Способ изготовления отливок в литейных формах по постоянным моделям

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ ПО ПОСТОЯННЫМ МОДЕЛЯМ, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отверждение, протяжку вспомогательной модели, нанесение слоя из суспензии с модифирующей добавкой, отверждение этого слоя, протяжку основной модели, выжигание летучих компонентов из отвержденного слоя, сборку полуформ, прокалку Формы, заливку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чистоты отливок с поверхностно-упрочненным слоем, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, в который заливают суспензию с модифицирующей добавкой для образования модифицирующего слоя с последующим его отверждением, протяжкой промежуточной модели, выжиганием летучих компонентов, прокалкой при 600-850°Cg и охлаждением до 17-22°С, а затем (Л устанавливают с зазором полученную опорную полуформу с модифицирующим слоем на основную модель и в зазор заливают керамическую суспензию для образования защитного облицовочного слоя, который-отверждают, протягивают основную модель и прокаливают защитный облицовочный слой газовой горелкой, а после заливки собранной формы металлом ее вьщерживают при 850-1100 с в течение 0,5-4 ч.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(51) В 22 С 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PGHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3503198/22-02 (22) 03.09.82 (46) 15.01.84. Бюл. 9 2 (72) Н.A.Кашуба, Н.С.Траймак, Б.И.уваров, М.В.Ситкевич и В ° Е.Ливенцев (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 621.74.04:621.74.045(088.8) (56) 1. Патент ClzV )1 3605856, кл. В 22 С 9/01, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 113038 кл. В 22 С 7/02, 1958.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 925513, кл. В 22 С 1/02, 1979.

4. Иванов В.К., Зарецкая Г.N.

Литье и керамические формы по постоянным моделям. N., Машиностроение, 1975, с.8. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ ПО ПОСТОЯННЫМ МОДЕЛЯМ, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отверждение, протяжку вспомогательной модели, нанесение слоя из суспензии с модифирующей добавкой, отверждение этого слоя, протяжку основной модели, выжигание летучих компонентов из отвержденного слоя, сборку полуформ, прокалку формы, заливку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чистоты отливок с поверхностно-упрочненным слоем, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, в который заливают суспензию с модифицирующей добавкой для образования модифицирующего слоя с последующим его отверждением, протяжкой промежуточной модели, выжиганием летучих компонентов, прокалкой при 600-850 С и охлаждением до 17-22 С, а затем устанавливают с зазором полученную . опорную полуформу с модифицирующим слоем на основную модель и в зазор заливают керамическую суспенэию для образования защитного облицовочного слоя, который.отверждают, протягивают основную модель и прокаливают защитный облицовочный слой газовой горелкой, а после заливки собранной формы металлом ее выдерживают при 850-1100 С в течение 0,5-4 ч.

l066723

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам изготонления отливок с поверхностно-упрочненным слоем и керамических формах, изготовленных по постоянным моделям.

Известен способ изготовления форм по разовым моделям, включающий послойное нанесение керамики, введение зернистого модификатора н поверхностный рабочий слой формы и удаление модели f13 .

При осуществлении известного способа на модель наносят слой суспензии пылевидного огнеупорного ма- териала н связующем, поверхность которого присыпают зернистым модификатором, сушат и затем аналогично наносят остальные слои оболочки.

Указанный способ целесообразно испольэонать для поверхностного модифицирования отливок при непо" средственном контакте модификатора с распланом, н процессе которого не образуется газовой фазы. Процесс модифициронания протекает до момента образования литейной корочки, т.е. в жидком расплаве. При получении же поверхностно-упрочненных отливок, когда упрочнение происходит путем диффузионного переноса через газовую фазу, этот способ нецелесообразен,так как приводит к ухудшению чистоты поверхности отливок, к образованию газовых раковин, вследствие того, что при обсыпке добавка, обеспечивающая диффузию, пробивает тонкий слой суспенэии, взаимодействует с

Расплавленным металлом, что приводит к ухудшению поверхности отливок, к снижению их точности, к необходимости повышения припускон на механическую обработку, в процессе которой снимается почти весь упрочненный слой.

