутренней полости изделия 55 на р. достигает своего максимальноувеличивается обратно пропорциональ- го.значения Р = а, так как покаэаI но температуре свободной торцовой по- тель степени равен 1. В данном слуверхности- залитого слоя. Таким обра- ae P;.= 30+1 кбар. Изменение величй зом исключается возможность выдав- ны Р в зависимости от изменения

1 ,ливания свободной торцовой поверхнос- текущей температуры T. приведено на

l ти залитого слоя и увеличивается вы 6О фиг. 2. Например, при T;.= 500 К, ход годного. Тос 293 К, T„„= 80 = 30 кбар

Для повышения эффекта уплотнения

-литого металла, обеспечения его

Т -Т необходимого качества и плотности p — си пл op = 7 07 кбарв соединения слоев одновременно с осно- 65 ;3

101.4б47 фиг.2

Составитель A. Кузнецова

Редактор В. Петраш Техред И.Гайду Корректор В. Гирняк

Заказ 3081/9 Тираж 813 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Т 700 K P 1 75 кбар п Т = Т„ 780 К . Р; = 1 кб р.

Изобретение позволяет повысить качество иэделия эа счет предотвращения его выдавливания в осевом направлении. Годовой экономический эффект составит около

58 тыся руб °