Изложница для слитков

 

Н. К. Голубятников, В. Д. усев, М. В. Брондарбиг, Л. Г. Марьюшкин, И. Я. Колесник и Н. П. Портштщ (..

1 !

j

1

1.- 1

Краматорский индустриальный институт и Производственное обьединение

"Новокраматорский машиностроительный завод" (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) ИЗЛОЖНИЦА ДЛЯ СЛИТКОВ

Изобретение относится к металлургическому производству и может быть использовано для Ьтливки стальных нормальных кузнечных слитков.

Известны конструкции изложниц для обычных (нормальных) кузнечных слитков с геометрическими параметрами; отношение высоты к среднему внутреннему диаметру изложницы

2,0 — 2,3 и конусностью внутренних граней на обе стороны 2 — 5% (1).

Изложницы с такими параметрами имеют постоянную по всей высоте величину вынуклости внутренних граней.

Большая относительная -высота при малой коиусности обуславливает: близость расположения усадочной раковины к телу слитка, опасность которой возрастает с увеличением массы слитка, содержания углерода и легирующих элвментов в стали: развитую осевую зону усадочной рыхлости, протяженность которой составляет 62 — 65% от высоты тела слитка; развитую зону внецентренной ликвации, шнуры которой залегают в опасной близости.к поверхности в нижней части слит ка; ограниченность в использовании прогрессивных н автоматизированных процессов ковки протяжкой для поковок типа валов из-за недостаточности укова исходного поперечного сечения слитка, что вынуждает применять предварительную осадку.

При этом перед осадкой. невозможно Bbl полнить полную биллетировку исходного сечения слитка,. так как это вызывает недопустимое увеличение относительной высоты тела (Н:Д A 2,5).

Постоянство величины выпуклости внутренних граней по асей высоте. изложницы вызывает неблагоприятное"распределение по высоте тела слитка усадочных сил, стремящихся разорвать корку металла, затвердевшую . в начальный момент кристаллизации, что является одной иэ причин образования поверхностных трещин на слитках„возникновение угловой ликвации,, которая располагается . в нижней половине высоты слитка. Угловая ликвация обычно возникает в слитках иэ легированных инструментальных сталей и за-.

900947 .4 и исходную структуру слитка передосадкой в тех случаях, когда применение этой операции необходимо, а также удобство захвата, манипулирования и обжатия при деформировании.

На чертеже представлена предлагаемая изложница.

Предлагаемая изложница для слитков состоит из поддона 1, собственно изложницы 2, 10 прибыльной надставки 3. На изложнице показаны:

2а

15 д легает вблизи углов поперечного сечения на глубине 30-40 мм от поверхности.

Наиболее близкой к предлагаемой является изложница для слитков, расширенная кверху и имеющая сопряженные ло радиусу внутренние грани, выполненные выпуклыми. Отношение высоты изложницы к ее среднему внутреннему диаметру 2,9 — 3,1, конусность внутренних граней на обе стороны 6 — 8%, выпуклость внутренних граней убывает по высоте: у нижнего торца выпуклость составляет 1,0 — 1,2 радиуса сопряжения граней, а у верхнего торца — 0,6 — 0,8 этого радиуса 12).

Недостатками этой изложницы являются узкая область использования, так как она предназначена для получения слитков удлиненной формы, которые применяются для поковок ограниченной номенклатуры (как по массе, так и по форме), что исключает возможность массовой обработки таких слитков на автоматизированных кузнечных ком, плексах.

Являясь лучшей среди известных конструкций изложниц для удлиненных слитков, форма известной изложницы из-за большой относительной высоты не обеспечивает требуемую плотность макроструктуры осевой зоны в случае увеличения массы слитка.

Цель изобретения — получение технологической и универсальной формы слитка при одновременном повышении плотносп9 макроструктуры слитка.

