Способ центробежного литья биметаллических заготовок

 

СПОСОВ ЦЕНТРОВЕЖНОГО ЛИТЬЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК, включаняций порционную заливку под флюсом первого и второго металлов во вращающуюся изложницу, отличающийс я тем, что, с целью получения биметаллических заготовок с требуемыми размерами по диаметру и толщине зоны смешивания металлов, об спечения снижения напряженного состояния металла заготовки в зоне свариваемости разнородных металлов при циклических нагрузках, запивку первого металла производят порциями, сначала заливают в изложницу 90-95% его массы, а по достижении свободной поверхностью металла температуры солидус заливают вторую порцию первого металла.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbffHA (21) 3691255/22-02 (22) 16.01.84 (46) 23.05.85. Вюл. Р 19 (72) Б.Б. Конопелько, А.И. Шевченко, А.И. Масютин, А.П. Пимошенко, А.К. Сиротин и В.Г. Выгон (71) Институт проблем литья АН Украинской CCP (53) 621.74.042(088.8) (56) 1. Патент США В 3414044, кл, 164-95, опублик. 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

У 643228, кл. В 22 D 13/00, 1977. (54)(57) СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК, включающий

„„SU„, 1 1568 6 А

4(s1) В 22 D 13 00 19 16 порционную заливку под флюсом первого и второго металлов во вращающуюся излсжницуь О т л и ч & ю щ и и с я тем, что, с целью получения биметаллических заготовок с требуемыми размерами по диаметру и толщине зоны смешивания металлов, обеспечения снижения напряженного состояния металла заготовки в зоне свариваемости рвзнородных металлов при циклических нагрузках, заливку первого металла производят порциями, сначала saливают в изложницу 90-95Х его массы, а по достижении свободной поверхноствю металла температуры солндус заливают вторую порцию первого металла. 3

1 11568

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии центробежного литья под флюсом биметаллических заготовок иэ черных и цветных металлов. S

Известен способ центробежного литья биметаллических заготовок, включающий последовательную заливку первого металла, флюса и второго металла во вращающуюся изложницу (11 . 10

Однако иэ-за влияния большого числа технологических параметров (нагрев и охлаждение формы — изложницы, состав и толщина огнеупорного покрытия, температура заливки разнородных металлов и др.) на процесс кристаллизации металла первого слоя, величина эоны смешивания (граница свариваемости) разнородных металлов колеблется в широких пределах и в отдельных слу-20 чаях может достигнуть внутреннего рабочего слоя иэделия и в дальнейшем сказаться на его эксплуатационных характеристиках. Особенно это относится к изделиям, у которых рабочим 25 слоем является относительно тонкий второй (внутренний) слой металла, например биметаллическая цилиндровая втулка судового дизеля.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ центробежного литья под флюсом биметаллических заготовок, включающий порционную заливку под флюсом первого и второго металла во вращающуюся изложницу Pj .

Недостатком известного способа являются сложность получения биметаллических заготовок с требуемыми размерами по диаметру и толщине зо40 ны смешивания металлов для обеспечения снижения напряженного состояния металла заготовки в зоне свариваемости разнородных металлов при цикли4$ ческих нагрузках.

Целью изобретения является получение биметаллических заготовок с требуемыми размерами по диаметру и толщине зоны смешивания металлов, 50 обеспечение снижения напряженного состояния металла заготовки в зоне свариваемости разнородных металлов при циклических нагрузках.

Поставленная цель достигается тем,э» что согласно способу центробежного литья биметаллических заготовок, включающему порционную заливку под

36 2 флюсом первого и второго металла во вращающуюся изложницу, заливку первого металла производят порциями, сначала заливают в изложницу 90-95% его массы, а по достижении свободной поверхностью металла температуры солидус заливают вторую порцию первого металла.

Заливка первого металла двумя порциями обеспечивает получение биметаллических заготовок, у которых зона смешивания располагается на требуемой глубине (диаметре) отливки и необходимой толщине.

Глубина и толщина зоны смешивания обуславливаются условиями эксплуатации изделия, изготовленного из биметаллической заготовки, и определяются количеством жидкого первого металла второй порции металла.

Заливка в изложницу первой порции металла наружного слоя мекее 90% может привести к образованию очень широкой зоны смешивания разнородных металлов, достигающей рабочего слоя изделия, и к снижению его эксплуатационных характеристик.

Увеличение первой порции металла свыше 95% приводит к уменьшению количества металла, принимающего участие в образовании эоны смешивания.

Зона при этом получается относительно узкой и при циклических нагрузках в ней образуются трещины, которые и снижают эксплуатационные свойства иэделия, Заливка первой порции металла наружного слоя производится под флюсом, который дозируют на струю жидкого металла на желобе заливочного устройства. Флюс защищает свободную поверхность металла от окисления, рафинирует металл от неметаллических включений и вредных примесей, создает направленную кристаллизацию металла и обеспечивает качественную свариваемость с последующей порцией залитого металла.

Пример. Отливают и исследуют партию биметаллических заготовок стали 20Л вЂ” легированный чугун. Количество второй порции стали 20Л изменяют от 3 до 20% от веса заливаемой стали. Заливку металла осуществляют в изложницу с внутренним диаметром 460 мм и длиною 600 мм. Изложницу футеруют огнеупорной краской, состоящей из циркана, бентокита, 3 1156 окиси магния и каллоидного раствора золя кремниевой кислоты. Вязкость краски составляет 20-23 см. Температура заливки стали 1550 С, а чугуна

1390 С.

