Способ получения биметаллических трубчатых изделий

69) 0),СОЮЗ СОВЕТСКИХ:СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 359ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДП.:ЛЬСТВУ ющи й сяшения качествметалл постепферного до эадзависимости ем, что, с целью повы; изделия, давление на нно повышают от атмос. анного по следующей Т, - Т ос, Н.А. Макна Трудовургичес(21,). 3357153/22-02(71) Днепропетровский ордего Красного Знамени металлкий институт, ЧЕСКИХ ТРУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИЙ,щий заливку металла внутрев зазор между стержнем и тновой изделия и наложениена металл в процессе его кэации и охлаждения с одновизвлечением стержня, о т л ьство СССР 1973. тво СССР1978, БИМЕТАЛЛИ- включаюннего слоя вердой ос-. давления ристаллиременным ичапи. о.с. .Р.=щ 1 где Р - текущее давление на металлвнутреннего слоя, бар; а - размерный эмпирический ко-эффициент, бар; Т. текущая температура свободг 1 ной торцовой поверхности внутреннего слоя изделия,К; Т- температура плавления ме-талла внутреннего слоя, "К; Т - температура окружающей средык Кк йТ - температура перегрева заливаемого металла, К.Изобретение относится к литейномупроизводству, а именно к производству крупногабаритных массивных биметаллических трубчатых изделий.Известен способ производства литых трубных изделий, включающий за"ливку расплавленного металла внутреннего слоя в твердую основу иэделия, его кристаллизацию на стержне и последующее извлечение последнего 1.Недостатком способа является невысокое качество металла литого слоя,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является 15способ получения биметаллическихтрубчатых изделий, включающий заливку металла внутреннего слоя взазор между стержнем и твердой основой; его кристаллизацию и извлече Оние стержня, причем к одному из торцов стержня прикладывают давленйе15-30 кбар с одновременным приложением противодавления к второмуторцу стержня. Такой способ обеспечивает плотное соединение слоев иулучшение удаления стержня 2 .Недостатком известного способаявляется возможность выдавливания металла высоким внутренним давлением восевом направлении вследствие бо- ЗОбольшой величины последнего с однойстороны и недостаточной толщиныкорочки затвердевшего металла наторце иэделия к моменту приложения давлений с другой стороны, 35Цель изобретения - повышение качества изделия.Поставленная цель достигается темчто согласноспособу, включающему залиВку металла Внутреннего слоя В 40зазор между стержнем и твердой основой изделия и наложение давленияна металл в процессе его кристаллизации и охлаждения с одновременным извлечением стержнем, давлениена металл постепенно повышают от атмосферного до заданного .по следую"щей зависимостиТ.-Т1 О,с,(1)р ПЛ. ОС,где Р - текущее давление на металл:внутреннего слоя, бар;а - размерный.эмпирический коэффициент, бар,55Т. - текущая температура свободной торцовой поверхностивнутреннего слоя, К;Т - температура плавления ме 6 Л.талла заливаемого слоя, К;Т - температура окружающей срео,с,ды, КдТ - температура перегрева залива 1емого металла, К.При извлечении стержня освобождаемая внутренняя полость иэделия за- у полняется рабочей жидкостью под высоким давлением и окончательное охлаждение металла и формирование структуры сердцевины происходят в условиях "распрессовки" залитого слоя. Воэдей. ствие высокого гидростатического давления обеспечивает качественное сцепление слоев и сопровождается незначительной пластической деформаци." ей за счет уменьшения толщины залитого слоя ( закрытие микротрещин, пор, газовых раковин). Совместное, действие высокого гидростатического давления и деформации способствует получению плотной беэдефектной отливки.В момет, когда толщина затвердевшей корочки металла невелика, по. является опасность выдавливания торцовбй стенки залитого слоя или даже растрескивания торцовой поверх,ности и "выстреливания" жидкой серд,цевины залитого слоя, поэтому величину прикладываемого давления повышают постепенно, в обратной зависимости от температуры свободной торцовой поверхности внутреннего слоя, т.е. по мере увеличения тол шины корочки у торцовой поверхности.Эмпирический размерный коэффициент ь по физическому смыслу представляет собой. максимальное давление, которое прикладывают к.внутренрему слою в момент его полного эатвердевания и остывания до температуры окружающей среды (Т То и Р а). Характер изменения величйны давления от атмосферного до высокого гидростатического, численно равного а, в виде степенной функции выбран на основе статистической обработки экспериментальных данных по графикам, соответствующим оптимальному характеру изменения давления.На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - график, построенный по полученным в ходе испытания устройства экспериментальным данным.