Способ центробежного литья полых стальных заготовок

 

В. П. Малых, В. В. Барсуков и В. A. Варнавский

> - .: > !

I„

Научно-исследовательский институт специальн х сгйсЪбоЩ.: ., литья (72) Авторы изобретения

1 (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ЦЕНТРОБКжНОГО ЛИТЬЯ ПОЛЫХ

СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к литейному производству, а более конкретно. к центробежному .литью полых стальных заготовок в окрашенные охлаждае.мые металлические изложницы.

Известны способы центробежного литья стальных заготовок, которые включают вращение изложницы, нанесение на внутреннюю поверхность изложницы футеровки, заливку и затвердевание расплава (11.

Для укаэанного способа литья характерными дефектами наружной поверхности отливок является пригар, состоящий из отдельных вкраплений песка

15 на глубину 2-3 см и заливов до 810 мм на наружной поверхности.

Заливы представляют собой проникновения отдельных струй металла внутрь диспесного покрытия обычно

20 из кварцевого песка, при этом засорение наружного поверхностного слоя материалом футеровки составляет 810 мм. Наличие указанных дефектов вызывает увеличение припусков до

10 мм. Для улучшения качества поверхности заготовок в качестве футеровки используются жидкие самотвердеющие смеси с раздельным последовательным введением сыпучих и жидких составляющих смеси при вращении фор- . мы с гравитационным коэффициентом

1- 120 в период введения жидкой композиции в количестве 20-853 от веса отвердителя (2).

Однако пригар и засорение наружного поверхностного слоя отливки имеет ecto в этом случае на глу-, бину от 4 до 8 мм.

Соотношение жидкой и твердой фазы в используемых для укаэанного способа смесях составляет 0,1-0,3.

Известен также способ центробежного литья стальных заготовок, включающий вращение изложницы, нанесение краски на основе суст>ензии иэ порошка. огнеупорного наполнителя

931284 4 и жидкого стекла,. заливку и затвер.— девание расплава 33).

Использование указанного способа позволяет избежать появления трудноудалимого пригара на наружной поверхности полых стальных заготовок, однако вызывает появление продольных и поперечных трещин. Это явление обусловлено свойствами покрытия, которые определяются режимом его нанесения на вращающуюся изложницу, строением покрытия по его толщине и скоростью нарастания отливки со стороны изложницы.

Уменьшение прочности покрытия для устранения вероятности появле I ния трещин и разрывов вызывает появление частиц краски в поверхностном слое отливки.

Отсутствие точных технологических параметров не позволяет получать стальные отливки с высоким качеством поверхности. Например, для литья стали рекомендуется при использовании .тонкостенного покрытия толщиной до

3,5 мм и 0,8-1,0 мм, применять следующие параметры : соотношение жидкой и твердой фазы в суспензии 1,03, процесс литья, включая нанесение краски на изложницу вести при 650 и

390 об/мин, скорость нарастания стенки отливки 1,76 мм/с. При нанесении толстостенных облицовок на ЖСС, с соотношением жидкой и твердой фазы на уровне 0,25 рекомендуется футеровку изложницы проводить при вращении формы со скоростью, соответствующей гравитационным коэффициентам 1».120.

Для уменьшения склонности сталь.ной отливки к образованию горячих трещин скорость вращения изложницы снижают не в период заливки, а после ее окончания и достижения температуры ликвадуса на ее внутренней поверхности t4).

Однако при литье стали в окрашенные металлические формы использование известных приемов (2 и 4 ) не гарантирует отсутствия трещин, так как они часто образуются на поверхности отливки уже в период ее заливки.

Появление горячих трещин в период заливки обусловлено высокой скоростью охлаждения, способствующей появлению термических и усадочных .напряжений в затвердевающей корочке, которые являются причиной появления микротрещин из-за ее недостаточной пластичности. Под действием центробежной силы, возникающей в расплаве под действием вращения, происходит увеличение микротрещин изза образования газового зазора между отливкой и неровностями на поверхности краски. Твердые неровности краски значительно меньше деформируются, 1О чем при использовании дисперсной порошкообразной основы без связующего, поэтому слой краски должен быть очень ровным и гладким, а по" верхностный слой контактирующий с g затвердевающей поверхностью отливки

1 .легко работать на срез, чтобы устранить возможность появления горячих трещин из-за напряжений превышающих прочность первоначально затвердевшей корочки. Нанесение покрытия за один проход при. вращении изложницы со скоростью 390-650 об/мин и с нелимитированной скоростью расхода не обеспечивает качество покрытия и вызывает его осыпание с образованием дефектов от краски. Это вызвано тем обстоятельством, что

