Способ литья выжиманием металла в форму с кристаллизацией под давлением

 

Использование: в литейном производстве, в частности в технологическом процессе получения отливок под давлением. Сущность изобретения: дозу расплава в облицованную огнеупором камеру выжимания заливают с перегревом, например, для стали на 30...60°С над температурой ликвидус, и перед выжиманием производят выдержку до образования между облицовкой и расплавом твердой корочки металла.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологическому процессу получения отливок под давлением.

Целью изобретения является улучшение качества отливок и повышение надежности процесса.

Способ включает заливку дозы металла в облицованную огнеупором камеру выжимания, последующее выжимание металла из нее в полость литейной формы и кристаллизацию под давлением, при этом расплав заливают в камеру с перегревом, например, для стали на 30-60^оС над температурой ликвидус, и перед выжиманием производят выдержку до образования между облицовкой и расплавом твердой корочки металла.

Образовавшаяся между расплавом и облицовкой твердая корочка металла при выжимании легко деформируется, одновременно оттделяет облицовку от расплава, вытесняемого в форму, и предотвращает попадание песка от облицовки в отливку. Корочка металла, образовавшаяся на открытой поверхности дозы, при перемещении пуансона и нарастании давления в расплаве прорывается и в форму поступает неокисленный металл. Все это позволяет улучшить качество отливок. Кроме того, твердая корочка перекрывает место контакта пуансона и облицовки камеры и защищает от прорыва расплава по боковой поверхности пуансона, что повышает надежность процесса. Во время выдержки для отвода от расплава тепла перегрева и образования твердой корочки металла на поверхности залитой в камеру дозы облицовка, выполненная, например, из кварцевого песка с жидкостекольным связующим, прогревается и становится податливой (размягчается), что обеспечивает пластическую деформацию облицовки при перемещении пуансона и уменьшает ее разрушение.

Момент образования твердой корочки между расплавом и облицовкой (толщина корочки составляет обычно 2-3 мм) фиксируют по температуре на поверхности дозы в камере. Заливка в камеру выжимания расплава без перегрева или с перегревом менее 30^оС над температурой ликвидус, не обеспечивает к моменту образования твердой корочки необходимого прогрева и податливости облицовки, приводит к неравномерной по высоте камеры толщине корочки и увеличению расхода металла на пресс-остаток. Кроме того, заливка с малым перегревом или без перегрева представляет значительную техническую проблему для обеспечения нормальной работы разливочных агрегатов, особенно, в условиях массового производства.

Заливка расплава в камеру с перегревом над температурой ликвидус более, чем на 60^оС, нерациональна, так как приводит к увеличению времени выдержки для отвода тепла перегрева и снижению производительности литья.

Отработку режимов способа литья (в части образования твердой корочки металла) производят следующим образом: - дозу расплава стали заливают в камеру выжимания с перегревом на 30-60^оС над температурой ликвидус; - производят выдержку до отвода тепла перегрева; - пробивают корочку металла сверху и сливают расплав путем переворота камеры.

Изготовлена отливка из стали 45 (внутренний диаметр камеры выжимания по облицовке 250 мм, высота слоя металла, заливаемого в камеру 80 мм).

Расплав, вытесняемый в форму из образовавшейся в камере оболочки, находится в жидко-твердом состоянии, не имеет окислов и включений от облицовки, поэтому полученный металл отливки мелкозернистый, с высокими механическими свойствами.

Механические свойства данной стали не уступают прокату: σ_в = 72 кгс/мм²; σ_т= 39 кгс/мм²; δ = 20%; Ψ = 46% (химический состав стали по основным элементам: С - 0,5; Мn - 0,85; Si - 0,24).

Свойство сплава затвердевать последовательно с образованием первоначально корочки по всему периметру отливки известно.

В предложенном способе образование твердой корочки на поверхности залитой в камеру выжимания дозы сопровождается прогревом и размягчением песчаной облицовки, что обеспечивает ее деформацию при перемещении пуансона в камере, а намороженная корочка металла на боковой поверхности облицовки легко деформируется, предотвращает попадание песка из облицовки в отливку и выплеск металла по боковой поверхности пуансона, что позволяет говорить о существенных отличиях предлагаемого технического решения.

Пример осуществления способа. Отливку корпуса гильзы цилиндра (5 шт. корпусов в одной заготовке) двигателя внутреннего сгорания с толщиной стенки 8 мм, массой 14 кг получают в следующей последовательности.

В камеру выжимания, облицованную 10 мм слоем кварцевого песка с жидкостекольным связующим, щаливают 28 кг стали при 1530^оС (в камере) и производят выдержку для снижения температуры до 1500^оС, после чего на камеру устанавливают пуансон с центральным литниковым ходом и включают привод перемещения ее вверх со скоростью 0,2 м/с. Время перемещения камеры до начала вытеснения стали в форму (время холостого хода) составляет 10 с. За этот период времени (от начала заливки в камеру и до начала выжимания) температура металла в камере снижается до температуры ликвидус, облицовка камеры прогревается и становится податливой, а вокруг дозы расплава образуется твердая корочка металла, которая при перемещении пуансона деформируется (по стенкам), предотвращая попадания в отливку песка из облицовки, и прорывается в районе литникового хода, обеспечивая поступление в форму неокисленного металла. Одновременно твердая корочка перекрывает место контакта пуансона с облицовкой камеры. Время заполнения формы металлом 4 с.

После заполнения формы перемещение камеры не прекращается, чем обеспечивается сжатие жидкого остатка и кристаллизации металла отливки под давлением 5-10 кг/см². Готовую отливку извлекают из формы и процесс повторяют.

Использование способа литья выжиманием металла в форму с кристаллизацией под давлением обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: - повышается качество литого металла и в соответствии с этим появляется возможность расширить номенклатуру отливок, в т.ч. за счет возможности получения стальных отливок ответственного назначения; - расширяются возможности конструи- рования точных стальных отливок корпусов с высоким коэффициентом использования материала (до 0,95); - повышается надежность процесса литья, улучшается техника безопасности.

Формула изобретения

СПОСОБ ЛИТЬЯ ВЫЖИМАНИЕМ МЕТАЛЛА В ФОРМУ С КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, включающий заливку дозы расплавленного металла в облицованную огнеупорным материалом камеру выжимания, последующее выжимание металла из нее в полость литейной формы и кристаллизацию под давлением, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества отливок и повышения надежности процесса литья, расплавленный металл заливают в камеру выжимания с перегревом для стали преимущественно на 30 - 60^oС над температурой ликвидуса и перед выжиманием производят выдержку до намораживания на стенках камеры выжимания корочки металла.