Способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям
Владельцы патента RU 2427442:
Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики Уральского отделения РАН (RU)
Изобретение относится к литейному производству. На предварительно вспененные гранулы пенополистирола наносят модификаторы или легирующие добавки в виде краски. К окрашенным гранулам пенополистирола добавляют неокрашенные предварительно вспененные гранулы пенополистирола в количестве от 2 до 94% по объему. Гранулы сушат, засыпают в пресс-форму для окончательного вспенивания и получения модели. Обеспечивается повышение качества отливок, их структуры и свойств путем равномерного распределения модификаторов или легирующих добавок в отливках или их отдельных частях. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для производства отливок из сталей, чугунов и цветных металлов и их сплавов с применением технологии литья по газифицируемым моделям с целью расширения области их применения. Известен способ модифицирования стали путем введения в расплав при сливе в ковш модификаторов на основе бора и его соединений, АС № 1470777.
Недостатком данного способа является модифицирование всего объема отливки, что ведет к неравномерному распределению модификаторов по объему отливки, а также к значительному расходу модификаторов.
Ближайшим аналогом является способ получения отливки литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей в пресс-форме путем нанесения на предварительно вспененные гранулы пенополистирола, модификаторов или легирующих добавок в виде краски, последующей сушки, засыпки их в пресс-форму и окончательного вспенивания, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение его несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла (RU 2048953 С1, В22С 7/02, 27.11.1995).
Задачей изобретения является повышение качества отливок, их структуры и свойств путем равномерного распределения модификаторов или легирующих добавок в отливках или их отдельных частей.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе к окрашенным различными составами гранулам пенополистирола добавляют неокрашенные предварительно вспененные гранулы пенополистирола в количестве от 2 до 94% по объему в зависимости от предъявляемых требований к отливке.
Технический результат достигается за счет того, что модификаторы или легирующие добавки в виде мелкодисперсного порошка равномерно вводят в объем модели из пенополистирола. Полученный модификатор, например оксид алюминия Al2O3, измельчают до состояния порошка с размером частиц 100-200 микрон. Измельчение проводят любым известным способом. После этого из оксида алюминия готовят краску на водной или спиртовой основе при необходимости с добавкой клеящих веществ, не вызывающих деструкцию пенополистирола. Затем предварительно вспененные гранулы пенополистирола окрашивают приготовленной краской и сушат в кипящем слое теплого воздуха. Для получения в пресс-формах моделей заданной плотности и шероховатости, а также для более точного корректирования химического состава отливки необходимо производить добавку предварительно вспененных неокрашенных гранул в количестве от 2 до 94% по объему. Добавка предварительно вспененных неокрашенных гранул менее 2% может привести к тому, что модель получится недостаточно прочной, а добавка более 94% приводит к неравномерному распределению модификаторов или легирующих добавок в модели. Смесь гранул засыпают или задувают в пресс-форму, которая подвергается термической обработке известными способами. Полученные модели с равномерным распределением модификатора по объему собирают в модельные блоки, окрашивают антипригарной газопроницаемой краской, размещают в опоке, засыпают несвязанным формовочным материалом (песком), уплотняют вибрацией, герметизируют, вакуумируют и заливают металлом.
При заливке металла пенополистирол послойно выгорает, а модификатор смешивается с основным металлом в заданной пропорции равномерно по всему объему, создавая в нем большое число центров кристаллизации. Это приводит к резкому улучшению качества отливок и повышению физико-механических свойств.
При литье рабочих колес центробежных насосов требуется обеспечить высокую износостойкость лопаткам, поэтому целесообразно легировать добавками, повышающими износостойкость основного металла только лопатки. Поэтому из окрашенных гранул пенополистирола изготавливают отдельные части модели - лопатки с различным составом и содержанием легирующих добавок, которые приклеивают к основной модели.
В качестве примера возможного осуществления предлагаемого способа были изготовлены отливки рабочих колес центробежных насосов из стали 12Х18Н10Т. Для изготовления лопаток использовались предварительно вспененные гранулы, окрашенные графитовой краской. Тело модели изготавливали из предварительно вспененных гранул без окрашивания. Модели рабочих колес центробежных насосов получали путем приклеивания лопаток к телу модели. Готовые модели собирают в модельные блоки, окрашивают антипригарной газопроницаемой краской, размещают в опоке, засыпают несвязанным формовочным материалом (песком), уплотняют вибрацией, герметизируют, вакуумируют и заливают металлом. Твердость лопаток в полученных отливках составила 50-54 HRC, а твердость тела отливки - 18-20 HRC. Повышенная твердость лопаток объясняется высоким содержанием углерода С - 1,96-1,98% (по данным химического анализа). Значительное увеличение содержания углерода в лопатках отливок является следствием взаимодействия графита из окрашенных гранул с металлом при заливке моделей. Содержание углерода в полученных отливках в теле модели составило 0,20-0,24%, что на 0,1-0,12% выше, чем в исходном материале, и объясняется взаимодействием продуктов термодеструкции пенополистирола со стальным расплавом при заливке моделей.
1. Способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей в пресс-форме путем нанесения на предварительно вспененные гранулы пенополистирола, модификаторов или легирующих добавок в виде краски, последующей сушки, засыпки их в пресс-форму и окончательного вспенивания, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение его несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла, отличающийся тем, что к окрашенным гранулам пенополистирола добавляют неокрашенные предварительно вспененные гранулы пенополистирола в количестве от 2 до 94% по объему.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из предварительно вспененных окрашенных гранул пенополистирола изготавливают отдельные части модели с различным составом и содержанием модификаторов или легирующих добавок, в зависимости от требований, предъявляемых к различным частям отливки, с последующей сборкой модели.