При заливке стали на струю дозируют флюс системы CaF,-Са0-$10 -А1 О,М80 в количестве 2Х ат веса металла наружного слоя.

Остальные недостающие параметры 1Q технологического процесса литья заготовок и результатов их исследований приведены в табл. 1 и 2.

Анализ проводится на кольцах, вырезанных из торцовых и средней частей заготовок. Зону смешивания определяют металлографическим способом и замером твердости металла по толщине кольца. Замер твердости проводят через каждый 10 мм, начиная от внутренней поверхности кольца. В результате исследований установлено, что количество первой порции наружного слоя металла заготовки 803 приводит к образованию широкой зоны сме- ZS шивания его с металлом внутреннего слоя, захватывая рабочий слой втулки, что приводит к изменению его химического состава и, как следствие, к изменению эксплуатационных характеристик рабочего слоя втулки.

836 4 нако он не удовлетворяет техническим требованиям втулки. Толщина внутреннего слоя должна быть не менее 2 5-3,0 мм.

При заливке первой порции металла наружного слоя свыше 972 получают очень узкую зону перемешивания, в которой концентрируются высокие напряжения. При циклическом нагру1 женин в этой зоне образуются в первую очередь трещины. Кроме того, эона свариваемости обладает минимальными прочностными свойствами. Аналогичный результат получен и по известному способу.

Наилучшие результаты по износостойкости и с минимальным напряженным состоянием металла в зоне смешивания получают при заливке первой порции стали, равной 90-95Х от веса стали, Предлагаемы способ дает возможность получать биметаллические заготовки с заранее заданным размером эоны перемешивания металлов.

Кроме того, способ позволяет получать биметаллические заготовки с заранее заданными свойствами и по диаметру эоны смешивания металлов исключить брак и повысить качество заготовок.

Ожидаемый экономический эффект по предварительным расчетам от изменения технологии получения заготовок цилиндровых втулок судовых двигателей 6Л525 для двух типов судов составит 1 114,8 тыс.руб, Т а блица 1

Размеры заготовки, мм Количества заливки стали ?ОЛ, к Леги Время выКоличество металла первой порции наружного слоя 85Х позволяет получить на внутренней поверхности втулки рабочий слой соответствующего химсостава толщиной 1,0-1 5 мм, оддержки между заливкой

I u II порций, с рова ный чугу

Граница зоны пе ремешивання

В„д,, Длина

Е порция ЕЕ порция

I порция

I порция

450 363-320 310 540

450 357-328 311 540

450 351-336 309 540

450 345-338 308 540

450 343-336 311 540

450 343-320 310 540

60 148

60 160

60 168

60 175

60 181

60 187

238

28

266

270

97

220 Известный $2) 1156836

Таблица 2

Твердость по толщине втулки, НВ

Результаты исследований

Зона смешивания переходит в рабочий слой втулки.

Разрыв образцов по смешанной зоне, так как слой не смешанного чугуна составляет -.. 5,0 мм, Износ смешанного слоя на 10-157. больше стали 20Л, Втул-: ку забраковуют.

241, 207, 201, 187, 170, 163, 167

241, 229, 197, 179, 170, 163, 167

Толщина не смешанного слоя чугуна со сталью составляет 1,0-.1,5, что меньше допуска на износ втулки. Разрыв образцов по чугунному слою. Работоспособность втулки на 30-40Х меньше серийных.

Износостойкость чугуна в 1,5-2,0 раза больше стали 20Л. Втулку забраковуют по причине тонкого слоя чугуна.

Толщина слоя чугуна, не смешанного со сталью

3,0 мм. Разрыв образцов по чугунному слою. Прн циклическом нагружении трещины появляются в чугуне. Износостойкость чугуна в 2,5 раза больше стали 20Л.

239, 229 201, 174, 163

156, 163

Толщина слоя чугуна равна 4,0 мм и более. Разрыв образцов по чугунному слою. При циклическом нагружении трещины появляются в чугунном слое, Износостойкость чугуна в 2 5-3,0 раза больше стали 2ОЛ.

241, 241, 229, 163, 156

156, 163

229, 167, 163, . Четкая граница свариваемости. Максимальное напряженное состояние в зоне свариваемости. Появление при циклической нагрузке трещин по границе свариваемости. Разрыв образца вблизи границы свариваемости со стороны чугуна. Износостойкость чугуна

1,5-2,0 вьппе стали 20Л.

2419 239, 163, 167

239, 201 187 163, 156, 156, 167

Смешивание металлов отсутствует. Износостойкость слоя чугуна в 2,5-3,0 раза вьппе чем стали 20Л, Втулка имеет максимальные напряжения в зоне сваркч. ч а н и е. Замер твердости металла производится на кольцах, вырезанных из биметаллических заготовок на следующих диаметрах: 1-320 мм, 2-330 мм, 3-340 мм, 4-350 мм, 5-360 мм, 6-380 мм, 3-440 мм.

Составитель В. Реут

Редактор О. Черниченко Техред А.Бабинец Корректор М. Пожо

Заказ 3238/12 Тираж 747

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., oo. 4/5

Подписное

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