Способ обработки расплавленного металла в литейной форме

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<о724272

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлеио 11.1078 (21) 2672947/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 300380 Бюллетень ¹ 12

Дата опубликования описания 300 380

В 22 D 27/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений . и открытий (53) УДК621. 746. .58 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Г.Горенко, И.Г.Раздобарин и В.Ф.Дурандин

Институт проблем литья AH Украинской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВЛЕННОГО

МЕТАЛЛА В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ

Изобретение относится к черной ,металлургии и литейному производству, в частности к вопросу обра- . ботки металла в форме.

Известен способ модифицирования металла в форме, заключающийся в ,том, что между реакционной камерой и перегородкой устанавливается легкоплавкая пробка из полистирола, 10 которая задерживает попадание первых порций металла в полость будущей отливки на 0,5-1,0 с. Это приводит к увеличению времени контакта первой порции металла с модификатором и обеспечивает лучшее его растворение в первой порции металла (1), Известен способ получения отливок из чугуна, включающий обработку чугуна модификатбром, который перед установкой в полость литейной формы нагревают до 200-3000С. Этот способ позволяет удлинить время диффузии паров магния из вставки в определенный поверхностный слой отливки (2), Известен также способ обработки расплавленного металла ь изложнице, включающей размещение в ней присадок и экзотермического вещества и заливку расплавленным металлом (3). 30

Однако способ не приспособлен для обработки металла в литейной Форме, он не позволяет получить отливки равной микроструктуры.

Цель изобретения — улучшение растворения .присадки в первой порции металла, выравнивание микроструктуры и повышение физико-механических свойств металла в различных сечениях отливок.

Поставленная цель достигается тем, что на поверхность порции присадки экзотермический состав вводят в количестве 3,5-12,0Ъ от общего количества присадки, который имеет температуру начала протекания термохимических реакций в пределах 685890оС,удельную теплопроиэводительность 350-680 ккал/кг. .Ввод экэотермического состава", на поверхность порции присадки обусловлен тем, что при определенных удельной теплопроиэводительности и .составе смеси начало протекания в ней термохимических реакций, наступает в момент соприкосновения с ней металла, заливаемого в форму.

В период протекания реакций происходит выделение тепла и развивается высокая температура °

724272

Величин ь температуры термохимических реакций зависит от количества и свойства используемых восстановителей и окислителей и регулируется количеством и свойствами наполнителя. Исследования показывают, что для спокойного протекания термохимических реакций и обеспечения растворения присадок в первой порции металла удельная теплопроизводительность экзотермической смеси должна находиться в пределах 550-680 ккал/кг.

При удельной теплопроиэводительности 550 ккал/кг н смеси протекание реакций начинается не сразу после соприкоснонения с жидким металлом, а через некоторый период, обычно называемый инкубационным.

В этом случае в первой порции металла растворяется присадки меньше, чем необходимо для модифицирования или легирования сплава. При использовании смесей с удельной теплопроизводительностью более 680 ккал/кг сразу после соприкосновения с жидким металлом начинается бурное протекание термохимических реакций. При, этом наблюдается перегрев и насыщение газами первой порции металла, и, в конечном счете, при модифици-. ровании чугуна комплексными модификаторами происходит значительное испарение модифицирующих элементов, например магния, и чугун оказывается недомодифицированным.

Большую роль играет температура

- начала протекания термохимических реакций. Для решения поставленных н предлагаемом изобретении целей эта температура должна находиться в пределах 685-890 С. Температуру начала реакций меньше 685 С имеют экзотермические смеси, в которых в качестве восстановителя используются измельченные алюминиевые сплавы с большим содержанием элементов с низкой температурой кипения, например магний или цйнк. В этом случае .протекание реакций происходит бурно с большим газовыделением и процесс растворения присадок а первой порции металла получается не стабиль ным. Если температура начала реакций выше 890 С, то протекание в смеси реакций начинается не сразу

; после соприкосновения с жидкйм металлом. Поэтому н первой порции металла оказывается меньше оптимального количества растворенной присадки, а это отрицательно влияет на микроструктуру и свойства первой порции металла.

Использование в качестве наполнителя экзотермического состава присадки для обработки металла обеспечивает растворение в первой порции металла не только присадки с поверхности

t0 соприкасающейся с экзотермическим составом, а и в значительной степени присадки, входящей н экзотермический состав в качестве наполнителя. Это гарантирует растворение н первой порции металла необходимых коли- .

15 честв присадки и получение оптимальных микроструктур и свойств металла.

Оптимальный расход экзотермичес кого состава составляет 3,5-12,0% от количества используемой присадки.

Если количество экзотермического состава. меньше 3,5%, то выделившегося тепла оказывается недостаточно для доведения до температуры плав25 ления присадки и в первую порцию металла переходит меньше необходимого количества присадки., а если количество экзотермического состана больше 12,0%, то количество выделив30

Шегося тепла в процессе протекания термохимических реакций оказывается достаточно для расплавления и перехода в металл большего, чем оптимально необходимо, количества присадки.

Повышенный расход экзотермического состава порядка 8,5-12,0% рационально использовать, когда температура заливаемого чугуна недостаточно высока для стабильного и надеж4р ного осуществления процесса обработки металла в форме, например при получении этим способом чугуна с шаровидной формой графита, и для заливки форм исходного чугуна с температурой 1360-1380 С.

