Изобретение относится к тпттейному производству, преимущественно к изготовлению деталей металлургического о6орудования, и может быть использовано при изготовлении отливок, работающих в условиях термециклических н механических нагрузок, например мульд мартеновских печей.

Технологический процесс получения таких отливок предусматривает изготовление формы и заливку в нее расплава

1б стали. С целью устранения литейных дефектов усадочного ;чтроисхождения и повышеу я механических свойств металла в последнее время в процессе заливки формы в расплав вводят микрохолодильИ ники вЂ” металлическую дробь. Металл таких отливок характеризуется повышенными механическими и служебными свойствами в связи с благоприятным воздет 20 ствием микрохолодильников на процесс кристаллизации расплава. Например, ввод в расплав железного порошка марок

ПЖ-ЗК, ПЖ-2К или восстановленной стальной дроби, имеющих чистую от окислов поверхность, позволяет получитЬ качественную структуру и механические свойства, приближающиеся к свойствам деформируемого металла (1).

Однако повысить длительность эксплуатацтпт отливок, работающих в условиях теилосмен, пе удается.

Известен сйособ получения стальных отливок с вводом в расплав при заливке мульд микрохолодильников вЂ” железного порошка ПЖ-2К в количестве 1-2% p2).

Несмотря на это повысить долговечность отливок, объемы которых работают в условиях теплосмен и механических нагрузок, не представляется возможным.

Как правило, объемы деталей, испытывающих значительные механические нагрузки, хонструктивно выполняют достаточно массивными и с высоким запасом прочности. Однако массивность объемов противопоказана в случае эксплуатации при теплосменах. При этом в связи с высокими градиентами температур р

804l87

50 объеме деталей возника>от термические напряжения, зачастую ведущие к короблению, образованию трещин и дальнейшему интенсивному их развитию до браковочных пределов, Превышение термическими напряжениями пределов прочности материала ускоряет разрушение детали. Наиболее чувствительными к разрушению оказываются участки сопряжения массивных и тонкостенных объемов деталей. В этих 10 случаях трещины термического характера зарождаются в первую очередь и распространяются вглубь материала практически с такой же скоростью, как и в металле без ввода микрохолодильников.

Основной причиной такого поведения материала является сохранение на том же уровне теплопроводности и коэффициента линейного расширения и, соответственно, уровня действующих термических напряжений.

Цель изобретения - повышение срока службы отливок за счет уменьшения напря>кений, действующих на границе сопряжения толстостенного и тонкостенного объемов, каждый в отдельности из которых подвергается термическим и механическим загрузкам.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения отливок, преимущественно мульд мартеновских печей, включающем заливку расплавленного металла в форму и введение в него . микрохолодильников, в расплавленный металл дополнительно вводят окалину при объемном отношении окалины н микрохоло- З5 дильников (ОЛ-1): lO.

Окалина, смешиваясь с жидким металлом, разлагается и приводит к образованию ячеек вЂ” газовых пустот, равномерно распределяющихся в металле. Микрохоло- 40 дильники, отбирая тепло or жидкого металла на нагрев и расплавление приводят к образованию в металле центров крис-. таллизации и ускоряют его кристаллизашпо. Наиболее быстро металл кристалли- 45 зуется в тонкостенных участках отливки.

В этих участках расплав быстро затвердевает и образовавшиеся газовые ячейки-.пустоты фиксируются. В массивных участках металл длительное время находится в жидком состоянии и газы в значительном количестве успевают выделиться, в результате чего в массивных участках, подвергающихся механическим нагрузкам, металл затвердевает монолитным. Таким образом, металл тонкостенных участков деталей, подвергающихся воэдейс твко теплосмен, эатвердЕвает с наличием газовых ячеек-пустот, а массивных вЂ” монолитным.

Поскольку теплопроводность металла с наличием газовых ячеек-пустот ни>ке, IBM сплошнолитого, то на границе сопр я жени я тонк ос те нного и толс тос тен ног о объемов теплопередача резко уменьшается и прочностные характеристики сохраняются на высоком уровне. Создаются благоприятные условия для снижения скорости зарождения и роста трещин, замедляется, разрушение материала что ведет к увеличению длительности эксплуатации деталей.

В опытном производстве изготовляют заготовки, ф 110 и высотой 160 мм (без учета высоты прибыли) иэ стали марки 35 Л. Отливки изготовляют с вводом микрохолодильников со свободной от окислов поверхностью (исходные) и с вводом тех же микрохолодильников и окалины. Количество введенных микрохолодильников составляет 34 от веса металла в форме, а размер гранул вЂ” 0,5-3 мм.

Окалину вводят при объемном соотношении окалины и микрохолодильников О, 1; 10.

Размеры зерен окалины находятся в пределах 0,2-l 5 мм. Иэ металла отливок изготовляют образцы в виде стержней

10 мм и высотой l50 мм. Один из концов образцов нагревают в шахтной электрической печи с температурой в шахте 1000 С и одновременно измеряют

О температуру концов образцов потенциометром с точностью " 5 4. На поверхностях нагреваемого и противоположного концов образцов приваривают горячие спаи термопар хромель вЂ” алюмель нз термоэлектродной проволоки ф 0,2мм. При этом установлено, что температура на поверхности опытного образца, отлитого из металла по предлагаемому способу с вводом окалины в объемном соотношении с микрохолодильниками 0,5: lO, О на 84 С меньше чем температура на поверхности контрольного образца, отлитого из сравниваемого металла. При этом значения температур (при выдержке нагреваемого торца в печи в течение

180 с) для опытного и контрольного образцов равны соответственно 836 и

920 С, что объясняется уменьшением

О эффективного коэффициента теплолроводности металла, зависящего в каждом конкретном случае от размера ячеек, равномерности и частоты их рас.прелеления.

