Способ получения отливок

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз CoooTclcNL

Социалистическик

Республик рц679313!

:. И3 (5 )М. Кл.2 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.0477 (21) 2468287/22-02 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 50879. Бюллетень Мо З0

Дата опубликования описания 180879

22 D 27/20

Государственный комитет

СССР по девам изобретений и открытий () НЖ 621. 746,58 (088.8) (72) Авторы В.A. Ефимов, Б.A. Кириевский, A.Â. Аленкевич, В.И.Чайковский, изобретения A ñ- Корниенко, с.В. лепорский, н.к. пащенко, В.А. Губа и С.Т. Плискановский (71) ЗаяВИтЕЛЬ Институт проблем литья АН Украинской ССр (54 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к изготовлению деталей металлургического оборудования, и может быть использовано при изготовлении отливок, подвергающихся воздействию термоциклических и механических нагрузок, например мульды мартеновских печей.

Технология получения таких отливок предусматривает изготовление формы и заливку в нее чугунного расплава, например стал:.. В последнее время с целью устранения литейных дефектов усадочного происхождения и повышения механических свойств ме 1з талла при заливке непосредственно в форму вводят микрохолодильники стельную или чугунную дробь (1).

Отливки, получаемые суспензионными методами с вводом в жидкий ме- 20 талл микрохолодильников с соблюдением требований чистоты к нх поверхности от окислов, характеризуются повышенными механическими и служебными свойствами в связи с благоприятным влиянием микрохолодильников на процесс кристаллизации расплава.

Поэтому известный способ получения отливок преобретает в последнее время все большее распространение. Способ получения отливок с вводом в расплав микрохолодильников — желез— ного порошка, например, марок ПЖ-1К, ПЖ-2К или металлической восстановленной дроби со свободной от окислов поверхностью, позволяют получать качественную структуру металла и механические свойства, приближающиеся к свойствам деформируемого металла.

Несмотря на это повысить длительность эксплуатации отливок, работающих в условиях теплосмен, не удается.

Известен способ получения стальных отливок с вводом при заливке форм железного порошка ПЖ-2К (2).

При этом достигается увеличение плотности отливок, приближающейся к значению этого показателя для поковок и проката.

Однако суспензионный способ получения отливок, один из объемов которых в процессе эксплуатации подвергается циклическим нагревам и последующим охлаждениям, а другой механическим воздействиям, не обеспечивает существенного повышения срока службы отливок.

Как правило, объемы деталей, подвергающиеся значительным механичес—

679313 ким нагрузкам, конструктивно выполняются достаточно массивными, с большим запасом прочности, в то время как для объемов, работающих в условиях теплосмен, это противопоказано.

В процессе теплосмен в связи с большими градиентами циклических температур в объеме детали возникают термические напряжения, приводящие к короблению, образованию трещин и дальнейшему интенсивному их развитию до браковочных пределов. Термические напряжения, превышающие пределы прочности материала, ускоряют разрушение детали. Наиболее чувствительными к разрушению являются границы сопряжения массивных и тонкостенных объемов деталей (в этих участках воздействуют на материал не только термические и механические напряжения каждый в отдельности, но и совместно) ° Несмотря на высокбе качество металла, достигаемое вводом микрохолодильников со свободной от окислов поверхностью, трещины термического характера на упомянутой границе зарождаются и распространяются вглубь материала почти с такой же скоростью, как и в металле без ввода микрохолодильников. Основной причиной такого поведения материала является сохранение на том же уровне значений теплопроводности и коэффициента линейного расширения материала и, соответственно, уровня действующих термических напряжений. В этих условиях возникающие термические трещины,: являющиеся надрезами— концентраторами напряжений и интенсивно развиваюциеся до браковочных пределов, быстро приводят к выходу иэ строя деталей.

Целью изобретения является повышение срока. службы отливок за счет уменьшения температуры, возникающей

s процессе теплового воздействия при эксплуатации на границе сопряжения объема, подвергающегося воздействию теплосмен, с объемом, подвергающимся воздействию механических нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что на микрохолодильники предварительно наносят пленку толщиной 0,005-0,1 мм из материала, разлагающегося при взаимодействии с заливаемым сплавом с выделением углекислого газа, азота нли хлора,например из окислов железа. Пленка, соприкасаясь с жидким металлом, разлагается и приводит к образованию ячеек — газовых пустот требуемого размера, равномерно распределяющих" ся в объеме. В участках отливки с тонкой стенкой металл в форме быстро эатвердевает и образующиеся газовые ячейки-пустоты фиксируются.

В толстостенных участках металл длительное время находится в жидком со.стоянии, и газы в значительном количестве успевают выделиться, в результате чего металл в основной своей массе затвердевает монолитным.

Проведенный эксперимент показывает, что температура на поверхности образца, отлитого по предлагаемому способу, почти на 100 С меньше известного. Соответственные значения температур в сравнительном замере (при выдержке нагреваемого торца в печи в течение 180 c) составляет 830 С опытного металла, 917 С известного металла. Это обусловлено уменьшением эффективного коэффициента теплопроводности металла. Последний может быть оценен по следующей формуле и в каждом конкретном случае зависит от разме55

Таким образом, металл тонкостенных участков детали, подвергающейся

5 воздействию теплосмен, затвердевает с наличием газовых ячеек-пустот. Поскольку теплопроводность такогО металла значительно ниже, чем сплсынолитого, то на границу сопряжения

10 объемов тонкостенного участка с толстостенным теплопередача резко уменьшается, что ведет к сохранению повышенных прочностных характеристик металла. При этом создаются благоприятные условия для снижения скорости зарождения и роста трещин, замедляетс я разрушени е материала н, соот ветственно, длительность эксплуатации деталей возрастает.