Укаэанная цель достигается тем, что в изложнице, расширенной кверху и имеющей сопряженные по радиусу внутренние грани, выполненные с убывающей по высоте величиной выпуклости, равной у нижнего торца

10 — 1,2 радиуса сопряжения граней, а у верхнего торца — 0,6 — 0,8 этого радиуса, отношение высоты к среднему внутреннему диаметру составляет 1,5 — 1,7.

Выполнение изложницы с отношением высоты к среднему внутреннему диаметру 1,51,7 и общей конусностью внутренних граней

7 — 9% позволяет получать слитки с плотной макроструктурой в осевой зоне, с ослабленными зонами осевой и внецентренной ликвации минимальной протяженности по высоте тела, с высокой объемной однородностью химических элементов и механических свойств, а также с надежным расположением усадочной раковины в объеме прибыли.

Используя изложницу с предлагаемыми геометрическими параметрами, получают слиток универсальной формы, пригодной для мас совой обработки на автоматизированных кузнечных комплексах.

Полученная форма слитка дает воэмож.ность эффективно подготовить поверхность — центральный угол конуса жидкокого металла; — угол наклона грани изложницы; — рациус нижнего сечения изложницы;

Н вЂ” высота изложницы, D — средний внутренний диаметр изложницы ) х — расстояние до точки в пересечения биссектрисы с осью изложницы, определяемое по формуле

arctg х = dtg(45 +

25 2 где 0 — радиус верхнего сечения изложницы.

Расстояние х характеризует зону завершения кристаллизации металла под влиянием нижней части изложницы и поддона, т,е. отражает инЗо тенсивность вертикальной направленности процесса кристаллизации металла в изложнице.

Относительная величина — 100% в предлагах

Н емой изложнице существенно выше, чем в

35 известной изложнице, и что усиливает вертикальную направленность процесса кристаллизации металла. Угол конуса жидкого металла (2а) уменьшается с увеличением высоты изложницы (H) что ухудшает питание жидким

40 металлом прибыли отдаленных от ней слоев осевой зоны. а, а — величина выпуклости, I

R — радиус сопряжения граней.

Для работы на поддон 1 устанавливается восьмигранная изложница 2, на которую монтируется прибыльная надставка 3. Металл за ливается св ерху в рабочую полость.

Весовые соотношения частей слитка, отливаемого в изложницу предлагаемой конструкции, составляют, %:

Тело слитка 78-76

Прибыль 18,5-20,0

Поддон 3,5-4,0

Оптимальность предлагаемых значений геометрических параметров изложницы и их соотношения подтвердилась исследованием опытных натурных слитков массой 7,8 т из стали 32ХМ1А и 90Х2МФ.

900947

Натурные слитки отливались в опытныа. изложницы с параметрами:

Относительная высота 1,6

Общая конусность граней 3,0%

Выпуклость граней:, 5 внизу 1,158 вверху 0 72R

Для выявления качества натурных опытных слитков выполнено исследование: состояния поверхности слитков, макроструктуры (по 1п

Бауману и травлением) . в продольно-осевом сечении слитка, химической неоднородности по углероду, сере и фосфору (на трех уровнях по высоте тела н в прибыли слитка); механических свойств в осевом и радиальном направлениях в трех зонах поперечного сечения (поверхность, половина радиуса, центр) на трех уровнях по высоте тела слитка (со стороны прибыли, середина высоты тела слитка, со стороны поддона), 20

Общее распределение серы в слитке стали

32ХМ1А однородно и соответствует 1 баллу, а в осевой зоне — 1 — 2 баллам.

Общее распределение серы в слитке стали

90Х2МФ также однородно и соответствует

1 — 2 баллам, а в осевой зоне — 2 баллу.

В слитке из стали 32ХМ1А зона внецентренной лнквации выражена слабо, развитых усов нет. Зона заканчивается отдельными слабымн следами ликвацни, которые располагаются от поверхности слитка на расстоянии ,200 мм, Это почти в 2 раза глубже чем в слитках, получаемых в известной изложнице и в изложницах для обычных (нормальных) слитков.

