Способ получения отливок

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сова Советскими Социалистическик Республик.(22) Заявлено 01.04,77 (21) 2468287/22-02с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано;50879. Бюллетень Мо З 0Дата опубликования описания 180879 В 22 Р 27/20 Государственный комитет СССР по девам изобретений и открытий(71) ЗаяВИтЕЛЬ Институт проблем литья АН Украинской ССР 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к изготовлению деталей металлургического оборудования, и может быть использовано при изготовлении отливок, подвергающихся воздействию термоциклических и механических нагрузок, например мульды мартеновских печей.Технология получения таких отливок предусматривает изготовление формы и заливку в нее чугунного расплава, например стал: В последнее время с целью устранения литейных дефектов усадочного происхождения и повышения механических свойств ме талла при заливке непосредственно в форму вводят микрохолодильники стольную или чугунную дробь 1.Отливки, получаемые суспензионными методами с вводом в жидкий ме талл микрохолодильников с соблюдением требований чистоты к нх поверхности от окислов, характеризуются повышенными механическими и служебными свойствами в связи с благоприятным влиянием микрохолодильников на процесс кристаллизации расплава.Поэтому известный способ получения отливок преобретает в последнее время все большее распространение. Способ получения отливок с вводом в расплав микрохолодильников - желез - ного порошка, например, марок ПЖК, ПЖК или металлической восстановленной дроби со свободной от окислов поверхностью, позволяют получать качественную структуру металла и механические свойства, приближающиеся к свойствам деформируемого металла.Несмотря на это повысить длительность эксплуатации отливок, работающих в условиях теплосмен, не удается.Известен способ получения стальных отливок с вводом при заливке форм железного порошка ПЖК 2,При этом достигается увеличение плотности отливок, приближающейся к значению этого показателя для поковок и проката.Однако суспензионный способ получения отливок, один из объемов которых в процессе эксплуатации подвергается циклическим нагревам и последующим охлаждениям, а другой механическим воздействиям, не обеспечивает существенного повышения срока службы отливок.Как правило, объемы деталей, подвергающиеся значительным механичес -ким нагрузкам, конструктивно выполняются достаточно массивными, с большим запасом прочности, в то время как для объемов, работающих в условиях теплосмен, это противопоказано.В процессе теплосмен в связи с большими градиентами циклических температур в объеме детали возникают термические напряжения, приводящие к короблению, образованию трещин и дальнейшему интенсивному их развитию до браковочных пределов. Термические напряжения, превышающие пределы прочности материала, ускоряют разрушение детали. Наиболее чувствительными к разрушению являются границы сопряжения массивных и тонкостенных объемов деталей (в этих участках воздействуют на материал не только термические и механические напряжения каждый в отдельности, но и совместно)Несмотря на высокбе качество металла, достигаемое вводом микро- холодильников со свободной от окислов поверхностью, трещины термического характера на упомянутой границе зарождаются и распространяются вглубь материала почти с такой же скоростью, каки в металле без ввода микрохолодильников. Основной причиной такого поведения материала является сохранение на том же уровне значений теплопроводности и коэффициента линейного расширения материала и, соответственно, уровня действующих термических напряжений, В этих условиях возникающие термические трещины, являющиеся надрезами - концентраторами напряжений и интенсивно развивающиеся до браковочных пределов, быстро приводят к выходу иэ строя деталей.Целью изобретения является повышение срока. службы отливок за счет уменьшения температуры, возникающей в процессе теплового воздействия при эксплуатации на границе сопряжения объема, подвергающегося воздействию теплосмен, с объемом, подвергающимся воздействию механических нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что на микрохолодильники предварительно наносят пленку толщиной 0,005-0,1 мм из материала, разлагающегося при взаимодействии с заливаемым сплавом с выделением углекислого газа, азота нли хлора,например из окислов железа, Пленка, соприкасаясь с жидким металлом, разлагается и приводит к образованию ячеек - газовых пустот требуемого размера, равномерно распределяющих" ся в объеме. В участках отливки с тонкой стенкой металл в форме быстро эатвердевает и образующиеся газовые ячейки-пустоты фиксируются. В толстостенных участках металл длительное время находится в жидком со.стоянии, и газы в значительном ко личестве успевают выделиться, в результате чего металл в основной своей массе затвердевает монолитным. Проведенный эксперимент показывает, что температура на поверхности образца, отлитого по предлагаемому способу, почти на 100 С меньше известного. Соответственные значения температур в сравнительном замере (при выдержке нагреваемого торца в печи в течение 180 с) составляет 830 С опытного металла, 917 С известного металла. Это обусловлено уменьшением эффективного коэффициента теплопроводности металла. Последний может быть оценен по следующей формуле и в каждом конкретном случае зависит от разме 55 60 65 Таким образом, металл тонкостенных участков детали, подвергающейся5 воздействию теплосмен, затвердеваетс наличием газовых ячеек-пустот. Поскольку теплопроводность такогО металла значительно ниже, чем сплсюнолитого, то на границу сопряжения10 объемов тонкостенного участка с толстостенным теплопередача резко уменьшается, что ведет к сохранению повышенных прочностных характеристик металла. При этом создаются благоприятные условия для снижения скоростизарождения и роста трещин, замедляется разрушение материала и, соответственно, длительность эксплуатациидеталей возрастает.