Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов

Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 5÷80% мас. титана и 70÷10% мас. ферробора при содержании бора не менее 6%. Входящие в легирующую композицию материалы обеспечивают протекание СВС-реакции при формообразовании отливки, что позволяет получать легированный слой высокой твердости, заданной толщины и состава на отливках из железоуглеродистых сплавов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам получения отливок методом литья по газифицируемым моделям.

Из уровня техники известен способ получения отливок литьем по газифицируемым моделям, при котором противопригарное покрытие наряду с огнеупорным наполнителем дополнительно содержит легирующие элементы (порошковый кремний) для улучшения обрабатываемости отливок (а.с. СССР №697244, В22С 3/00, опубл. 15.11.1979, бюл. №42).

Недостатком данного способа является сложность в обеспечении равномерного распределения легирующих элементов и, как следствие, затруднение диффузии легирующих элементов в поверхностный слой отливок и сложность в получении равномерного легированного слоя на поверхности отливок.

Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования поверхности отливок (патент РФ №2391177 С2, В22С 3/00, опубл. 10.06.2010), включающий нанесение на поверхность модели из пенополистирола модифицирующих и легирующих поверхность отливок элементов в виде пасты, краски или пудры с последующим нанесением противопригарного покрытия.

Недостатком данного способа является формирование легированного слоя на поверхности отливок за счет процессов растворения, диффузии и массопереноса легирующих элементов в поверхностном слое, что не позволяет формировать легированный слой значительной толщины и заданного состава, поскольку процессы диффузии и образования фаз в значительной степени зависят от состава заливаемого расплава и сродства элементов расплава к легирующим элементам.

Все это снижает универсальность способа.

Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.

Повышение универсальности способа выражается в возможности формирования легированного слоя значительной толщины (до 10 мм) и заданного состава, независимо от марки заливаемого железоуглеродистого сплава, за счет протекания в данной легирующей композиции СВС-реакции (самораспространяющийся высокотемпературный синтез), которая обеспечивает, с одной стороны, формирование требуемого фазового состава, а с другой - хорошую адгезию легированного слоя к заливаемому железоуглеродистому сплаву.

Способ осуществляется следующим образом.

Легирующую композицию, состоящую из смеси порошкообразных титана (5÷80% масс.) и ферробора, с содержанием бора не менее 6% (95÷20% масс.) смешивают с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси, после чего ее наносят на поверхность модели из пенополистирола. Применение легирующей композиции с содержанием титана менее 5% масс. не позволяет инициировать СВС-реакцию и, как следствие, получить легированный слой требуемой толщины и состава. Легирующая композиция, содержащая более 80% титана, вызывает его растворение в поверхностном слое отливки, затрудняет начало СВС-реакции и не обеспечивает получения качественного легированного слоя с заданным составом и толщиной. Количество клеевого связующего выбирается исходя из требуемой толщины легированного слоя и не превышает 90% от массы порошкообразной смеси титана и ферробора, с содержанием бора не менее 6%. Применение легирующей композиции, содержащей более 90% масс. клеевого связующего, приводит к значительному газовыделению при изготовлении отливок и формированию неравномерного и пористого легированного слоя. Для предотвращения изменений параметров модели способ предусматривает применять при изготовлении легирующей композиции клеевые составы, не взаимодействующие, в том числе не растворяющие пенополистирол. Крупность легирующих порошкообразных материалов (титана и ферробора) лежит в пределах от 1 нм до 6 мм. Фракцию менее 1 нм технически сложно получить, а применение порошков с крупностью более 6 мм не позволяет инициировать СВС-реакцию в легирующей композиции. В зависимости от требований, предъявляемых к отливкам, способ предусматривает нанесение легирующей композиции на модель локально, тем самым обеспечивая формирование легированного слоя на требуемых участках поверхности отливок. Также способ допускает наносить легирующую композицию на поверхность модели переменным по толщине слоем. Максимальная толщина легирующей композиции, нанесенной на поверхность модели, не превышает 10 мм, поскольку слой толщиной свыше 10 мм формирует на поверхности отливок пористый и неоднородный легированный слой. Известно, что СВС-реакции сопровождаются выделением тепловой энергии и газов. Для предотвращения брака в отливках способ допускает не наносить поверх легирующей композиции противопригарного покрытия, тем самым обеспечивая выход газообразных продуктов в поры опорного материала, удерживающего модельные блоки при формообразовании отливок.

