Способ получения отливок

МЬнтнь 4 кв А ссо 1 пз ная Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 29.08.77 (21) 2 02 В 22 1) 27/20В 22 О 7/06 вки Мо с присоединением Государственный СССР по дел ам нзоб н открытмитет 3) Приоритет Опубликовано тен 53) УДК 621,.58(08879 Бю ллетень Йо 39ния 251079 Дата опубликов ия опис ириевский, А С. КорниенкоГуба и С, Т,Аленкевич, В, Лепорскиискановский) Заявитель институт проблем литья АН Украинской ССР ЛУЧЕНИЯ ОТЛИВ СПОС 2) АВТ 01 ЪЫ В. А, Ефимов, В. А. ИЗОбрЕтЕния В. И. Чайковский, А Н. К. Пащенко, В. АИзобретение относится к области ,литейного производства, преимущественно к изготовлению деталей металлургического оборудования, и может быть использовано при изготовлении отливков подвергающихся воздействию термоциклических и механических нагрузок, например, мульды мартеновских печей,Технология получения таких отливок предусматривает изготовление фордова и заливку в неерасплава, например стали. В последнее время с целью устранения литейных дефектов усадочного происхождения и повышения механических свойств металла при эалиэке непосредственно в форму вводят микрохолодильники - стальнуюили чугунную дробь (11.Отливки, получаемые суспензиониым методом (с вводом в жидкий металл микрохолодильников с соблюдением требований чистоты их поверх ности от окислов), характеризуются повиоенными механическими свойства" ми в связи с благоприятным влияниемохолодильников на процесс крисизации расплава, . Способ полуя отливок с вводом в расплав охолодильников - железного порощка, например, марок ПЖК, ПЖК,или металлической восстановленнойдроби со свободной от окислов поверхностью, позволяет получать качественную структуру металла с механическими свойствами, приближающимися к свойствам деформируемого металла. Несмотря на это повысить длительность эксплуатации отливок, работающих в условиях теплосмен, неудается..Известен также способ получениястальных отливок с вводом или заливке форме железного порошкаПЖК (2. При этом достигаетсяувеличение плотности отливок, приближающейся к значению этого показателя для поковок и проката.Однако суспензионный способ полу 20 чения отливок, один из объемов которых в процессе эксплуатации подвергается циклическим нагревам и последующим охлаждениям, а другой - механическим воздействиям, не обеспечивает повышения долговечности отливок,Как правило, объемы деталей, подвергающиеся значительным механическим нагрузкам, конструктивно выполняются достаточно массивными, сбольшим запасом прочности, в то время как для объемов, работающих в условиях теплосмен, это является прогивопокаэаниьм.В процессе теплосмен в связи сбольшими градиентаМи циклйческихтемператур в объеме детали возникают термические напряжения, приводящие к короблению, образованиютрещин и дальнейшему интенсивномуих развитию до браковочных пределов.Термические напряжения, превиаающиепределы прочности материала, ускоряют разрушение детали . Наиболее чувствительными к разрушению являютсяграница сбпряжейия массивйых и тонкостенных объемов деталей (в этихучастках на материал воздействуютне только термические и механическиенай 6 бкения каждые в отдельйости, нои совместно) . Несмотря на высокоекачество металла, достигаемое вводом микрохолодильников со свободнойот окислов" поверхностью, трещинытермического характера на упомянутой границезарождаются и "распространяются вглубь материала почти стакой же скоростью, как и в металлебез ввода микрохолодильников, Основной причиной такого поведения материала является сохранение на томже уровне значений теплопроводностии коэффициента линейного"расйиренйяматериала и соответственно уровнядействующих термических напряжений.В этих условиях возникающие термические трещины, являющиеся надрезами - концентраторайй напряжений иинтенсивно развивающиеся до браковочных пределов, быстро выводятдеталь из строя.Целью изобретения является повышение срока службы отливок за счетуменьшения температуры, возникающейв процессе теплового воздействия приэксплуатации на границе сопряженияобъема, подвергающегося воздействиютеплосмен, с объемом, подвергающимся воздействию механических нагрузок. в .Поставленная цель достигается тем, - "-"что используют микрохолодильййки свнутренними пустотами заполненнымиинертным или восстановительным газом, Эти микрохолодильники при вводев жидкий металл расплавляются, а содержащийся в их пустотах инертный иливосстановительный газ уносится жидким металлом в Форму. Поскольку микрохолодильники вводятся в жйдкийметалл равномерно, это приводит к равномерному распределению в жидком металле газовых объемов-ячеек,запол ненных инертным или восстановительным газом, В участках отливки с тонкой стенкой металл в форме быстро:затвердевает и образующиеся газовыеячейки-пустоты фиксируютсяВ толстостенных участках металл длительноевремя находится в жидком состоянии"и газы в значительном количествуспевают выделиться, в результатечего металл в основной своей массезатвердевает монолитным.