В опытном производстве института проблем литья ЛН УССР изготовляют заготовки диаметром 110 и высотой

160 мм (без учета высоты прибыли) из стали марки 35Л . При из гот овл ении

oTJlHBoK с исходным металлом в процессе заливки формы вводят микрохолодильники иэ той же стали с очищенной поверхностью гранул от окислов железа методом восстановления,а при изготовлении опытных — с предвари30 тельно нанесенной пленкой окислов железа толщиной до 0,05-0,08 мм.

Пленку окислов железа наносят за счет коррозии материала микрохолодильников, помещенных в емкость с

35 повышенной влажностью. Количество вводимых холодильников составЛяет

3% ох веса металла в форме, размер гранул 0,5-3 мм.

Из металла отливок изготовляют

4() образцы в виде стержней диаметром

10 и высотой 150 мм. Один из концов образцов нагревают в шахтной электрической печи с температурой в шахте 1000 С и одновременно измеряют

45 температуру концов образцов потенциометром с точностью 5%. На поверхностях нагреваемого и противоподожного концов образцов монтируют (приваривают) термопары иэ термоэлектродной проволоки диаметром

0,2 мм хромель-алюмель.

679313

G= 3 (Я-п3 К1 —

1 с(л

5 о

25 зо

Формула изобретения

Тираж 945 Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная,4 ра ячеек, их равномерности и частоты распределения. где Я вЂ” количество тепла, проходящее за время ;

Ьт градиент температуры; с) х

Л вЂ” коэ и иент те о о н фф ц пл пров д ости;

n — число ячеек; К вЂ” коэффициент равномерности распределения ячеек;

S — площадь сечения тела;

S< — усредненная площадь ячеек.

Естественно, что значение (УВ при

830 С и при t = 917 C — существенно различны. Например, для стали

Ст30л (0,26/С) (7э при t = 830 С составляет 7 кг/мм, а 6В при

917 С вЂ” 4,5 кг/мм Естественно, что исследуемая способность металла в зоне соединения объема теплосмен и объема механического нагружения в случае использования опытного металла будет почти в 1,7 раз выше, что и предопределяет повышенную долговечность работы отливки в целом.

Размеры ячеек-(пустот) должны быть строго определенными, равномерно распределенными в объеме. Величина ячейки газового пузыря обусловлена комплексом факторов, к основным из которых следует отнести размер пленки и особенности затвердевания расплава. Практически установлено, что использование пленки толщиной более 0,1 мм для углеродистых расплавов приводит к образованию крупных пустот, способствующих резкомУ уменьшению прочностных характеристик металла. Пленку толщиной менее

0,005 мм с учетом условий хранения дроби наносить практически не .Удается. Состав пленки может быть различным. Для углеродистых сталей возможно нанесение окисной пленки, так как в процессе взаимодействия пленки и расплава происходит реакция (С)ж + (0)т = (СОр)2 в результате которой образуются ячейки, заполненные газом СО>-СО.

Для других расплавов пленкой могут быть любые соли (получаемые, например, окунанием в расплав), разлагающиеся с выделением газообразного продукта, например азота, углекислого газа, хлора и т.д.

На металлургическом заводе им.

Ильича (r. Жданов) проведена опытнопромышленная проверка предлагаемого способа получения отливки при изготовлении мульд. Мульда — отливка, условно состоящая из двух объемов: корзина, работающая н услониях

ЦНИИ ПИ Э ак аэ 46 85/8 теплосмен, и замок, работающий в условиях механического (иэгибного нагружения). Причем наиболее частые поломки мульд происходят именно по границе соединения этих частей.

Разработан способ отливки мульд с вводом стальной дроби (ст. 35 л) с плен кой оки слов желез а толщи н ой.

О, 01-0, 1 мм. Осуществляется равномерный ввод дробинок по мере поступления расплава в форму в количестве

2% от веса заливаемого металла. Изучение .макроструктуры показывает наличие в металле газовых пустот причем в массивных углах их было значительно меньше. Изготовлена опытная партия, которая прошла опытнопромяшленную проверку. Pезультаты испытаний показывают, что стойкость опытных мульд увеличинается в 1,5 раза.

Использование способа получени я отливок, объекты которых каждый н отдельности в процессе эксплуатации подвергаются воздействию циклических односторонних нагревов — охлаждений и механическим нагрузкам, по сравнению с известными способами снижает теплопередачу к границе сопряжения объемов с различным характером воздействия, уменьшает температуру в этом участке и соотнетственно снижает температурные напряжения, а также совместное действие температурных и механических.напряжений.

1. Способ получения отливок,включающий заливку сплава н литейную форму и введение в него микрохолодильников размером 0,5-5 мм в количестве 0,5-3В от веса заливаемого сплава, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы отливок, на микрохолодильники предварительно перед введением их в сплав наносят пленку толщиной

0,005-0,1 мм из материала, разлагающегося при взаимодействии с залинаемым сплавом с выделением углекислого газа, азота или хлора.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что на микрохолодильники наносят окислы железа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Рыжиков A.A. и Гаврилин И.В.

Расчет и применение суспензионной разливки. Журнал Литейное производство, 1970, М 8, с. 11.

2. Светлов П.Н ° и др. Свойства стальных отливок при суспензионном методе литья. Сб. Литейные свойства сплавов . Киев, изд-во ИПЛ АН

УССР, 1972, с. 136-137.