Для расширения области применения способ предусматривает приготовление легирующей композиции путем смешивания порошкообразной смеси, содержащей ферротитан, с содержанием титана не менее 60% (10÷90% масс.), и ферробор, с содержанием бора не менее 6% (90÷10% масс.), с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси. Применение ферротитана позволяет формировать в легированном слое отливок структурные составляющие на основе железа (карбиды, бориды железа). Использование ферротитана с содержанием титана менее 60% нецелесообразно, поскольку инициировать СВС-реакцию крайне затруднительно. Кроме того, ферротитан более доступен, лучше подвергается измельчению по сравнению с титаном, что расширяет область применения данного способа для изготовления отливок.

После нанесения легирующей композиции на поверхность модели и ее сушки модели окрашивают противопригарным покрытием, после высыхания которого модель помещают в опоку, засыпают опорным материалом и заливают металлическим расплавом.

Примеры конкретного исполнения

Пример 1. Легирующую композицию готовили путем смешивания порошкообразной смеси состава титан 50% и ферробор (с содержанием бора 17% (ФБ17)) 50% с клеевым связующим, составляющим 20% от массы порошкообразной смеси. Полученную композицию наносили на поверхность модели из пенополистирола слоем 6 мм. Модели заливали расплавом стали 40. Полученные отливки содержали легированный слой, толщиной, соответствующей толщине легирующей композиции. Легированный слой обладает высокой твердостью 954÷1017 HV0,05 (68÷69 HRC), превосходящей твердость основного металла (290÷323 HV0,05 (29÷33 HRC)) за счет наличия в его составе боридов титана (TiB2) и железа (Fe2B, FeB).

Пример 2. Легирующую композицию готовили путем смешивания порошкообразной смеси состава ферротитан (с содержанием титана 70% масс.) 40% и ферробор (с содержанием бора 17% (ФБ17)) 60% с клеевым связующим, составляющим 10% от массы порошкообразной смеси. Полученную композицию наносили на поверхность модели из пенополистирола слоем 4 мм. Модели заливали расплавом серого чугуна. Полученные отливки содержали легированный слой толщиной, соответствующей толщине легирующей композиции. Легированный слой обладает высокой твердостью 714÷797 HV0,05 (61÷64 HRC), превосходящей твердость основного металла (239÷291 HV0,05 (21÷26 HRC)) за счет наличия в его составе борида титана (TiB2), а также боридов (Fe2B, FeB) и карбида (Fe3C) железа.

1. Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов, полученных методом литья по газифицируемым моделям, включающий нанесение слоя легирующей композиции на поверхность модели из пенополистирола, отличающийся тем, что легирующую композицию готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90 % от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 5÷80 мас.% титана и 95÷20 мас.% ферробора при содержании бора не менее 6 %.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крупность порошков титана и ферробора составляет от 1 нм до 6 мм.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве клеевого связующего используют составы, не взаимодействующие с пенополистиролом.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на модель локально на требуемые участки.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на модель слоем толщиной не более 10 мм.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на модель переменным по толщине слоем.

7. Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов, полученных методом литья по газифицируемым моделям, включающий нанесение слоя легирующей композиции на поверхность модели из пенополистирола, отличающийся тем, что легирующую композицию готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90 % от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 10÷90 мас.% ферротитана при содержании титана не менее 60 % и 90÷10 мас.% ферробора при содержании бора не менее 6 %.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что крупность порошков ферротитана и ферробора составляет от 1 нм до 6 мм.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве клеевого связующего используют составы, не взаимодействующие с пенополистиролом.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на модель локально на требуемые участки.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на модель слоем толщиной не более 10 мм.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что легирующую композицию наносят на модель переменным по толщине слоем.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 60÷90 мас.% титана и 40÷10 мас.% элементарного углерода.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей титан и карбид бора, с отношением массы титана к массе карбида бора от 0,66 до 9,00, с клеевым связующим.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания сухой порошкообразной смеси, содержащей титан и аморфный бор, с отношением массы титана к массе аморфного бора от 0,42 до 9,00, с клеевым связующим.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для поверхностного легирования для отливок, подвергающихся нескольким видам нагрузок, например, для литых деталей, работающих в условиях высоких температур и резких теплосмен.
Изобретение относится к литейному производству. На внешнюю поверхность газифицируемой модели наносят предварительно разведенную в жидкости до пастообразного состояния обмазку, содержащую, мас.%: карбид бора 55-75; фторид натрия, 1-5; диборид титана 25-45.
Изобретение относится к литейному производству. .
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в строительной промышленности для получения композиционных конструкций. .

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано для уменьшения пригаров, вплоть до полного устранения продольных трещин и повышения стойкости крупных изложниц массой 15-25 т (ТУ 14-12-14-84), отливаемых с применением стержней из песчано-глинистой смеси.

Изобретение относится к литейному производству и касается изготовления композиционных чугунных отливок специальными способами литья. .
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает нанесение на поверхность модели из пенополистирола легирующей композиции, которую готовят путем смешивания порошкообразной смеси с клеевым связующим, содержание которого не превышает 90% от массы порошкообразной смеси, при этом порошкообразная смесь имеет состав: 60÷90 мас.% титана и 40÷10 мас.% элементарного углерода.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок по удаляемым (выплавляемым, выжигаемым, газифицируемым) моделям. Способ включает послойное нанесение на модель оболочек путем погружения модели в суспензию из огнеупорного наполнителя и раствора связующего и последующей обсыпки зернистым материалом.
Изобретение может быть использовано для изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. Состав содержит жидкую керамическую массу и керамический материал для обсыпки.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в авиационной технике и автомобилестроении. Способ литья включает сборку газифицируемых моделей отливки и элементов литниковой системы, при этом в газифицируемой модели литниковой системы создают полость, в которую засыпают наноструктурированный алмазный порошок (НАП), предварительно обработанный в поле электрического разряда напряженностью 800…1200 В/м.

Изобретение относится к литейному производству. Газифицируемую модель из пенополистирола с литниково-питающей системой, включающей прибыль, окрашивают противопригарной краской.

Изобретение относится к области литейного производства. Изготавливают форму из сыпучего огнеупорного магнитного материала в литейном корпусе с разовой моделью путем воздействия вакуума и электромагнитного поля для уплотнения материала.
Изобретение относится к литейному производству. Модельный блок послойно обмазывают керамической суспензией с последующей обсыпкой огнеупорным материалом и сушкой каждого слоя.

Изобретение относится к области литейного производства. Послойно формируют оболочку из огнеупорного, обсыпочного и связующего материалов.

Заявленное изобретение относится к литейному производству. Подготовленную огнеупорную суспензию наносят послойно на модель методом погружения и наносят обсыпку.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения сложнопрофильных и тонкостенных отливок для авиационной техники и машиностроения. Способ включает получение моделей в пресс-форме, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение опоки несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла. Модели получают путем нанесения модификаторов на предварительно вспененные гранулы пенополистирола, засыпки их в пресс-форму совместно с неокрашенными гранулами пенополистирола и окончательного вспенивании. Модификаторы наносят в виде химически твердеющего плакирующего состава, содержащего, мас. %: наноструктурированный алмазный порошок 0,5…1,0; периклаз 1,5…2,0; водный раствор алюмоборфосфатного концентрата – остальное. Нанесение модификаторов осуществляют путем впрыскивания аэрозоля плакирующего состава в кипящий слой гранул пенополистирола с удельной скоростью (1…4)×10-3 кг/с⋅м2. Обеспечивается повышение физико-механических и литейных свойств сплавов и отливок. 3 табл., 2 пр.
Наверх