Способ получения отливок

ОП ИГРАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯ И АВТОРСКОМУ СВИДНЕДЬСТВУ(51) М. Кл. С 21 С 1/О ением заявки Ме прис асударстеенныи каиитеСаветв Миннатрав СССРпа делам изобретенийн открытий(23) Приоритет -Опубликовано 15.01.76. Бюллетень Ие Дата опубликования описания 02,11.76(1) Заявител 4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИ Изобретение относится к литейному производству.Одним из существенных недостатков кристаллизации литых легированных железоуглеродистых сплавов является дендритная ликиация, которая приводит к неравномерности распределения фазовых составляющих и к неоднородности по химическому составу твердого раствора сплава, что обусловливает неравномерность механических свойств в раз,личных сечениях отливки, повышает хрупкость и склонность сплава к трещинообразованпю, Дендритное строение вызвано различной температурой кристаллизации фазовых составляющих сплава и является природным свойством.Так, например, при кристаллизации белых доэвтектических чугунов первичные (избыточные) кристаллы аустенита начинают выделяться из жидкого раствора в интервале температур между линиями ликвидуса и солидуса.Образовавшиеся кристаллы растут в направлении, противоположном отводу тепла, в виде разветвленных осей (дендритов), При снижении температуры сплава несколько ниже температуры солидуса начинается одновременная кристаллизация всего оставшегося объема жидкости, которая претекает уже при постоянной температуре, т. е, наступает 2эвтектическая кристаллизация. В этот период одновременно зарождаются и растут кристаллы аустенита и кристаллы карбидов, т. е.с этого момента сплав кристаллизуется в5 равномерную смесь фазовых составляющих.Описанный характер кристаллизации присущ всем сплавам доэвтектического состава.Дендритная ликвация сплава при кристаллизации приводит и к ликвации по химическому10 составу,Первые выделившиеся пз жидкого раствора кристаллы аустенпта (твердого раствора)имеют более низкую концентрацию по углероду, чем кристаллы твердого раствора, вы 15 делившиеся при более низких температурах.Неоднородность строения и химического состава вызывает неоднородность свойств посечению отливки,Описываемый способ основан на исполь 20 зовании совокупности факторов, тормозящихзарождение центров кристаллизации и скорость роста.Существо способа сводится к увеличениюстепени перегрева жидкого раствора, к моди 25 фицированию элементами, увеличивающимиповерхностное натяжение и к увеличению скорости охлаждения металла.Повышение степени перегрева жидкогораствора обеспечивает удаление искусственЗ 0 ных центров кристаллизации (тугоплавких499309 Формула изобретения 55 60 ЦНИИПИ Заказ 3592 Изд.1056 Тираж 654 Подписное 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб д. 4/5 МОТ, Загорский филиал 3окислов, нитридов и других соединений), что приводит к переохлаждению металла в момент начала кристаллизации, кроме того, повышение температуры перегрева металла в результате увеличения скорости протекания диффузионных процессов усредняет жидкий раствор по химическому составу, что снижает вероятность образования энергетических флуктуаций критического размера, т. е, вероятность образования самопроизвольных центров кристаллизации при невысокой степени переохлаждения.Таким образом, повышение степени перегрева приводит к увеличению переохлаждения жидкого металла. Экспериментально установлено, что необходимой и достаточной является степень перегрева, на 220 в 3 С выше температуры ликвидуса (температуры начала кристаллизации сплава).Введение в сплав микродобавок элементов, способствующих повышению поверхностного натяжения металла (модифицирование), увеличивает также степень переохлаждения жидкого раствора в результате того, что увеличивается критический размер флуктуации, способной стать самопроизвольным центром, кристаллизации, Только с понижением температуры сплава, когда разница свободной энергии твердой и жидкой фазы значительно увеличивается, создаются условия для самопроизвольного образования центров кристаллизации, т. е. в этих условиях устойчивость твердой фазы настолько повышается, что для образования самопроизвольного центра кристализации достаточен незначительный размер флуктуации. Экспериментально установлено, что введение в сплав 0,1 - 0,3% бора необходимо и достаточно для определенного торможения процесса начала кристаллизации.Дальнейшее увеличсние содержания бора в сплаве, хотя и увеличивает степень переохлаждения, но является нежелательным, так как приводит к охрупчиванию металла из-за образования сплошной карбидной сетки,Скорость охлаждения также увеличивает степень переохлаждения металла. Экспериментально установлено, что при сочетании первых двух факторов совместно со скоростью охлаждения сплава, равной 50 С/сек и более, обеспечивается полное подавление зарождения самопроизвольных центров кристаллизации и роста искусственных центров в интервале температур между ликвидусом и солидусом, т. е. создаются условия препятствующие образованию и росту избыточных кристаллов аустенита, которые в обычных условиях образуются и растут в этом интервале температур и приводят к возникновению дендритной ликвации твердого раствора в доэвтектических сплавах. Экспериментально доказано, что при сочетании вышеперечислен-. 5 10 15 20 25 30 35 4.1 45 4ных факторов кристаллизация сплава носит эвтектический характер, т. е. образуется псев; доэвтектика (равномерная смесь фазовых составляющих).Исследование этого процесса проводилось на сплаве следующего химического состава, %: С 2,42, Я 0,19, Мп 6,27, Сг 20,16, Р и 5 0,043, Это сплав доэвтектического состава, со степенью эвтектичности 3, = 0,81.Исследовалось влияние скорости охлаждения, модифицирования бором и влияние температуры перегрева жидкого металла на характер кристаллизации металла.Сплав, содержаш 1 ий бор (0,3%), нагревали до температуры 1520 С и 1570 С и снова охлаждали со скоростью 50 - 70 С/сек.Анализ результатов исследования показал, что увеличение скорости охлажден 1 ия сплава в период кристаллизации не изменяет дендритной ликвации аустенита даже при скорости охлаждения, равной 50 - 70 С/сек; повышение скорости охлаждения обеспечивает только значительное измельчение первичных зерен твердого раствора и карбидной эвтектики. Модифицирование бором увеличивает степень измельченности структуры, при этом яаблюдается некоторое уменьшение дендритпой ликвации аустенита.С ростом перегрева чугуна дисперсность структурных составляющих еще больше возрастает. Перегрев сплава (1520 С), модифицирование бором и последующее ускоренное охлаждение (о= 50 - 70 С/сек) изменяют картину первичной кристаллизации: дендритного строения, присущего всем сплавам доэвтектического состава, почти 11 е,наблюдается, Сплав кристаллизуется в мелкодисперсную, равномерно распределенную по всему объему смесь фазовых составляющих и приобретает эвтектическое строение (псевдоэвтектика).Однако снижение скорости охлаждения ведет к исчезновению эффекта эвтектической кристаллизации сплава, Так, при охлаждении сплава в песчаной форме, тоже модифицированного бором и нагретого до температуры 1520 С и выше, структура вновь приобретает дендритный характер строения. Способ получения отливок, заключающийся в заливке металла, модифицировании и его последующем охлаждении, отличающийся тем, что, с целью измельчения и равномерного распределения фазовых составляющих в сплаве, металл перед модифицированием пагревают до температуры на 220 - 300 С выше температуры ликвидуса, вводят бор и охлаждают со скоростью 50 - 70 С/сек.