/ вращение изложницы со скоростью, соответствующей гравитационным коэффициентам 1... 121, и нелимитирован- ном расходе покрытия на жидкостекольном связующем способствуют появлению неровностей высотой 0,6-1,8 мм на внутренней поверхности покрытия, слабому сцеплению частиц покрытия друг с другом, содержанию большой остаточной влаги в порах неровностей. Наличие неровностей на покрытии предопределяет появление трещин из-за торможения усадки отливки по длине, а слабое сцепление краски с изложницей.и наличие большего количества остаточной влаги в неровностях покрытия вызывает появление поверхностных дефектов от смывания краски и "микровзрывов" в покрытии от остаточной влаги из-за образо. вания пара, сопровождающегося резким увеличением объема с выбросом покрытия в жидкую поверхность формирую50 щеися заготовки. Легкость работы на срез покрытия при усадке поверхности заготовки не обеспечивается при нанесении .его в. виде суспензии за один-два прохода до слоя 0,5-2,5 и

55 расходе, например, 1,5 л/мин, но может быть достигнута, если число проходов окрасочного устройства внутри изложницы по всей ее длине соста84

9312

2564

Il

5 вляет 5-15 раз, что возможно при значительно меньшем расходе.

Тйповые краски для металлических форм, например, для кокилей при нанесении их способом распыления сжа" тым воздухом обычно представляют суспензии, содержащие связующие и имеющие соотношение содержания жидкой и твердой фазы в пределах 1,79,0, а толщина слоя краски состав- 10 ляет 0,1-3,5 мм.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий вращение изложницы, нане- з сение на нее краски, заливку и последующую кристаллизацию расплава(Я.

Однако этот способ не устраняет появление горячих трещин.

Цель изобретения- уменьшение по - щ явления горячих трещин и включений краски на наружной поверхности заготовок. указанная цель достигается тем, что в способе литья, включающем 25 вращение изложницы, нанесение краски, заливку и затвердевание расплава-, краску наносят с расходом

270-400 мл/мин при вращении изложни-. цы со скоростью, соответствующей гравитацйонным коэффициентам 107192, а в начале заливки расплава скорость вращения изложницы замедляют на период, составляющий 15-404 от общего времени заливки, весовую скорость заливки поддерживают равной 47 кг/с, а скорость затвердевания заготовки - 0,21-0,41 мм/с.

Скорость вращения изложницы в начальный период заливки выбирают из соотношения где и- скорость вращения изложницы в начальный период заливки расплава, об/мин; 1 в плотность расплава стали, г/см

r- радиус внутренней поверхности заготовки, см.

8 результате использования этих приемов предотвращается возможность образования горячих трещин и дефектов от краски из-за неудовлетворительного качества покрытия.

Подача краски в количестве 27055

400 мл/мин обеспечивает равномерность нанесения покрытия по длине изложницы до слоя 0,5-2,5 мм и необходимую плотность за счет поддержания гравитационного крэффициента в пределах

107- 192 а использование заливки расплава со скоростью, определяемой иэ соотношения

2564: 1)

Il

7r позволяет в 2,1 раза снизить давле" ние на твердо-жидкую корочку стали, формирующуюся на границе покрытиерасплав по сравнению со скоростью,оп" ределяемую по формуле Константинова.

Например, для заготовки r = 8 5 см и f = 7;5 по формуле (1) число оборо-, тов равно и = - - - =. 330 об/мин, 2564.

М7тхЗ,Б по формуле Константинова и = = 697 об/мин.

20 ,5х,5

Снижение скорости эатвердевания заготовки до 0,21-0,41 мм/с и заливки до 4-7 кг/с литья стальных заготовок со стенкой 18-175 мм также способствует устранению трещин, за счет снижения термических и усадоч» ных напряжений в затвердевающей корочке металла, особенно в первоначальный момент ее формирования, .а также. дает возможность ее пластичес- . кой деформации под действием распла,ва, При быстром нарастании твердожидкой корочки из расплава, например, со скоростью выше 8,41 мм/с происходит . быстрая усадка с образованием газового зазора между поверхностью отливки и формой, а так как давление вращающегося металла дости гает величин нескольких килограмм на единицу наружной поверхности отливки, вследствие чего корочка не деформируется, а разламывается с образованием трещины.

8 связи с тем-, что нарастание корочки металла при литье в окрашенные изложницы начинается в период заливки расплава, имеется оптимальная скорость заливки и нарастания затвердевшей корочки расплава, превышение которых вызывает появление горячих трещин на поверхности стальных отливок.