Характер распределения ячеек

Площадь занятая ячейка- ми, %

Разница в температурах на конце опытного образца в сравнении с исходным, С

Темература конца образца, противоположного на греваемому, О С

Количество введенной окалины в объемном соотношении с микрохолодильниками

Неравномерно l,6

903.0,05: l0

О,l: 10

Более равномер- 2, 4 но

878

Равномерно

836

0,5: 20

5 804 l

Значение этого коэффициента оценивается по формуле где дЧ (Д х вЂ” градиент температуры; вЂ” коэффициент теплопроводности;

П вЂ” число ячеек„

4(вЂ” коэффициент равномерности распределения ячеек; площадь сечения тела;

5 вЂ” усредненная площадь ячеек.

От температуры зависят также и механические свойства образцов. Так, при различных значениях температуры различны и значения напряжений 6 возникающих при деформациях. Например, для стали Ст 30 Л при температурах

836 и 920 С значения напряйе ий 5 g

О находятся в интервалах 6,8-6.9 и 4,34,4 кг/мм соответственно. Таким образом, механическая :прочность эксплуатируемых в различных условиях .(теплосмен, механических нагрузок) изделий из металла, получаемого предлагаемым способом, повышается почти в l,6 раза, что предопределяет повышенную долговечность работы отливки в целом.

Как указано выше, размеры ячеекпустот должны быть определенными и равномерно распределенными в объеме.

Величина ячейки газового пузыря обусловлена комплексом факторов, к основным из которых следует отнести размер, вводимый с микрохолодильниками зерен окалины, и особенности затвердевания расплава. Практически установлено, что использование зерен окалины толщиной более l,5 мм для углеродистых рас..плавов приводит к образованию . крупных

40 газовых пустот, резко снижающих прочностные характеристики металла. Зерна окалины толщиной менее 0,2 мм не полностью попадают в металл, так как они уносятся восходящими потоками газа, выделяющегося из металла, вращающегося в вихревой воронке, обязательно используемой при суспензионной заливке.

При попадании окалины в жидкий металл углеродистой стали протекает реакция (С ж +(О ок = СОо, в результате которой образуются ячейки, заполненные 4.азом СО = СО. Количество вводимой окалины имеет важное значение также и для числа образующихся газовых ячеек, пх размеров и равномерности распределения. Так., ввод недостаточного или избыточного количества окалины -. ведет к образованию газовых ячеек в таком ко щчестве, что цель изобретения не может быть достигнута. В первол случае количество образовавшихся газовых ячеек недостаточное, чтобы оказать существенное влияние на изменение теплопроводности стали и, следовательно существенно повлиять на служебные характеристикидеталей. Повышенное же количество окалины приводит к возникновению большого числа газовых раковин и усиленному вскипанию металла.

Опытным путем установлено, . что наиболее удовлетворительными пределами вводимой дополнительно окалины в объемном соотношении с микрохолодильниками является (О, l"): 10. Результаты теплопроводности образцов с различным количеством введенной окалины совместно с микрохолодкльниками приведены в таблице.

Продолжение таблицы

То же

11,2

1: lO

1.,5: 10

804

Неравномерно 18. 2 вскипы, раковины (по известному способу) 920

Составитель Т. Королева

Техред С.Мигунова Корректор Н. Григорук

Редактор А. Гук

Заказ 10768/ 16 Тираж 880 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, наиболее удовлетворительными пределами ввода окалины в объемном соотношении с микрохолодильниками является (О, l-1): 10.

Проведена также опытно-промышленная проверка способа получения отливок мульд емкостью 3,3 м с получением в объеме, работающего в условиях теплосмен, с газовыми ячейками-пустотами, Мульда представляет собой лоток. работающий в усло виях теплосмен, с одной из сторон кото- . рой выполнена замковая часть, работающая в условиях механического (изгибного) нагружения. Наиболее характерной причиной выхода из строя мульд является разрушение. замковой части и гранип

1сопряжения замковой и лотковой частей..

Разработан способ получения отливок мульд с вводом дроби из стали 35 Л с получением в стенах корзины газовых З5 ячеек-пустот, при этом дробь вводят равномерно по мере заливки жидкой стали в форму в весовом соотношении 3,: 50 с заливаемым металлом. Изучением макроструктуры устанавливают яаличие 40 газовых ячеек-пустот в лотковой области.

Опытно-промышленной проверкой установлено также, что стойкость их в l,5 раза увеличивается по сравнению с контрольными. 45

Предлагаемый способ по сравнению с известньп ци обеспечивает снижение теплопередачи" к границе сопряжения объемов металла, подвергающихся каждый в огдельности воздействию механических и термических нагрузок, и уменьшение температуры в этом участке и, следовательно действующих температурных напряжений, а также совместного воздействия температурных и механических напряжений, что позволит увеличить долговечность отливок в l,5-2 раза.

Форм ула изобретения

Способ получения отливок, преимущественно мульд мартеновских печей, включающий заливку расплавленного металла в форму и введение в него микрохолодиль-. ников,отличающийcÿ тем, что, с целью повышения срока службы отливок, в расплавленный металл дополнительно вводят окалину при объемном отношении окалины и микрохолодильников (О, l-l): 10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

No 4l6l48, кл. В 22 D 7/00, l 974.

2. Литейные свойства сплавов, Киев, ИПЛ АН УССР, 1972, с. 136-137.

Похожие патенты: