Способ изготовления литых заготовок

 

Изобретение относится к черной металлургии , конкретно к способам отливки деталей в металлические охлаждаемые и неохлаждаемые кокили, и может быть использовано в цветной металлургии. Цель изобретения - увеличение срока службы литых заготовок за счет повышения износостойкости. На рабочую поверхность литейной формы или Стержня с температурой 20-35°С наносят металлошлаковую смесь, содержащую, %: легирующий материал 40-65; шлаковый компонент 20-26; натриевые и калиевые соли кремниевой кислоты остальное, выдерживают в течение 40-60 мин/мм толщины наносимого слоя, а затем нагревают поверхность кокиля или стержня до 50-80°С со скоростью 0,5-1,5°С/мин. В качестве легирующего материала используют карбиды кремния. В качестве шлакового компонента в составе смеси используют фториды магния. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 22 О 27/18

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Л

С (21) 4798388/02 (22) 09.01.90 (46) 07.12.91. Бюл. N 45 (71) Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов (72) Ю. С. Олейник, В. М. Боревский, Н.Ф.Яковлев, О. И. Гаревских, В. А. Лазоркин, B. А. Ляной, В. В. Фролочкин, О.Г.Уланов и Ю. А. Зорин (53) 621,746.046(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 724723, кл. В 22 D 27/18, 1980. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК (57) Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к способам отливки деталей в металлические охлаждаемые и неохлаждаеИзобретение относится к области черной металлургии, конкретно к способам отливки деталей в металлические охлаждаемые и неохлаждаемые кокили, и может быть использовано в цветной металлургии.

Цель изобретения — увеличение срока службы литых заготовок за счет повышения износостойкости.

На рабочую поверхность литейной формы или стержня с температурой 20-35 С наносят металлошлаковое покрытие, содержащее 40-65 мас., легирующего ком-. понента, 20-26 мас.% шлакообразующего компонента, остальное 9-40 мас. (, натриевые или калиевые соли кремниевой кислоты в качестве связующего компонента, выдерживают 40-60 мин lмм толщины слоя покры„„Я3„„1696129 А1 мые кокили, и может быть использовано ъ цветной металлургии. Цель изобретения— увеличение срока службы литых заготовок за счет повышения износостойкости. На рабочую поверхность литейной формы или стержня с температурой 20-35 С наносят металлошлаковую смесь, содержащую, 7,: легирующий материал 40-65; шлаковый компонент 20-26; натриевые и калиевые соли кремниевой кислоты остальное, выдержива.ют в течение 40-60 минlмм толщины наносимого слоя, а затем нагревают поверхность кокиля или стержня до 50-80 С со скоростью

0,5-1,5 С/мин, В качестве легирующего материала используют карбиды кремния. В качестве шлакового компонента в составе смеси используют фториды магния, 3 з.п. ф-лы, 2 табл. тия, а затем. нагревают поверхность кокиля или стержня до температуры 50-80 С со скоростью 0,5-1,5 С/мин.

Наиболее высокие результаты достигаются при использовании в качестве легирующего материала карбидов кремния, а в качестве шлакообразующего компонента— фторидов магния.

Нанесение защитного пЬкрытия по предлагаемому способу на поверхность металлического кокиля позволяет исключить опасность приваривания отливки к его поверхности.

Шлакообразующий компонент, входящий в состав покрытия, в ходе заливки жидкого металла подплавляется и образует гарниссажную пленку перед фронтом подплавляющегося в кокиле расплава, что обес1696129 вают в течение 40-60 мин на каждый мйллиметр толщины слоя„а затем подогревают поверхность кокиля да температуры

50-80 С со скоростью нагрева 0 51,5 С/мин, Такой режим.подготовки кокиля обеспечивает равномерное затвердевание наносимой смеси без пузырей и отслаивания.