Пример . Отливают полые цилиндры яз стали 45 Л наружным диаметром 206 мм, толщиной стенки 50 мм и

7 9312 массой 181 кг и наружным диаметром

162 мм, толщиной стенки 25 мм и массой 104 кг.Отливка проводится в ме- таллические водоохлаждаемые изложницы, внутренняя поверхность которых покрывалась слоем краски толщиной

1,25 мм, Состав краски, вес. 4 маршалит 50, жидкое стекло 7,5, бентонит 1,0, вода остальное. ка на мехническую обработку, а также наличия заливов (или выливов) металла из-за замедления скорости вращения в начале заливки. Как видно из результатов, приведенных в табл. 1 и 2 предлагаемые параметры процесса обеспечивают получение наружной поверхности заготовок без горячих трещин и дефектов от краски. Использование расхода суспенэии менее 270 мл/мин и вращение изложницы при окраске со скоростью, обеспечивающей гравитационный коэффициент выше 192. не были осуществлены по техническим ограничениям, обусловленным конструкцией машины и опытных устройств.

Таблица!

Показатели

Н опыта

5 6

1580 1580

- 1580

1580 1580 1580

140 140

25 25

120

240 240 240

50 50

1О

1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25

6 6

15

500 400 400 270 270

270

4 " 4

Нет, 4,0 2,0

7 7 8

10 0 150 90

950 422 422

950 950 950

422 422 422

950 950 950

0,41 0,41

26 26

0,42

0,25

0,25 0,2

26 26

Время заливки, с

+ n Q. г

Примечание:К=(---)

Технические приемы приведены в табл. 1.. Полученные отливки исследуют визуально по состоянию наружной поверхности до и после механической обработки с целью выявления следующих дефектов : горячих трещин,, включений от краски в зоне припусТемпература при заливке стали, С

Температура изложницы,оС

Толщина стенки отливки, мм

Расход воды на охлаждение изложницы, л/мин

Скорость вращения изложницы при окраске, об/мин, К

Гравитационный коэффициент

Толщина слоя покрытия (краски) на изложнице, мм

Количество проходов окрасочного устройства внутри изложницы

Расход краски из окрашивающего устройства, мл/мин

Весовая скорость заливки, кг/с

Время периода замедления скорости вращения при заливке, с

Скорость вращения изложницы в начале заливки, o6/мин

Скорость вращения изложницы в конец заливки, об/мин

Средняя скорость затвердевания заготовки, мм/с

8,5 8,8 4,8 4,8 4,8

950 1270 950 950 950

107 192 107 107 107

l0 Таблица2

931284

Наличие дефектов от краски на наружной поверхности отливки (в зоне припуска 3 мм) Наличие горячих трещин на наружной поверхности отливки

Наличие дефектов на торце отливки от замедления скорости вращения изложницы опыта

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Есть

Нет

Нет

Нет

Составитель А. Минаев

Техред Л. Пекарь Корректор Л. Дзятко б

Редактор И. Тыкей

Тираж 853 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3601/9

Филиал Wll "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

1. Способ центробежного литья полых стальных заготовок, включающий вращение изложницы. нанесение на нее, краски, заливку и последующую кристаллизацию расплава, о т л и ч а ю.1шийся тем, что, с целью уменьшения появления горячих трещин и включений краски на наружной поверх-. ности заготовок, краску наносят с расходом 270-400 мл/мин при вращении изложницы со скоростью, соответствующей гравитационным коэффициентам 107-192, а в начале заливки расплава скорость вращения изложницы замедляют на период 15-404 от общего времени заливки, причем весовую . скорость заливки поддерживают равной 4-7 кг/с, а скорость затвердевания заготовки 0,21-0,41 мм/с.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю4в шийся тем, что скорость вращения изложницы в начальный период заливки выбирают из соотношения

2564 п =

Tr где и - скорость вращения изложницы в начальный период заливки расплава, об/мин; — плотность расплава с али, „/,„з. т — радиус внутренней поверхности заготовки, см.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Юдин С. Б. и др. Центробежное литье. И., "Машиностроение", 1972, с. 199-204.

2. Авторское свидетельство СССР

11 521063, кл. В 22 D 13/10, 1975.

3. Экспресс-информация. Технология и оборудование литейного производства, ВНИТИ, 1972.

4. Реферативный журнал "Техноло» гия и оборудование литейного производства", 1978, У 4, реф. 4 Г 295.

5. Авторское свидетельство СССР

H 421424, кл. В 22 0 13/00, 1971 °