Способ получения литых биметаллических штампов системы ферритная сталь - алюминиевый чугун

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает заливку в охлаждаемую литейную форму первого слоя из суспензионной ферритной стали толщиной, составляющей 10÷50% объема литейной формы. Сталь содержит, мас.%: углерод - 0,27÷0,32, титан - 5,8÷6,2, никель - 0,5÷0,9, железо - остальное. В струю расплава вводят карбид титана в виде порошка в количестве 0,5÷1,5% с размерами частиц до 10 мкм. Проводят охлаждение формы водой или жидким азотом. После затвердевания суспензионной стали на 30÷80% в форму заливают второй слой из алюминиевого чугуна, содержащего, мас.%: углерод - 3,0÷3.4, алюминий - 2,0÷4,0, кремний - 0,5, марганец - 0,2÷0,4, фосфор - 0,05, сера - 0,02, железо - остальное. Алюминиевый чугун обладает теплопроводностью большей на 80%, чем у ферритной стали, что обеспечивает ускорение процесса кристаллизации. 1 пр.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к литью штампов с направленным затвердеванием.

Известен способ получения литых штампов, включающий послойную заливку сплава в охлаждаемую форму и направленное охлаждение формы со стороны рабочей поверхности (гравюры) получаемых отливок штампов [АС №1138240, В22Д 27/04, Способ получения литых штампов / М.С. Колесников, В.Г. Шибаков, Л.А. Алабин и др // Б.И. - 1985. - №5].

Недостатком этого способа является применение для рабочей поверхности штампов известной высоколегированной стали мартенситного класса [АС №1108126, Штамповая сталь / М.С. Колесников, Э.Н. Корниенко, Л.А. Алабин и др. // Б.И. - 1984. - №30], содержащей компоненты в следующем соотношении, масс.%:

углерод (С) - 0,45÷0,52;
хром (Cr) - 2,5÷3,2;
вольфрам (W) - 3,0÷3,6;
молибден (Мо) - 0,8÷1,1;
ванадий (V) - 1,5÷1,8;
кремний (Si) - 0,15÷0,2;
ниобий (Nb) - 0,05÷0,15;
железо (Fe) - остальное,

а для тела штампа применяется высокотеплопроводная сталь 9ХС.

Применение дорогостоящей стали мартенситного класса для рабочей поверхности штампов при форсированном охлаждении формы (водой, жидким азотом и др. охладителями) приводит к образованию при кристаллизации отливки литейных трещин. При медленном охлаждении в случае применения песчано-глинистых форм, в том числе форм из кремне-цирконовых концентратов, приводит к образованию грубой крупнозернистой дендритной структуры с низкими эксплуатационными показателями по сопротивлению образования трещин термомеханической усталости.

Кроме того, применение сталей мартенситного класса для рабочей поверхности штампов горячего деформирования, температура которых при эксплуатации превышает температуру полиморфных превращений Feα↔Feγ (1073÷1173К), сопровождается структурно-фазовыми превращениями в течение каждого цикла нагружения, приводящими к структурно-фазовому наклепу и ускорению разрушения штампов.

Заявляемое изобретение направлено на повышение работоспособности литых биметаллических штампов и снижение себестоимости.

Поставленная задача достигается тем, что согласно способу получения литых биметаллических штампов, включающему послойную заливку сплавов в охлаждаемую кокильную литейную форму и направленное охлаждение со стороны рабочей поверхности (гравюры) заготовки (штампа), первый слой заливают из суспензионной ферритной стали, толщиной (10÷50%) объема литейной формы, содержащей компоненты в следующем составе, масс.%:

углерод (С) - 0,27÷0,32;
титан (Ti) - 5,8÷6,2;
никель (Ni) - 0,5÷0,9;
железо - остальное

с введением карбида титана, TiC - 0,5÷1,5 в виде порошка, размерами частиц до 10 мкм и ведут охлаждение формы с помощью воды или жидкого азота. После затвердевания суспензионной стали на 30-80% в кокиль заливают второй слой из алюминиевого чугуна, содержащего компоненты в следующем соотношении, масс.%:

углерод (С) - 3,0÷3.4;
алюминий (Al) - 2,0÷4,0;
кремний (Si) - 0,5;
марганец (Mn) - 0,2÷0,4;
фосфор (Р) ~ 0,05;
сера (S) ~ 0,02;
железо (Fe) - остальное,

обладающего повышенной теплопроводностью (большей на 60÷80%) и температурой начала затвердевания, меньшей на 100 К, чем у сплава первого слоя.

Применение алюминиевого чугуна для заливки второго слоя обладающего теплопроводностью большей на 80%, чем у сплава для заливки первого слоя, обеспечивает ускорение процесса окончательной кристаллизации и, как следствие, увеличивает производительность способа.