После окончания процесса сушки кокиль устанавливают на стенд и заливают жидкий металл при температуре расплава

1560-1590 С. Металл, поступая в кокиль, подплавляет часть защитной обмазки, что обеспечивает легирование поверхностного слоя отливки, а поскольку заливка металла производится в охлаждаемый кокиль, то быстрэя. ее кристаллизация обеспечивает только поверхностное легирование отливки. В дальнейшем насыщение поверхности отливки заданным элементом происходит за счет диффузионного легирован ля, Начальная температура рабочей поверхности кокиля оговорена пределами 2035 С в связи с тем, что нанесение металлошлаковой смеси на более горячук> поверхность приведет к ее вспучиванию или растрескиванию. При более холодной поверхности кокиля, т.е. ниже 20 С, металлошлаковая смесь пло:хо наносится и закрепляется на ее поверхности. Возможно образование на стенках отливки водяного конденсата, что также ухудшает качество нанесенного слоя.

ЗО

50 печивает высокое качество поверхности отливки.

Наличие защитного покрытия уменьшает тепловой напор на стенку кокиля, что предотвращает его коробление и удлиняет 5 срок службы. Присутствующий в покрытии пеги рующий элемент переходит в поверхностный слой металла отливки.

Особенность предложенного способа заключается в том, что готовят покрытие в 10 виде металлошлаковой смесл из порошка легирующего и шлакообразующего компонента, например фторида магния, в раство- ре натри евых или калиевых солей кремниевой кислоты. При этом состав смеси 15 стараются подобрать таким образом, чтобы ее динамическая вязкость находилась в пределах 0,4-0,5 Hi с/м .

Полученную смесь наносят на рабочук> поверхность литейной формы или стержня 20 при температуре 20-35 С. В зависимости от массы отливки, температуры заливаемого металла или требуемой концентрации легирующего материала в поверхностном слое отливки корректируют толщину наносимого слоя, После нанесения смеси на поверхность кокипя или стержня кокиль выдержиПоследующая выдержка кокиля перед подогревом в течение 40-60 минlмм толщины наносимого слоя дает время дпя застывания солей кремниевой кислоты, входящих в состав смеси, и нагрев до температуры

50-80 С со скоростью 0,5-1,5 С/мин обеспечивает получение плотного, механически прочного слоя смеси на стенках кокиля или стержня.

Сокращение времени выдержки менее

40 мин/мм толщины наносимого слоя приводит в ходе последующего нагрева к образованию трещин и снижению качества слоя, его местному отслаиванию, При увеличении времени выдержки более 60 мин/мм толщины слоя снлжаются

/ технико-экономические показатели процесса, падает производительность плавки, особенно при серийном производстве.

Последующий нагрев поверхности кокиля или стержня до температуры менее .

50 С при скорости нагрева менее 0.5 С/мин ухудшает технико-экономические показатели процесса отливки и снижает прочность сформированного слоя.

Увеличение температуры нагрева поверхности кокиля более 80 С или увеличение скорости нагрева более 1,5 С/мин приводит к образованию вздутий и растрескиванию слоя смеси, снижает качество поверхности отливки.

Присутствие легирующего элемента в количестве 40-65 мас.% от общей массы смеси обеспечивает требуемую его концентрацию в единице объема смеси и последующий быстрый переход элемента в поверхностный спой отливки.

Уменьшение содержания легирующего элемента менее 40 мас.% от общей массы используемой смеси требует увеличения толщины наносимого слоя для получения необходимой его концентрации в отливке, что усложняет технологию его нанесения и сушки.

Кроме того, в условиях быстрой кристаллизации и остывания отливки время на переход легирующего элемента из расплава смеси в металл отливки сокращается, что снижает эффективность самого процесса пегирования.

При увеличении доли легирующего элемента более 65 мас.% массы смеси снижается механическая прочность наносимого на рабочую поверхность слоя, повышается температура плавления смеси вследствие уменьшения доли шлакового компонента, а значит и ухудшаются условия легирования металла, затрудняется технология подготовки смеси.

