Смесь для изготовления стержней при литье титановых сплавов и способ изготовления стержней из указанной смеси

 

1. Смесь для изготовления стержней при литье титановых сплавов, включающая металлургические магнезит в виде периклаза, борную кислоту и воду, отличающаяся тем, что, с целью повьшения качества стержней за счет увеличения живучести смеси и инертности ее к титановым сплавам при заливке последних, уменьшения газотворной способности смеси и улучшения санитарно-гигиенических условий труда, она дополнительно содержит хлористый натрий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Борная кислота 0,5-6,0 Вода3-10 Хлористый натрий 0,5-5,0 Металлургический магнезит в виде периклазаОстальное 2.Способ изготовления стержней при литье титановых сплавов из смеси по п. 1, включающий формообразование , извлечение стержней из оснастки и их тепловую обработку, отличающийся тем, что, с целью i повышения качества стержней за счет увеличения живучести смеси, умень (Л шения ее газотворной способности и улучшения санитарно-гигиенических условий труда, стержни последовательно подвергают сушке до температуры .1 70-230°С со скоростью 60 и обжигу до температуры 500700 0 со скоростью 90-110 С/ч. эо со 3.Способ по п. 2, отличающийся тем, что, с целью увеличения инертности смеси к титановым сплавам при заливке последних, после обжига на стержни наносят с помощью газо-пламенного металлизатора защитный слой, состоящий из сплава титана с содержанием кислорода в нем 3-10 мас.%.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 22 С 1 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,(21) 3706439/22-02 (22) 27. 12. 83 (46) 30.10.85. Бюл. Ф 40 (72) А. В.Тихомиров, Ю.А.Филин, В.И. Володин, Б. В. Круглов и В.Т.Соколов (53) 621.742.4(088,8) (56) Литейное производство новых судостроительных сплавов. Л.: Судостроение, 1971, с. 77-78.

Авторское свидетельство СССР й"* 644586, кл. В 22 С 1/00, 1976, Авторское свидетельство СССР

Р 1148178, кл. В 22 С 1/18, 10.11.83. (54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ

ПРИ ЛИТЬЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ И СПОСОБ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ ИЗ УКАЗАННОЙ

СМЕСИ. (57) 1 ° Смесь для изготовления стержней при литье титановых сплавов, включающая металлургические магнезит в виде периклаза, борную кислоту и воду, отличающаяся тем, что, с целью повьппения качества стержней эа счет увеличения живучести смеси и инертности ее к титановым сплавам при заливке последних, уменьшения газотворной способности смеси и улучшения санитарно-гигиенических условий труда, она дополнительно содержит хлористый натрий при следующем соотношении ингредиентов, мас.7.:

Борная кислота 0 5-6,0

Вода 3-10

Хлористый натрий 0,5-5,0

Металлургический магнезит в виде периклаза Остальное

2. Способ изготовления стержней при литье титановых сплавов из смеси по п. 1, включающий формообразование, извлечение стержней из оснаст ки и их тепловую обработку, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества стержней за счет увеличения живучести смеси, уменьшения ее газотворной способности и улучшения санитарно-гигиенических условий труда, стержни последовательно подвергают сушке до температуры 170-230 С со скоростью 60—

100 С/ч и обжигу до температуры 500700 С со скоростью 90-1100С/ч.

3. Способ по п. 2, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения инертности смеси к титановым сплавам при заливке последних, после обжига на стержни наносят с помощью газо-пламенного металлизатора защитный слой, состоящий из сплава титана с содержанием кислорода в нем

3-10 мас.X.

1187904

Цель изобретения — повьппение качества стержней за счет увеличения живучести при заливке последних, уменьшения газотворной способности смеси и улучшения санитарно-гигиенических условий труда.

Состав смеси для изготовления стержней содержит металлургический магнезит в виде периклаза, борную кислоту, воду и хлористый натрий.

Иэ этой смеси изготавливают стержни и подвергают их ".óøêå до 170-230 С со скоростью 60-100 С/ч и обжигу до

500-700 С со скоростью 90-110 С, а затем наносят на поверхность стерж. ней с помощью газо-пламенного металлиэатора защитный слой толщиной

0,1-0,5 мм, состоящий из сплава титана с содержанием в нем кислорода

3-10 мас.%. Введение хлористого натрия, отличающегося высокой стойкостью при обжиге вплоть до темпео ратуры плавления +800 С, вызвано необходимостью обеспечения оптимальной прочности стержней после прокалки и создания инертной к титану газовой прослойки на границе раздел" металл-форма в условиях вакуумной заливки и охлаждения жидкого титана. Пределы выбраны из условия обеспечения нормального формирования гладкой поверхности отливки, исключения образования газовых пузырей в отливке и предупреждения разрушения форм вследствие избыточного давления паров. Введение хлористого натрия менее 0 5Х приводит к увеличению шероховатости поверхности и к формированию слоя повышен.— ной твердости на отливках, а также к уменьшению сухой прочности стержня и повышенной осыпаемости. Увеличение содержан -я хлористого натрия свьппе 57 также понижает прочность смеси в сыром и в сухом состоянии по причине перенасыщения связующим межэерновых промежутков, повьппает осьптаемость прокаленных форм, а также приводит к большому количеству газовых дефектов в виде раковин в отливках по причине повышенного

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к изготовлению фасонного литья из титановых сплавов, и может быть использовано в авиационной, химической, 5 судостроительной и приборостроительной промьппленности. давления на границе металл-форм» и последующего прорыва газом эатвердевающей корки металла. Введение борной кислоты в обусловленных пределах позволяет повысить как сырую прочность, так и прочность после тепловой обработки форм вследствие образования соединений борного ангидрида с ингредиентами смеси, обладающих высокими вяжущими свойствами.