Кроме того, при эксплуатации штампа высокая теплопроводность основания штампа (опорного слоя) позволяет улучшить теплоотвод от разогретой рабочей поверхности инструмента на массу или холодильник, устанавливаемый в держателе штампа, что существенно упрощает конструкцию штампа, т.к. исключается необходимость сверления охлаждаемых каналов в теле штампа и изготовление устройства системы подвода охладителя непосредственно к инструменту. Интервал различия теплопроводности обусловлен тем, что алюминиевый чугун, который следует применять при заливке второго слоя имеет теплопроводность порядка 42,8÷44,6 вт/(м×К), что на 60-80% выше, чем теплопроводность суспензионной стали (28,6÷32,8 вт/(м×К)

Меньшая на 100 К температура начала кристаллизации сплава для второго слоя выбирается из условий обеспечения необходимого дополнительного переохлаждения незакристаллизовавшегося объема суспензионной стали, залитой для формирования рабочего слоя (гравюры) штампа, а также ускоренного охлаждения переходного слоя, что приводит к измельчению зерна, обеспечивает более равномерное распределение легирующих элементов в переходном слое и на гравюре заготовки (штампа).

Интенсивное охлаждение кокиля со стороны гравюры штампа и дополнительное охлаждение незакристаллизовавшегося объема суспензионной стали за счет пониженной температуры кристаллизации алюминиевого чугуна обеспечивает создание благоприятной структуры на рабочей поверхности и композитной структуры переходного слоя штампа.

В качестве опытных штампов изготавливались ковочные штампы для процесса Автофордж для твердожидкой штамповки бронз и латуней.

Размеры штампа ширина 150 мм, длина 180 и высота 80 мм. Глубина гравюры 10 мм.

Продолжительность затвердевания ферритной стали при температуре заливки 1833К для выбранных штампов составляет 1,2 мин., что обеспечивает при направленной кристаллизации формирование затвердевающего слоя порядка 2 мм.

Второй этап, включающий заливку алюминиевого чугуна с температурой заливки порядка 1773К и последующую окончательную кристаллизацию переходного и опорного слоя составляет 35-40 мин.

Литая биметаллическая заготовка штампа подвергается шлифованию и окончательной химико-термической обработке - азотированию при температуре 580°С в течении 20-24 часов.

В процессе азотирования в ферритный слой претерпевает дисперсионное твердение за счет образования γ-фазы (Ni3Ti).

Работоспособность опытных литых биметаллических штампов увеличилась по сравнению с кованными на 47%.

Выводы

1. Применение ферритной суспензионной стали для ЛБШГД позволяет применять форсированное охлаждение отливок при кристаллизации в кокильной оснастке и исключается возможность образования литейных трещин на гравюре штампов.

2. Вследствие отсутствия в предлагаемой ферритной стали полиморфных превращений при эксплуатации штампов в области α-γ переходов уменьшается структурно-фазовый наклеп и увеличивается сопротивление возникновению трещин термомеханической усталости.

3. Применение алюминиевого чугуна для опорного слоя позволяет обеспечить при кристаллизации ускоренное охлаждение рабочего слоя штампов (гравюры) за счет уменьшения температуры кристаллизации чугуна, что приводит к измельчению структуры и за счет повышенной теплопроводности опорного слоя устраняется необходимость искусственного охлаждения штампов при эксплуатации.

4. Применение литых штампов Автофордж из суспензионной ферритной стали алюминиевого чугуна, взамен традиционной технологии изготовления штампов из кованных заготовок мартенситных сталей позволяет резко сократить продолжительность изготовления за счет исключения механнических и других операций получения сложной гравюры, а также исключить операции закалки и отпуска штампов, что обеспечивает существенное снижение себестоимости продукции.

Пример

Жидкий расплав ферритной стали заливается в охлаждаемую снизу металлическую форму.

Направленную кристаллизацию стали осуществляют в течение времени, необходимого для образования гравюры штампа, толщиной не менее 10 мм. Затем в форму заливают алюминиевый чугун для формирования опорного слоя штампа, имеющего температуру начала кристаллизации на 100 К меньше, чем у ферритной стали.

Структура отливки штампа, полученного предлагаемым способом, состоит из трех зон: первая зона образует гравюру штампа из ферритной стали, затем следует переходной слой, состоящий из ферритной стали и алюминиевого чугуна и третий опорный слой состоит из алюминиевого чугуна.

Способ получения литых биметаллических штампов системы ферритная сталь - алюминиевый чугун, включающий послойную заливку сплавов в литейную форму и направленное охлаждение со стороны нижнего торца заготовки, отличающийся тем, что первый слой толщиной 10-50% объема литейной формы заливают из суспензионной ферритной стали, содержащей следующие компоненты, мас.%: углерод - 0,27÷0,32; титан - 5,8÷6,2; никель - 0,5÷0,9; железо - остальное, причем в струю расплава вводят карбид титана TiC в количестве 0,5÷1,5% в виде порошка с размерами частиц до 10 мкм и ведут охлаждение формы с помощью воды или жидкого азота, а второй слой заливают после затвердевания суспензионной стали на 30÷80% из алюминиевого чугуна, содержащего следующие компоненты, мас.%: углерод - 3,0÷3,4; алюминий - 2,0÷4,0; кремний - 0,5; марганец - 0,2÷0,4; фосфор - 0,05; сера - 0,02, железо - остальное.