1696129

Наличие шлакообразующего компонента в пределах 20-26 мас.% смеси улучшает условия ее подготовки и нанесения на поверхность кокиля или стержня. Смесь не подвергается растрескиванию в ходе сушки, а также довольно легко достигается образование твердожидкой фазы на поверхности контакта металл-смесь, что облегчает переход легирующего элемента в металл отливки. Снижение доли шлакового компонента в смеси менее 20 мас. отрицательно сказывается на условиях подготовки и сушки, снижает эффективность легирования и использования легирующего элемента. При содержании шлакового компонента более 26 мас. в смеси падает

KoHцентрация легирующего элемента и снижается эффект легирования отливки и износостойкости кокиля, Натриевые или калиевые соли кремниевой кислотй, вводимые в состав смеси, выполняют роль связующих компонентов, поэтому увеличение или уменьшение их доли в смеси более приведенного в изобретении нерационально, поскольку затрудняется технология нанесения смеси на поверхность кокиля, а при сушке происходит ее вспучивание.

Пример. Опробование предложенного способа производили при отливке прошивных головок из стали 20Х2Н4А для стана непрерывной прокатки труб. Масса отливок 25 кг, наружный диаметр 142 мм, диаметр закрытой полости 70 мм.

Металл расплавляли в индукционной печи и.при температуре 1580 С заливали в металлический водоохлаждаемый кокиль рубашечного типа, на рабочую поверхность которого и редварител но наносили предлагаемую металлошлаковую смесь.

Кроме того, для сравнения производили заливку металла аналогичного состава по известному способу, т.е. металл заливали в песчано-глинистую форму с нанесенной на ее поверхность легирующей смесью, содержащей порошок карбида бора, гидролизиро ван н ы и этилсил икат и воду.

Технико-экономические показатели опытных и сравнительных плавок приведены в табл. 1.

Испытания отлитых головок проводили

5 при прошивке заготовок из стали 20, Результаты представлены в табл, 2.

Внешний вид изношенных прошивных головок представлял собой гофрированную поверхность, образующуюся в результате

10 пластического течения поверхностных слоев головки под действием температуры и усилий при прокатке.

Формула изобретения

1. Способ изготовления литых загото15 вок, включающий нанесение на рабочую поверхность металлических литейных форм и стержней покрытия в виде легирующего шлакообразующего и связующего компонентов; выдержку и сушку покрытия, залив20 ку расплава с последующей кристаллизацией, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы литых. заготовок за счет повышения износостойкости, покрытие используют при следующем соотноше25 нии компонентов, мас. :

Легирующий компонент 40-65

Шла кообразующий компонент 20-26

Связующий компонент 9-40, 30 наносят его при достижении рабочей поверхностью литейных форм и стержней 2035 С, после чего осуществляют выдержку в течение 40-60 мин/мм толщины слоя нанесенного покрытия, а сушку ведут нагревом

35 рабочей поверхности литейных форм и стержней до 50-80 С со GKopocTI 0,5-:

1,5 C/Mèí.

2. Способ поп.1,отл ича ю щийс я тем, что в качестве связующего компонента

40 используют натриевые или/и калиевые соли кремниевой кислоты.

3. Способпоп.1,отличающийся тем, что в качестве шлакообразующего компонента используют фториды магния;

45 4.Способпоп.1,отличающийся тем, что в качестве легирующего компонента используют карбид кремния.

1696129

Таблица

Состав смеси, мас.ь

Температура рабочей поверхности кохиля, С о

Скорость подогрева, С/мин

Зремя выдержки кокиля пеоед сушкой, мин

Толцина наносимо го слоя, мм

Способ

Карбид, кремния

Соли кремниевой кислоты

Перед нане- 8 конце сением смеси сушки

35 17 ф0, е 1" 20

53,23 в 85 28

70 28

0,5

25 пе определяли

80 20 (карбид, (гидролибора) эированный этил. силикат) 100

20 (вода) ный

Таблица 2

Прошиваемая заготовка, мм Коэффициент вытяжки

Диаметр, . Длина

Стойкость Причина выхода (количество из строя прошивок) Способ

Предлагаемый

160.1,86

2300

Износ носка и конуса

172

То же

Износ конуса

Износ носка

231

159

Не определяли

Известный 160

1,86

2300

137

Износ носка, трецина

Составитель О.Белков

Редактор Л,Гратилло Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Заказ .4259 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Предлагаемый

II

117.

IV ° is

Ч

Иэвеет160

160 (2лаковый компонент (фторид ма гнил) 48

24

2300

27

1,86

1,86

1,86

17

0,3

0,5

1,0

1,5

2,0