Известен способ изготовления отливок из сталей, при котором, с целью защиты отливок от окисления и обеэуглерожинания, в состав керамической оболочки входят термореактивные смолы, разлагающиеся при нагреве с образованием газов, не поддерживающих окисление, например СО, СО. Такие формы имеют три зоны: облицовочную, нейтральновосстановительную и корковую j2$.

Недостатком этого способа является то, что поверхность отливок поражена газовыми раковинами, вследствие того, что газы начинают выделяться н оболочке до образования литейной корочки. Кроме того, наблюдается расслоение оболочки из-за разнородности применяемых связующих.

Известно, что для изготовления литейных форм по разовым и постоянным моделям применяют суспензию на гидролиэованном этилсиликате с отнердителем и модифицирующей добанкой.

Отливки, полученные и таких литейных формах, имеют чистоту поверхности 5-6 кл и глубину боридного слоя 50-100 мкм СЗЗ .

Однако в известном способе добавка, обеспечивающая диффузию, находится в непосредственном соприкосновении с расплавленным металлом, и газы, выделяющиеся при ее окислении, могут поражать отливки газовыми раковинами. Даже при образовании тонкой литейной корочки образующиеся газы пробивают ее .или же в лучшем случае прогибают, искажая геометрию поверхности отливки. В момент разложения модифицирующей добавки, обеспечивающей диффузию, происходит образование борного ангидрида и легкоплавких боросиликатных эвтектик, которые заполняют имеющие поры н керамике и делают облицовочный ке1 рамический слой гаэонепроницаемым.

Поэтому газы, которые образуются при разложении и окислении карбида бора. — СО, СО, не выходят через форму, а проникают в отливку. Кроме того, легкоплавкие эвтектики образуют химический пригар, а опланления на поверхности формы приводят к изменению геометрии поверхности

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления отливок в литейных формах по постоянным моделям, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отнерждение, протяжку вспомогательной модели, нанесение слоя из суспенэии с модифицирующей добавкой, отнерждеиие, протяжку модели, выжигание летучих из отвержденного слоя, сборку полуформ, прдкалку формы и заливку. После выбивки отливки, полученные в формах, имеют высокие точность и чистоту поверхности 143 .

Однако их поверхность имеет недостаточную твердость и износостойкость, что весьма важно для изделий, поверхность которых подверга.ется интенсивному износу в процессе эксплуатации. Упрочнение поверхностного слоя отливок путем модифицирования позволяет решить эти задачи без применения дорогостоящих и дефицитных легирующих материалов, используемых при объемном повышении прочности и иэносостойкости отливок.

1066723

Целью изобретения является повы- шение точности и чистоты отливок с поверхностно-упрочненным слоем.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления отливок в литейных формах па постоянным моделям, включающему изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отнерждение, протяжку вспа- 10 могательной модели, нанесение слоя из суспензии с модифицирующей добавкой, атверждение этого слоя, протяжку основной модели, выжигание летучих компонентов из отверж- 5 денного слоя, сборку полуформ, прокалку Формы, заливку, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, в который заливают суспензию с модифи- 20 цирующей добавкой для образования модифицирующего слоя.с последующим его отверждением, протяжкой промежуточной модели., выжиганием летучих компонентов, прокалкой полуформы при 600-850 С и охлаждением до 17-22 С, а затем устанавливают с зазором полученную опорную полуформу с модифицирующим слоем на основную модель и в зазор заливают керамическую суспензию для образонания

30 защитного облицовочного слоя, который отверждают, протягивают основную модель и прокаливают защитный облицовочный слой газовой горелкой, а после заливки собранной формы З5 металлом ее выдерживают при 8501100 С в течение 0,5-4 ч.