Вода добавляется для улучшения условий формуемости, перемешивания компонентов и создания требуемой текучести при набивке стержней.

Предпочтительно использовать металлургический магнезит (периклаз) со следующим гранулометрическим составом, мас.Х:

0063-63 мкм 12-22 (оптимально 16)

63-1000 мкм 50-70 (оптимально 60)

1000-2500 мкм 18-28 (оптимально 24)

Увеличение мелкой фракции свыше

227 приводит к ухудшению выбиваемости стержней особенно иэ внутренних полостей отливок, к повышенному браку форм по причине растрескивания и излишнему расходу связующего вследствие увеличения суммарной поверхности частиц смеси. При содержании мелкой фракции менее 127. не удается получить удовлетворительных физикомеханических свойств стержней, как в сыром,так и в обожженном состоянии при повышенной осыпаемости стержней.

Содержание крупной фракции свьппе

287. снижает формуемость и ухудшает чистоту поверхности литья. Снижение соцержания крупной фракции менее .

18Х исключает получение удовлетворительных прочностных свойств смеси, . наблюдается появление на стержнях мелких трещин после обжига.

Заформованные стержни подвергаются термической сушке при 200+30 С, причем нагрев до 200 С производится о о со скоростью 60-100 С в час. Сушка осуществляется с целью удаления свободной влаги и повышения технологической прочности стержней, Осуществление нагрева стержней со скоо ростью менее 60 С в час занижает производительность прокалочных агрегатов и приводит к Heïðoèýâoäèòeëüíoìó расходу электроэнергии. Увеличение скорости нагрева свыше 100 С в час о приводит к разрушению форм, трещинам и поводкам за счет интенсивного парообразования в смеси.

3 1187

После сушки стержни обжигаются до 500-700 С со скоростью 90-110 С о о

1 в час (в зависимости от конфигурации и массы садки в печи), с целью удаления связанной влаги и придания необходимой прочности стержням путем разложения борной кислоты и взаимодействия борного ангидрида с ингредиентами смеси. Интервал температур выбран из условия получения оптималь- 10 ных прочностных свойств, исключения осыпаемости и нарушений размерной точности, а также для исключения улетучивания хлористого натрия и необходимости удаления адсоПционной и связанной кристаллизационной влаги. Прокалка ниже 500 С не обеспечивает о удаления адсорбционной и кристаллизационной влаги, температура удаления которой находится в пределах 20

500-550 С. Кроме того, в этом слуо чае стержни не имеют достаточной технологической прочности и, как следствие, обладают повьппенной осыпаемостью и избыточным газовыделением при заливке жидкого металла. о

Увеличение нагрева свыше 700 С приводит к испарению и потерям хлористого натрия и ухудшению инертности смеси. Скорость нагрева выбрана из условия равномерного прогрева стержней и исключения брака по трещинам и разрушениям.

После прокалки и остывания стерж ней до 100-150 С они подвергаются о металлизационному напылению тугоплавким сплавом титана, содержащием от 3 до 10Х кислорода с помощью газово-пламенного металлиэатора, например, типа УПУ или УПН. На стерж- <0 ни наносится слой толщиной 0,1

0 5 мм, в зависимости от сечения и массы заливаемых деталей. Наличие в сплаве титана 3-10 мас.7 кислорода повьппает температуру его плавления от 1690 до 1900 С. Так как нанесенный слой сплава титана обладает остаточными гетерными свойствами, то в процессе заливки, прогреваясь и находясь между жидким металлом 50 и формой, он полностью блокирует подход остаточного кислорода к поверхности отливки со стороны формы

Нанесение слоя толщиной менее О, 1мм не оказывает какого-либо влияния на инертность формы к жидкому титану из-за наличия шероховатости формы, превьппающей 0,1 мм. Слой свьппе

904 4

0,5 мм из-эа относительно низкой теплопроводности и наличия деформационных поводок при контакте с металлом отслаивается и является причиной дефектов на отливках.

Пример. Приготовление формовочной смеси осуществлялось в смешивающих полупромьппленных бегунах.

В качестве отливки были выбраны корпуса арматуры. Формы изготавливались из трех стержней по. деревянным моделям путем набивки пневматической трамбовкой. После сушки, обжига и остывания стержней до 100о

150 С на форму с помощью газового металлизатора ИГИ-4, работающего на кислороде и ацетилене, наносился слой тугоплавкого сплава титана толщиной 0,1-0,5 мм. Содеркание кислорода в сплаве 8 мас.X. Одновременно с формами изготавливались для исследования физико-механических свойств цилиндрические образцы и восьмерки", которые затем испытывались на стандартном лабораторном оборудовании.