Таким образом металл тонкостенных участков детали, подвергающейсявоздействию теплосмен, затвердеваетс наличием газовых пустот-ячеек. По,О скольку теплопроводность такого металла значительно ниже, чем сплошнолитого, то на границу сопряженияобъемов тонкостенного участка с толстостенным тепнопередача резкоуменьшается, что, в свою очередь,ведет к сохранению повышенных прочностных характеристик металла. Приэтом создаются благоприятные условия для снйжения скорости зарождения и роста трещин, замедляется раз 20 рушение металла и, соответственно,длительность эксплуатации деталейвозрастает,П р и м е р . Изготовляют заготовки толщиной 30 мм, шириной 100 мм25 и высотой 1 б 0 мм (без учета высотыприбыли) из стали марки 35 Л, При изготовлении отливков в процессе заливки формы вводили микрохолодильникибез наличия в них пустот, а при из 3 О готовлении опытных - с наличием в" "микрохолодйльниках пустот, заполненных инертным газом (аргонсм) . Поверхность микрохолодильников очищали от окислов методом восстановления .35 Количество вводймых микрохолодильников - 3,5% от веса металла в форме,размер гранул микрохолодильников безпустот 0,5-3 мм, с пустотами - 4-5 мм.Пустоты в микрохолодильниках по 4 р лучали в, процессе распыления жидкойстали - крупные гранулы микрохолодильников,: как правило, при распылении образуются пустотелыми с наличием в пустотах инертного или восстановительного газа, применяемогопри распылении жидкой стали,Из металла отливок изготовлялиобразцы в виде стержней 10 мм ивысотой 150 мм. Один из концов образцов нагревали в шахтной электрик ческой печи с температурой в шахтеф1000 С и одновременно измеряли температуру концов образцов потенциометром с точностью + 5. На поверхностях нагреваемого и противополож 55 ного концов монтировали (приваривали)термопары из термоэлектродной проволокиф 0,2 мм хромель-алюмель.Проведенный эксперимент показал,что температура на поверхности образца, отлитого по предлагаемомуспособу почти,на 100 меньше, чемв сравнительном металле. Соответст вейййе"значения температур в сравнительном замере (при выдержке нагреваемого торца в печи в течение 180 с)692691 О=Л(-и 5 к)т -дтох КФормула изобретения 30 35 Составитель Т, КоролеваРедактор О. Колесникова Техред М.Петко Корректор Ю. Макаренко Заказ 6041/3 Тираж 945 П одписное ЦННИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5Филиал ППП фПатент, г, Ужгород, ул, ПроЕктная, 4 составили 840 С н 921 С. Это обуслов-лено уменьшением эффективного коэффициента теплопроводности металла,Последний может быть оценен по следующей формуле и в каждом конкретномслучае зависит от размера ячеек, ихравномерности и частоты распределе,ния: 3где - - градиент температурыс 3к Л- коэффициент теплопроводностип - число ячеек;Е - коэффициент равномерностираспределения ячеек;Б - площадь сечения тела;Я - усредненная площадь ячееЕстественно, что значения 8 при840 С и эВ при= 921 ОС существенно различны, Например, для стали СтЗОЛ (0,26 С),б,- С = 840 С составляет 6, 7 кг/мм,а при 6 в" 1 = 921 С - 4,3 кг/мм 2, Естественно, что исследуемая способность металла в зоне соединения объема теплосмен. и объема механического нагружения в случае использования опытного металла будет почти в 1,6 раза выше, . что и предопределяет повышенную долговечность работы отливки в целом,Как сказано выае, размеры ячеек (пустот) должны быть строго определенными, равномерно распределенными в объеме. Величина ячейки газового пузыря обусловлена комплексом факторов к основным из которых следует отнести температуру заливаемого металла, особенности эатвердевания его, а также количество вводимых микрохолодильников с газовыми пустотами, Наиболее благоприятные условия для сохранения введенных в жидкий металл объемов газа создаются при невысоких перегревах жидкого металла над ликвидусом (50-60 С)/ а также при ускоренной кристаллизации жидкого металла, что имеет место в песчаной форме при наличии тонких стенок в отливке. Чем больше перегрев жидкого металла и больше масса металла, .тем больше времени ме" талл находится в жидком состоянии,благодаря чему вводимый газ успевает вы-делиться. Повышение количества вводимых микрохолодильников с газовыми пустотами ведет к увеличению количества газовых пустот в металле.Использование предложенного способа получения отливок, объемы которых каждый в отдельности в процессе эксплуатации подвергается воздействию циклических односторонних нагревов-охлаждений и механическим нагрузкам обеспечит по сравнению. с известнМчи способами следующие преимущества: снизит теплопередачу к границе сопряжения объемов с различным характером воздействия, уменьшит температуру в этом участке и соответственно снизит температурные напряжения, а также совместное действие температурных и механических напряжений. Экономический эффект по металлургическому заводу им, Ильича (г. Жданов) составляет 100 тыс. руб. Способ получения отливок, включающий заливку в литейную форжу жидкого сплава и введение в него микрохолодильников, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьвения срока службы отливок в условиях переменных тепловых нагрузок, микрохолодильники используют с внутренними пустотами, заполненными инертным или восстановительньак газом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Рыжиков А.А 1, Гаврилин И. В. Расчет и применение суспензианной разливки, Литейное производство, 1970 Р 8, с. 11.2. Светлова П . Н. и др. Свойства стальных отливок при суспензионном методе литья Сб, 1 Литейные свойства сплавов, ИПЛ АН УССР, К., 1972, с. 136-137.