В таблице приведены состан, удельная теплопроизводительность и свой ства экзотермических составов и их действие на растворение присадок в первой порции заливаемого в форму

50 металла. Здесь же приведены данные по температуре нагрева поверхности модификатора по известному способу обработки металла в форме.

724272

Состав смеси, вес.%

Наименование компонента

I П III 1У У

Уl УП YI1 I

19,7

Алюминиевая крупка

Кузнечная окалина.

Модификатор

18, 0

46,5

17,0

21,0 22 3 23,0

50,5 52,5 54,0

45,О

48,0

Oc- Oc- Осталь- таль- тальное ное ное.

100,0 100,0 Остальное

ОсОстальное тальное

Параметры процесса модифицирования

Удельная теплопроизводительность смеси, ккал/кг

520

Температура начала протекания термохимических реакций, C

910

Расход экзотермической смеси, в % от расхода модификатора

12,4 8,0 12 0 6,0 3,5 3,4

Температура нагрева верхних слоев модификатора,©С

400 850

Расход модификатора, в % от веса обрабатываемого металла

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Используемые для нагрева экзотермические составы имеют удельную теплопроизводительность в пределах

520-700 ккал/кг и температуру начала протекания термохимических реакций 680-910 C. Расход экзотермического состава составляет 3,4-12,4% от количества используемого для обработки металла модификатора, который суммарно с наполнителем экэотермичес; кого состава составляет 1,0%.

Для модифицирования металла используют дробленный комплексный модификатор с крупностью фракций до

6 мм. Химический состав модификатора, вес.%| ) 7 34. Ng; 1,86 Са;

4,71 РЭМА 54,86 Sl, железо, примеси, остальное.

При проведении исследований определяют температуру, возникающую в слое экзотермического состава при протекании в нем термохимических реакций, и прогрев слоев присадки.

Для замера температур используют вольфрамрениевые термометры.

Для визуального наблюдения про цесса растворения присадок одну из вертикальных стенок реакционной камеры выполняют из кварцевого стекла и процесс растворения фиксируют кинокамерой.

Для определения кинетики растворения присадок по мере заливки формы .Я) металлом используют специальную методику. Для ее осуществления литниковую систему с реакционной камерой формуют в парных опоках. Во всех случаях расход модификатора составляет 1,0% от веса обрабатываемого металла. Модификатор и экзотермический состав помещают в реакционную камеру. Модификатор, входящий,в качестве наполнителя в экзотермический состав, учитывают в общем количестве вводимого модификатора.

Заливаемый в воронку металл проходит через стояк и промежуточный канал и после заполнения реакционной камеры через вйводной канал шла

550 600 640 680 700

890 825 760 685 680 ковик и кварцевую трубку выходит из формы и выливается в стержни, установленные на подвижной платформе, которую перемещают по мере заполнения стержней металлом. Элементы литниковой системы имеют стояк диаметром 22,5 мм и высотой 250 мм, переходные каналы диаметром 15,0 мм, реакционную. камеру диаметром 125 мм и высотой 165 мм; шлаковик сечением

25/35х30 мм и выходной канал диаметром 12,5 мм.

72427

Для заливки форм используют чугун . состава, вес,Ъ: 3,43-5,56 С; 1,741,82 Si; О, 34-0 39 Мп; О, 0220, 026 S и 0,061-0,068 P. .Температура чугуна: в период заливки 1390-1460 С.

Способ модифициРования позволяет улучшить растворение модификатора в первой порции металла и получить более равномерный химический состав

"в" теченйе" всего"перибда раствбрения модифйкатора.

Исследование микроструктуры различных порций чугуна позволяет констатировать тот факт, чтЪ во всех случаях получена шаровидная форма графита и графитные включения мало. отличаются по форме и величине. 15

Способ позволяет получить более высокие и более равномерные свойства. Можно отметить повышение ripe" дела прочности при растяжении на

7,0-14,8Ъ, относительно удлинения на 12,0-16,5Ъ и ударной вязкости на 16-20,5Ъ.

Свойства первой порции металла практически не отличаются от свойств последующих порций металла и это является одним из основных преимуществ способа.

Формула изобретения

Способ обработки расплавленного металла в литейной форме, включающий размещение в элементах литниковой системы присадок, и экзотермического вещества, и заливку литейной формы жидким металлом, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью улучшения распределения присадок в первой порции металла и повышения физико-механических свойств отливки, э.-.<зотермическое вещество размещают в количестве 3,5-12,0Ъ от общего количества присадок с температурой йачала протекания термохимических реакций 685-890ОC удельной теплопроизводительностью 550-680 ккал/кг.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Австралии 9465158, кл. 70.4, 1975.

2 ° Авторское свидетельство СССР

9444606, кл. В 22 D 27/18, 1972.

3. Патент Франции 91395491, кл. С 21 С, 1965.

Составитель Т.Королева

Редактор Н.Кравцова Техред З.Чужик Корректор E,Ïàïï МФМРеЮЮММа ЮГ =.с, Заказ 765/3 Тираж 889 Подписное

ЦЙИИПИ -Гас дарственного комитета СССР по делам изобретений и открыТий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4