Пример. В качестве опытной отливки выбирают вставку коночного штампа массой 36 кг, полученную литьем в комбинированных керамических формах по постоянным моделям на

Минском тракторном заводе. По вспомогательной модели, увеличенной от- 45 носительно основной (рабочей) на 8 мм по всей поверхности, изготавливают опорную полуформу из шамотной смеси на жидкостекольном связующем по СО .2 процессу. Далее проводят прокалку опорной полуформы при 900 С в течение 2 ч для стабилизации ее размеров. Охлажденную полуформу до 1722ОС (возможно взять руками) устанав-. ливают на промежуточную модель, увеличенную относительно основной модели (рабочей) на 1-7 мм, и в образовавшийся зазор заливают суспенэию, содержащую модиФицирующую добавку, обеспечивающую диффузию и активатор диффузии (карбид бора и 60 фтористый натрий в отношении 9:1 соотнетственно) при следующем соот;ношении ингредиентов, мас.%:

Гидрализованный раствор этилсиликата 25 65

Карбид бора 27

Фтаристый натрий 3

Гелеабразователь 2

Огнеупорный нанапалнитель 43

В качестве огнеупорного наполнителя используют кварцевый песок

1KO?A и пылевидный кварц ПК-2 непрокаленный в отношении 1:2 соответственна. Для приготовления гидрализаваннога раствора этилсиликата используют этилсиликат марки 32 по

МРТУ 6-02-415-67. В состав смеси входит технический карбид бора ГОСТ

5744-74, фтаристый натрий ГОСТ

4463-76. В качестве отвердителя суспензии используются 40%-ный водный раствор триэтаноламина (Ту 6-09-244272). ПасЛе отверждения смеси промежуточную модель протягивают, выжигают летучие составляющие керамики, пракаливают форму в течение 1 ч при и температуре 750 С, которая ниже температуры начала разложения модифицирующей диффундирующей добавки. Далее полученную полуфарму с модиФицирующим слоем устанавливают на основную модель и в зазор запрессанывают суспензию для получения защитного облицовочного слоя. Для повышения газопроницаемасти н состав суспензии вводят пенапалистирол (ГОСТ 20282-74) при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:

Гидрализаванный раствор этилсиликата

Пенополистирал

Гелеобраэователь

Огнеупорный напалнитель 75,0

22,5

0,5

2,0

Модифицирующий слой является промежуточным между опорной формой и облицовочным защитным слоем. Запрессовка такой суспензии позволяет получать облицовочные защитные слои толщиной до 2 мм, но не менее. Этим объясняется нижний предел толщины эащитнага облицовочного слоя, который выполняют толщиной 1-7 мм. При использовании з ашитного облицовочного слоя, толщиной более 6 мм, практически прекращается процесс переноса модифицирующей дн ффундирующей добавки к поверхности отливки и насыщение атомами бора. После отверждения защитнога облицовочного слоя и протяжки модели выжигают летучие составляющие керамики с одновременным прокаливанием газовой горелкой в течение

20 мин при условии, чта температура поверхности не превышается выше 700 С. Далее форму собирают и заливают сталью 5ХНМ. Через 30 с пос-. ле заливки формируется литейная корочка толщиной 8 мм, через этот же

1066723 промежуток времени слой, содержащий модифицирующую добавку, обеспечивающую диффузию, прогревается до 900"С, и начинается процесс переноса атомов бора к поверхности отливки (под воздействием атомов фтора образуются борофториды, активно диффундирующие в поверхность отливки), Через 12 мин после заливки форму устанавливают в нагревательную печь при

900 С, 1000 С, 1100 С, проводят вы- 1О держку в нагревательной печи 0,5;

2; 4 ч. При этом формируется точная отливка с шероховатостью поверхности 4-5 класса ° В структуре поверхнОстного слоя образуются высокотвер- 15 дые бориды железа и эвтектика. Снижение температуры прокалки защитного облицовочного слоя ниже 600 С приводит к неполному удалению летучих из" керамики, что вызывает появление о газовых дефектов на поверхности отливок. Превышение температуры более

850 C приводит к преждевременному разложению добавки, обеспечивающей диффузию, и к ок слению активных атомов бора, образовавшихся в процессе разложения. Выдержка залитых форм в нагревательной печи при температуре ниже 850 С нецелесообразна вследствие практического прекращения диффузии атомов бора. Увеличение температуры более 1100 С сопровождается ухудшением качества поверхности отливок, вызванное оплавлением ее поверхностного слоя в результате растворения образовавшихся боридов З5 и увеличения доли легкоплавкой боридной эвтектики. Уменьшение време" ни выдержки залитых форм в нагревательной печи менее 0,5 ч приводнт к значительному уменьшению тол- 40 щины бористого слоя. Время выдержки более 4 ч нерационально, так как практически не увеличивается толщина диффузионного слоя. После заливки жидкого металла в комбинированную керамическую форму с.промежуточным и защитным облицовочными слоями тепло, отводимое через стенки формы, прогревает защитный облицовочный слой керамики до температуры 1300-1400 С в течение 30-40 с.

Происходит образование прочной неоплавленной литейной корочки толщиной 6-8 мм, способной выдержать газовое давление со стороны формы.

За это же время промежуточный облицовочный слой с модифицирующей добавкой, обеспечивающей диффузию, прогревается до температуры начала разложения добавки и выше (900-1200 С) в зависимости от толщины облицовочного защитного слоя. Начинаетсч процесс разложения модифицирующей добавки, обеспечивающий диффузию, с образованием активных атомов, которые путем переноса через газовую фазу достигают границы форма-металл, адсорбируются на поверхности металла, и далее происходит процесс диффузионного насыщения затвердевшей поверхности отливки. Для увеличения продолжительности времени протекания процесса диффузионного насыщения форма устанавливается в нагревательную печь при 850-1100 С. Тем самым обеспечивается проведение химико-термической обработки отливок непосредственно в процессе формирования отливки. Использование, защитного облицовочного керамического слоя затормаживает процессы разложения диффундирующей добавки и возникновения газового давления со стороны формы до образования прочной литейной корочки, предотвращает возникновение газовых раковин, неровностей и прогибов на поверхности отливок за счет создания газовой диффузии через газопроницаемый облицовочный слой, изолир„"ет поверхностный слой отливки от химического взаимодействия с легкоплавкими эвтектиками, повышает точность и чистоту упрочненной поверхности„ Результаты металлографических и технологических испытаний приведены в таблице, из которой следует, что предлагаемый способ 2-12, 14-18 обладает преимуществами по сравнению с известным по эффекту модифицирования (толщине боридного слоя), чистоте поверхности отливок и их точности.

Реализация изобретения позволяет получить экономический эффект не менее 200 р/т стального литья за счет снижения затрат на очистку отливок от пригара и их механическую обработку, улучшения качества по-верхностно-упрочненного слоя,повышения иэносостойкости изделий в

2-2,5 раза.

1066723

Время вывыдержки печи, ч

Толщина боридного слоя, мм

Толщина облицовочного слоя (размеры зазора между промежуточной и основной моделью), мм

Точность, мм на =162 отклонения от номинального размера

Чистота поверхности отливок R мкм ГОСТ

2789-73

Температура печи, С

Предлагаемый способ

1 1. 0,2-0,3

0,49

900

2 а30

+0,2-0,3

0,42

900 О, 15-0,25

0 35

900

20 0;1-0,2

0,28

900

20 +0,1-0,2

0,11

900

20 +0,2-0,3

0,3

0,5

900 0,2-0 3

0,45

900. 0 2-0 3

0,53

1000 -0,2-0,3

0,61

1100 0,2-0,3

0,72

1100 0,1-0 2

0,03

0,5

900

50 0,2-0,3

0,32

850

14 2

15 4

l6 б

17 4

18 4 й0,2-0,3

850

0,19

t+0 1-0, 2

850

0,09

<0 2-0, 3

85 0

0,13

0 5

++0 2-0, 3

0,21

850

Известный способ

3 3

4 4

5 5 б 6

7 3

8 3

9 3

10 3

11 2

12 6

13 7

Неудовлетворительное качество облицовочного слоя (20% непокрытой облицовкой поверхности) Борированный слой наблюдается в отдельных местах толщиной не более 0,2 мм

0,2 мм 160 -0 5-0,7

Ф

ВНИИПИ Заказ 11104/13 Тираж 779 Подписное

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