Зона осевой ликвации плотная, не имеет усадочной рыхлости и пустот. Наблюдается разрозненная межкристаллическая ликвацня протяженностью 30 — 35% от высоты тела слитка, ю

В слитке нз стали 90Х-МФ зона внецентренной ликвации более выражена; усы сформировались отчетливо, которые заканчиваются. в районе, отстоящем от поверхности слитка на

150 мм. Это почти в 15 раза глубже чем 45

1 в слитках из инструментальной стали, получаемых в известной изложнице и в изложницах для обычных (нормальных) слитков.

Зона осевой лнквации узкая и не имеет усадочной рыхлости и надрывов; поперечный размер ее около 40 мм, что составляет 5% от среднего диаметра слитка. В зоне имеет место межкристаллическая ликвация протяженностью 45% от высоты тела слитка.

В обоих слитках угловая ликвация не об55 наружена, а усадочная раковина располагается в прибыли с некоторым запасом плотного металла на границе перехода, что позволяет использовать весь объем тела слитка, 6

Кривые графиков показывают, что по отношению к плавочному амалмзу .наблюдается незначительн .я лмквация элементов. Однако фактическое содержание углерода, серы и фоо. фора в объеме тела слитков находится в пределах, заданных мо техническим условиям для исследуемых сталей.

Состояние механических.свойств по уровню и степени. однородности вдоль. и поперек оси слитков по высоте тела соответствует тонкому распределению серы, плотности макроструктуры и высокой объемной химической однородности элементов. Пластические свойства по высоте тела не обнаружмвают влияния нрибылм слитка и определяются твердостью и зонами кристаллнэацим металла.

Исследование опытных слитков массой .7,3 т показало, что в изложнице предлагаемой конструкции относительная осевая скорость затвердевания выше, чем в известных изложницах для обычных (нормальных) слитков, и, следовательно, реалмзуется процесс направленного затвердеванмя Металла.

Используя предлагаемую форму изложницы, получают новую форму слитка, которая по сревнеимю с формой слитка из известных изложниц для обычных (иормалъиых) слитков, обеспечивает: универсальность его применения для всех поковок (независимо or массы и формы) с пониженной трудоемкостью ковки . эа счет более плотного макростроенмя и с повышен-ным выходом годного металла за счет возможности полного, использования тела слитка; резкое расширение области применения прогрессивных процессов ковки поковок только протяжкой и, следовательно, организацию массовой обработки на автоьатизированных кузнечных комплексах (за счет увеличенных поперечных размеров н повышенной плотности макростроения);, технологичность при ковке, возможность эффективной подготовка поверхности и исходной структуры слитка (полной биллетировкой или предварительной протяжкой) перед осадкой в случае, когда ее применение необходимо, удобство захвата, манипулирования и обжатия.

Изложница предлагаемой. конструкции испытана на большой нар1аа слитков массой

7,3 т из углеродистой, легированной и инструментальной стали.

Применение предлагаемой изложницы повышает качество поковок i выход годного на 2 — 3% за счет полного использования тела . слитка и сокращает длительность нагрева и трудоемкость ковки иа 20 — 25% за счет исключения операции осадки.

900947

Формула изобретения

Изложница для слитков, преимущественно кузнечных, расширенная кверху и имеющая сопряженные по радиусу внутренние грани с убывающей по высоте величиной выпуклости, равной у нижнего торца 1,0 — 1,2 радиуса сопряжения граней, а у верхнего торца—

0,6 — 0,8 этого радиуса с общей конусностью внутренних граней, равной 6 — З о, о т л ич h. ю щ а я с я тем, что, с целью повыпкния технологичности. формы слитка и плот-, ности его макроструктуры, она выполнена с соотношением высоты, к среднему внутреннему диаметру, равным 1,5 — 1,7.

Источники информади », принятые во внимание при экспертизе

1. Ковка крупных поковок. Под ред.

В. Н. Трубина. М., ч. 2, "Машиностроение™, 1965, с. 9.

2. Авторское свидетельство СССР У 495144, кл. В 22 D 77/ 0066, 1973.