В опытном производстве институтапроблем литья И 1 УССР изготовляютзаготовки диаметром 110 и высотой160 мм (без учета высоты прибыли)изстали марки 35 Л. При изготовленииотливок с исходным металлом в процессе заливки формы вводят микрохолодильники иэ той же стали с очищенной поверхностью гранул от окисловжелеза методом восстановления,а приизготовлении опытных - с предвари 30 тельно нанесенной пленкой окисловжелеза толщиной до 0,05-0,08 мм,Пленку окислов железа наносят засчет коррозии материала микрохолодильников, помещенных в емкость с35 повышенной влажностью, Количествовводиьюх холодильников составЛяет3 от веса металла в форме, размергранул 0,5-3 мм.Из металла отливок изготовляют4 О образцы в виде стержней диаметром10 и высотой 150 мм, Один из концовобразцов нагревают в шахтной электрической печи с температурой в шахте 1000 С и одновременно измеряют45температуру концов образцов потенциометром с точностью5. На поверхностях нагреваемого и противоподожного концов образцов монтируют(приваривают) термопары иэ термоэлектродной проволоки диаметром0,2 мм хромель-алюмель,5 о 15 20 25 зо Формула изобретения Тираж 945 Подписное филиал ППП Патент, г.ужгород, ул, Проектная,4 ра ячеек, их равномерности и частотыраспределения. где Я - количество тепла, проходящее за время;Ьтградиент температуры;дхЛ - коэ и иент те о о н фф ц пл пров д ости;и - число ячеек;К - коэффициент равномерностираспределения ячеек;Я - площадь сечения тела;Б - усредненная площадь ячеек.Естественно, что значение (УВ при830 С и при: 917 С - существенно различны. Например, для сталиСт 30 л (0,26/С) бэ при С = 830 Ссоставляет 7 кг/мм , а ЮВ приг917 С - 4,5 кг/ммг Естественно,что исследуемая способность металлав зоне соединения объема теплосмени объема механического нагруженияв случае использования опытного металла будет почти в 1,7 раз выше,что и предопределяет повышеннуюдолговечность работы отливки в целом.Размеры ячеек-(пустот) должныбыть строго определенными, равномерно распределенными в объеме. Величина ячейки газового пузыря обусловлена комплексом факторов, к основнымиз которых следует отнести размерпленки и особенности затвердеваниярасплава. Практически установлено,что использование пленки толщинойболее 0,1 мм для углеродистых расплавов приводит к образованию крупных пустот, способствующих резкомУуменьшению прочностных характеристик металла. Пленку толщиной менее0,005 мм с учетом условий хранениядроби наносить практически не .Удается. Состав пленки может быть различным. Для углеродистых сталей возможно нанесение окисной пленки, так какв процессе взаимодействия пленки ирасплава происходитреакцияС) + О = (СОг)г,в результате которой образуютсяячейки, заполненные газом СОг-СО,Для других расплавов пленкой могут быть любые соли (получаете,например, окунанием в расплав), разлагающиеся с выделением газообразного продукта, например азота, углекислого газа, хлора и т.д.На металлургическом заводе им,Ильича (г. Жданов) проведена опытнопромышленная проверка предлагаемогоспособа получения отливки при изготовлении мульд. Мульда - отливка,условно состоящая из двух объемов:корзина, работающая н услонияхЦНИИПИ Заказ 4685/8 теплосмен, и замок, работающий в условиях механического (иэгибного нагружения), Причем наиболее частые поломки мульд происходят именно по границе соединения этих частей.Разработан способ отливки мульд с вводом стальной дроби (ст. 35 л) с пленкой окислов железа толщиной.0,01-0,1 мм. Осуществляется равномерный ввод дробинок по мере поступления расплава в форму в количестве 2 от веса заливаемого металла. Изучение,макроструктуры показывает наличие в металле газовых пустот причем в массивных углах их было значительно меньше. Изготовлена опытная партия, которая прошла опытнопромяшленную проверку. Результаты испытаний показывают, что стойкость опытных мульд увеличинается в 1,5 раза.Использование способа получения отливок, объекты которых каждый н отдельности в процессе эксплуатации подвергаются воздействию циклических односторонних нагревов - охлаждений и механическим нагрузкам, по сравнению с известными способами снижает теплопередачу к границе сопряжения объемов с различным характером воздействия, уменьшает температуру в этом участке и соотнетственно снижает температурные напряжения, а также совместное действие температурных и механических напряжений. 1. Способ получения отливок,включающий заливку сплава н литейнуюформу и введение в него микрохолодильников размером 0,5-5 мм в количестве 0,5-3 от веса заливаемого сплава, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы отливок, на микрохолодильники пРедварительно перед введением их в сплав наносят пленку толщиной0,005-0,1 мм из материала, разлагающегося при взаимодействии с залинаемым сплавом с выделением углекислого газа, азота или хлора.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что на микрохолодильники наносят окислыжелеза.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Рыжиков А.А, и Гаврилин И.В. Расчет и применение суспензионной разливки. Журнал Литейное производство, 1970, 9 8, с. 11.2. Светлов П.Ни др. Свойства стальных отливок при суспензионном методе литья. Сб. Литейные свойства сплановф. Киев, изд-во ИПЛ АН УССР, 1972, с, 136-137,