 

Похожие патенты:

Способ включает создание металлического слоя (2) с ферритообразующим элементом, по меньшей мере, на одной поверхности пластины (1), выполненной из Fe или сплава Fe, с превращением α-γ.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения в толстолистовой стали низкого соотношения между пределом текучести и пределом прочности, высокой прочности, ударной вязкости и стойкости к последеформационному старению, эквивалентной классу API 5L Х60 и менее, толстолистовая сталь содержит, мас.%: от 0,03% до 0,06% C, от 0,01 до 1,0 Si, от 1,2 до 3,0 Mn, 0,015 и менее Р, 0,005 и менее S, 0,08 и менее Al, от 0,005 до 0,07 Nb, от 0,005 до 0,025 Ti, 0,010 и менее N, 0,005% и менее О, остальное Fe и неизбежные примеси, имеет трехфазную микроструктуру, состоящую из бейнита, мартенсито-аустенитного компонента (М-A) и квазиполигонального феррита, при этом доля площади бейнита составляет от 5% до 70%, доля площади компонента М-А - от 3% до 20%, остальную долю площади составляет квазиполигональный феррит, а эквивалентный диаметр круга для компонента М-А составляет 3,0 мкм и менее.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения изделий на основе железного порошка, и может быть использовано при изготовлении средне- и тяжелонагруженных конструкционных деталей, испытывающих динамические и истирающие нагрузки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к трубам из высокопрочной стали, пригодным для транспортировки природного газа и сырой нефти. Для повышения прочности трубы при продольном изгибе и ударной прочности зоны термического влияния при сварке часть основного материала содержит, в мас.%: С более 0,03-0,08, Si 0,01-0,5, Mn 1,5-3,0, P 0,015, S≤0,005, Al 0,01-0,08, Nb 0,005-0,025, Ti 0,005-0,025, N 0,001-0,010, 0≤0,005, В 0,0003-0,0020, дополнительно включает один или более из элементов: Cu, Ni, Cr, Мо и V, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения высокой стойкости труб для нефтяных скважин к сульфидному растрескиванию под напряжением (СРН-стойкость) бесшовная стальная труба содержит, мас.%: от 0,15 до 0,50 С, от 0,1 до 1,0 Si, от 0,3 до 1,0 Mn, 0,015 или менее P, 0,005 или менее S, от 0,01 до 0,1 Al, 0,01 или менее N, от 0,1 до 1,7% Cr, от 0,4 до 1,1% Мо, от 0,01 до 0,12 V, от 0,01 до 0,08 Nb, от 0,0005 до 0,003 В или дополнительно содержит от 0,03 до 1,0 мас.% Cu и имеет микроструктуру, которая содержит 0,40% или более растворенного Mo и фазу отпущенного мартенсита, которая является главной фазой и которая имеет зерна первичного аустенита с размером зерна 8,5 или более и 0,06 мас.% или более диспергированного осадка M2C-типа, имеющего по существу зернистую форму.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к магнитно-мягкому сплаву и способу его формирования, при этом сплав может быть использован в трансформаторе, индукторе.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован в нефтедобыче для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству горячекатаного сортового проката в прутках диаметром 210 мм, который может быть использован для получения изделий, работающих с высокими механическими нагрузками в нефтедобыче.

Изобретение относится к области металлургии, в частности производству горячекатаного стального листа, который преимущественно используют в качестве исходного материала для высокопрочной сварной стальной трубы марки Х65 или выше, а также способ производства толстостенного высокопрочного горячекатаного стального листа.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составам износостойких сплавов на основе железа, используемых в машиностроении. Сплав содержит, мас.%: углерод 2,5-3,5; марганец 15,0-20,0; кобальт 15,0-20,0; компонент из группы: церий, самарий, неодим, празеодим 0,1-0,5; железо - остальное.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам низколегированного чугуна, который может быть использован в машиностроении. .
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для легирования чугуна марганцем. .
Чугун // 2448182
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу чугуна. .
Чугун // 2441938
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам чугуна. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу низколегированного чугуна. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу низколегированного чугуна. .
Чугун // 2430179
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу чугуна. .
Чугун // 2398040
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу чугуна. .
Чугун // 2398039
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу чугуна. .

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает заливку в охлаждаемую литейную форму первого слоя из суспензионной ферритной стали толщиной, составляющей 10÷50 объема литейной формы. Сталь содержит, мас.: углерод - 0,27÷0,32, титан - 5,8÷6,2, никель - 0,5÷0,9, железо - остальное. В струю расплава вводят карбид титана в виде порошка в количестве 0,5÷1,5 с размерами частиц до 10 мкм. Проводят охлаждение формы водой или жидким азотом. После затвердевания суспензионной стали на 30÷80 в форму заливают второй слой из алюминиевого чугуна, содержащего, мас.: углерод - 3,0÷3.4, алюминий - 2,0÷4,0, кремний - 0,5, марганец - 0,2÷0,4, фосфор - 0,05, сера - 0,02, железо - остальное. Алюминиевый чугун обладает теплопроводностью большей на 80, чем у ферритной стали, что обеспечивает ускорение процесса кристаллизации. 1 пр.

Наверх