Предлагаемые составы смесей 1-6 и составы по прототипу 7 и 8,приведены в табл. 1.

Гранулометрический состав магнезита, использованного в предлагаемых смесях 1-6, приведен в табл. 2.

В табл. 3 приведены режимы термообработки и прочие характеристики, соответствующие способу изготовления стержней иэ предлагаемых смесей 1-6 и смесей 7 и 8 по прототипу.

Свойства смесей 1-8 с учетом режимов их термообработки и напыления на поверхность стержней защитного слоя приведены в табл. 4.

Иэ данных табл. 4 следует, что преимуществами предлагаемой смеси, использованной для изготовления стержней предлагаемым способом, являются повышенная живучесть смеси, что обеспечивает более гибкую стыковку технологических операций смесеприготовления и формообразования, а также обеспечивает более качественное изготовление крупных стержней и форм в условиях производства, повьппенная живучесть смеси вследствие исключения из состава смеси хлорида магния и уменьшения содержания борной кислоты до 5 0 мас.7 вместо 12 ОХ

i 187904

Таблица I

Содержание ингредиентов, мас.7, в смесях

Ингредиенты

1 2 3 4 5 6 7 8

Магнезит металлургический (периклаз) 87,5 91,9 90,0

0,5 2,5 2,5

9 5 3

90,5 88 84

6 2,5 1

3 85 10

0,5 1 5

90,5 7

3 4

6,5 7

Борная кислота

Вода

Хлористый натрий

0,6 4,5

Хлористый магний

Таблица 2

Величина фракций

1 2 3 4 5 6

0063-63 мкм

63-1000 мкм

1000-2500 мкм

16

15 17 14

50

70

24

28

17 по прототипу, так как эти два элемента являются основными компонентами в смеси, влияющие на срок схватывания. Увеличение живучести смеси крайне необходимо при изготовлении крупных форм и стержней в производственных условиях, более высокая стабильность прочностных значений смеси после обжига (в прототипе она колеблется от 12 до 50 кгс/см, что сос- 10 тавляет более 4003, а в предлагаемой смеси эти колебания не превышают

203), что позволяет получать равнопрочные стержни по сечению вне зависимости от габаритов, развеса и кон- 15 фигурации, уменьшенная осыпаемость форм и стержней вследствие исключения из состава смеси хлорида магния, отличающегося высокой гидратационной способностью, что, в свою очередь, 20 приводит к поверхностному разупрочнению форм за счет пересыщения влагой; снижение газотворной способности смеси, что обеспечивает уменьшение брака отливок по газовым дефектам, 25 повышенная инертность смеси к жилк 1. му титану вследствие исключения гилрореагента (хлорида магния) из состава смеси и несколько повышенной прокалки форм и стержней до 600— о

700 С для гарантированного удаления кристаллизационной влаги из форм путем более высокой температуры обжига (600-700 С); снижение толщины слоя повышенной твердости на титановых отливках (в 4-5 раз) путем нанесения на поверхность форм и стержней тугоплавкого сплава из титана, улучшение санитарно-гигиенических условий изготовления стержней и форм путем исключения токсичных выделений в виде паров хлористого водорода (последний выделялся при разложении хлористого магния в смеси по прототипу). По этой же причине отпадает необходимость в принятии мер по защите прокалочного и плавильно-заливочного оборудования от воздействия химически активных паров.

1187904

Таблица 3

Смесь

Показатели

1 2 3 4 5 6 7 8

Скорость сушки, С/ч 60

Температура сушки, С 200 о о

CKopocTI обжига, С/ч 60

Температура обжига, С 500 о

0,1 ва, мм

Таблица 4

Свойства

1 2 .3

12 16

Живучесть смеси, ч

Прочность на сжатие в сыром состоянии, кгс/см

0,90 0,74 0,42 0,85 1,10 0,60 0 70 1,10

Прочность на разрыв после термообработки, кгс/см

39,0 41,5 32,5 39,0 39,0 35,0 12,0 40,0

0,04 Oi01 0,005 0,008 0,003 0,03 0,20 0,23

Осыпаемость, Х

Величина микронеровностей в отливках, мкм

60-80 50-70 . 50-70 60-80 50-70 80-100 70-90 80-100

0,08 0,07 0,05 0,08 0,06 0,09 0,30 0,35 10 16

ВНИИПИ Заказ 6584/9 Тираж 746 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

Толщина напьшяемого на поверхность стержня слоя титанового сплаСодержание кислорода в напыляемом титановом сплаве,. мас.7

Толщина слоя повышенной твердости на отливках, мм

Количество газовых дефектов (поры диа« метром более 1,5 мм) в отливке по результатам рентгеиоконтроля, шт () 1

70 80 75 65 70

200 200 200 200 200

80 110 90 100 70 80 !00

600 700- 500 700 600 480 480

0,25 0,5 0,4 0,2 0,3

Показатели свойств для смесей

4 5 6 7

18 14 12 20 2,0 2,1