Устройство для осуществления способа состоит из контейнера 1 вы- . сокого давления. В верхней части контейнера 1 установлена крышка 2 и по его оси выполнено цилиндрическое отверстие, в котором закреплен стержень 3 с набором уплотнительных элементов 4. Стержень крепится и центрируется в крышке контейнера через промежуточную втулку 5 и связан с механизмом 6 создания противо- давления. Между крышкой 2 и телом . контейнера 1 установлены уплотнения 7 и в контейнер залита рабочая жидкость 8. Крышка контейнера со стороны, противоположной полости контейнера, снабжена фланцем 9 и губками 10 для крепления наружной втулки 111014647 3изделия. К затвердевшей корочке ме- вным давлением Р , прикладываемым талла на свободной торцовой поверх- к нижнему торцу стержня, к второму ности залитого слоя приложена кон- торцу стержня прикладывается усилие тактная термопара 12, которая через противодавления Рд . В конечной стапокаэывающий прибор:13, усилитель 14, дии процесса, посЪе полной кристалли преобразователь 15 сигналов и ис зации залитого слоя, давление Р сбра. полнительный механизмсоединена сывается для предотвращения явления с компрессором 17 нагнетания рабо- выстреливания и окончательное извлечей жидкости 8 в полость контейне- чение стержня производится механическим ра 1 воздействием со стороны механизма 6, ра, .Способ осуществляется следующим 10 П р и м е р. Способ опробован образом. при производстве заготовок бимеДо начала процесса во фланцах 9 таллических бандажей размером 450 ф крышки 2 устанавливается твердая ос- ЮООк 10 мм, Внешний слой размером нова многослойного изделия, которая 450 М 100 мм представляет собой чугун- .крепится к крышке 2 контейнера губ ную литую трубу (450 к 100 мм), внутками 10. Фланцы позволяют выставитв ренний слой ( д"= 10 мм) вынолняйт наружную втулку строги по оси уст- . из заливаемого по предлагаемому ройства . исключая ее радиальное сме- способу свинцового баббита марки1щенке .по ходу процесса, чем обеспе- = Бб (Тйр 780 К). Заливку осущестчивается минимальная разностенность О вляют на лабораторной устаиовке готового изделия. Затем строго по (Фиг. 1). В ходе исследований варьи 20оси контейнера 1 через промежуточную руют скорость нагнетания давления втулку 5, запрессованную в крышке .в полость формы, т.е. изменяют веконтейнера, устанавливается стер ,личину коэффициента сс, входящего в жень 3 заданного диаметра с набором .;Формулу (1 ). Как установлено в ходе уплотнительных элементов 4, которые. 25.исследований, оптимальная величина .предотвращают проникновение рабо" одля данного случая находится в ,чей жидкости 8 в полость изделия до пределах о = 30+1 кбар, Если.й боль" начала процесса и прорыв жидкости ше указанной величины, имеет место при обработке внутреиней поверхнос- растрескивание свободнойторцовой ти. После заливкй в контейнер раба поверхности иэделия, если с меньше чей жидкости устройство подготов- , указанного значения, снижаются проч- лено к осуществлению процесса. ностные свойства внутреннего слоя.Так, при с = 30 кбар предел прочноеЗатем в Форму, образованную наруж- ти внутреннего слоя 6 = 110. МПа, при ной втулкой изделия и стержнем 3, за-З 5 о: 28 кбар 6 = 100+2 МПа, при ливается жидкий металл сердцевины 18 о = 10 кбар бз = 92+2 МПа. и нанивается его кристаллизация на В начальный момент времени, срастержне. К моменту образования на эу же после заливки металла внутрен- свободной торцовой поверхности вали него слоя, к внутренней поверхностого внутреннего слоя металла твер- ти не прикладывают давления, что выдой корочки к последней приклады-О текает из величины показателя стевается контактная термопара 12, ко-. пени, стремящегося к нулю при Т,.торая через показывающий прибор Т+дТ показатель степени получим ЖВ, .Жа, ,Я 15 " 1,; Т,щ в, ,сигналов, исполнительный механизм 16 Т- Т +аТ ф ф1 и" о - О, и следоваи компрессор 17 изменяет давление в 45 тельно, р =1 кбар. При остыванииполости контейнера 1 в зависимости залитого слоя металла, т.е. при сни- от температуры корочки металла. женин Т. величина дроби в показафПо мере охлаждения металла залитого ,теле степени начинает уменьшаться, слоя лреобразователь 15,сигналов например при достижении Т;= Тп по- через исполнительный механизм 16 послучаем показатель степени равййй О, тепенно увеличивает давление в полос- следовательно, Р,1 кбар. При достити контейнера 1, Начинается, процесс женин температурой .Т: значения То, выдавливания стержня 3 до освобожде- т,е. при остывании изделия до тем" ния внутренней полости изделия. Дав- пературы окружающей среды, величиление во внутренней полости изделия 55 на р достигает своего максимально- увеличивается обратно пропорциональ- го .значения Р = а, так как покаэано температуре свободной торцовой по- тель степени равен 1. В данном слуверхности. залитого слоя, Таким обра- чае р;= 30+1 кбар. Изменение величйзом исключается возможность выдав- ны р в зависимости от изменения1,ливания свободной торцовой поверхнос. текущей температуры Т приведено на ти залитого слоя и увеличивается вы 60 фиг. 2, Например, при Т;,= 500 К, ход годного,. ос 293 К, Тпл, 780 К й а = 30 кбардля повышения эффекта уплотнения1.литого металла, обеспечения егоТ -Т необходимого качества и плотностир -., пл. о.,= 7,07 кбар . соединения слоев одновременно с осно ,3ф101.4 б 47 г 2 Составитель А. КТехред И.Гайду о В. Гирняк ор В. Петраш орре 3081/9 Тираж 813 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Иосква, Ж, Рауша Филиа ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,при Т= 700 К, Р; = 1,75 кбар;при Т= Т,780 К. Р; = 1 кбар,Изобретение позволяет повыситькачество иэделия эа счет предотвращения его выдавливания в осевом направлении. Годовой экономический эффект составит около58 тыся руба Подпискомитета СССРи открытийская наб., д.4/5