Способ обработки металла в литейной форме

(51) В 27/2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нипрнус. сттеНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР369976, кл. В 22 Р 13/00, 1973.2. Авторское свидетельство СССР444606, кл. В 22 0 27(18, 1974.3. Патент США3851700,кл, С 21 В 15/02, опублик. 03.12.74.4. Дибров И, А. и др. Модифицировае чугуна в литейной форме. Технологияоизводства, научная организация трудаправления, вып. 2, М., НИИМАШ, 1978,3 Новые процессы литейного производ - Материалы Всесоюзной научноческой конференции в Харькове. М., МАШ, 1967, с. 294.(54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ, включающий введение реагента для обработки в реакционную камеру литниковой системы через дополнительный стояк и последующую заливку расплавленного металла, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей обработки металла в литейной форме, реагент в реакционную камеру вводят в расплавленном виде, а заливку металла производят при температуре реагента, превосходящей температуру его солидуса на 20 С, но не превышающей более, чем на 300 С температуру ликвидуса реагента.40 45 50 55 1Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении литых заготовок из черных и цветах металлов и сплавов.Известен способ легирования сплава при центробежной отливке заготовок жидкой добавкой, включающий одновременную заливку в изложницу основного и легирующего сплава, причем при заливке первой трети основного сплава заливают 1,2-1,6% добавки от веса основного сплава, при заливке второй трети 0,7-0,9/, и при заливке последней трети 0,2-0,4 1.Такой способ применим для получения толстостенных заготовок при центробежном литье. При литье тонкостенных заготовок из-за быстрой кристаллизации заливаемого металла в изложнице требуется равномерное дозирование добавки, что не предусмотрено режимами, известного способа и весьма трудно осуществить вследствие малых объемов вводимой добавки, Это приводит к усилению химической и. структурной неоднородности в отливках.Для литья в песчаные, металлические и другие формы данный способ ограниченно применим, так как требует применения сложного дозирующего оборудования,Известны также способы обработки жидкого металла в литейной форме твердыми добавками, используемыми в виде специальных вставок, которые помещаются непосредственно в рабочей полости литейной формы, и нагреваемыми перед установкой до температуры 200-300 С, или в виде компактных кусков размером 20-40 мм, или в виде прессованных из частиц 0,05-1,0 мм фасонных изделий: шаров, дисков и т.д., или в виде частиц 1-12 мм, которые устанавливают или помещают неподогретыми в реакционной камере литниковой системы 2, 3 и 4.Однако при обработке малых доз металла для мелких отливок не хватает запаса времени и тепла потока для растворения реагента. Повышена загрязненность обрабатываемого металла .окислами, покрывающими поверхность частиц реагента, что приводит к снижению прочностных и пластических характеристик металла отливок. Невозможна обработка реагентами, температура плавления которых выше температуры плавления обрабатываемого металла,Кроме того, реализация способа требует проведения специальной подготовки реагента дробления,рассева на фракции, взвешивания, прессования и т.д., что существенно удорожает производство.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ обработки жидкого металла, при которому добавка реагента в твердом виде (пруток или стержень) 5 10 15 20 30 35 вводится в реакционную камеру через додолнительный стояк 5.Такой способ позволяет снизить загрязненность обрабатываемого металла, повысить качество литья, и за счет оптимальных конфигураций (размеров) подготовленной добавки и ввода ее через дополнительный стояк повысить разномерность распределения добавки по объему обрабатываемого металла.Недостатками данного способа является неравномерность распределения добавки по объему отливки, особенно первых порций заливаемого металла; необходимость перегрева заливаемого металла, невозможность обработки добавками (реагентами)с температурой плавления выше, чем у заливаемого металла, необходимость усложнения процесса за счет изготовления добавок в виде специальных изделий и, вследствие этого, удорожание отливок.Цель изобретения - расширение технологических возможностей обработки металла в литейной форме реагентамн, вводимыми в реакционную камеру литниковой системы.Указанная цель достигается тем, что согласно способу обработки жидких металлов в литейной форме, включающему введение реагента для обработки в реакционную камеру литниковой системы через дополнительный стояк с последующую заливку расплавленного металла, реагент в реакционную камеру вводят в расплавленном виде, а заливку металла производят при температуре реагента, превосходящей температуру его солидуса на 20 С, но не превышающей более чем на 300 С температуру реагента. Верхний предел температурного интервала 1 ло+ 300 С обусловлен следующим положением. В случае обработки алюминиевого сплава с 4,8 о/о Си; 0,8 о/оМп (температурный интервал плавления б 52-550 С) лигатурой А 1-Т 1 (-2,0 о/о Т 1, 1 лкю = 980 С) перегрев на 300 С соответствует температуре 1280 С. Это обусловлено необходи мостью обеспечения однородного состояния реагента, так как при меньших перегревах не разрушаются комплексы Аз Т 1,которые неравномерно распределяются в обрабатываемом сплаве, кристаллизуются в виде пластин и резко снижают механические свойства металла в отливках (например, для сплава А 1 19 поб с 34,0 кгс/мм до 8,0 кгс/ммф, а по б - с 4,0/о до 0,2/о)Нижний предел температурного интервала 1,опндуо +20 С определяется следующим. Эта температура должна быть отнесена к наиболее холодной точке - на границе с поверхностью реакционной камеры (имеющей градиент температур от поверхности к центру камеры не должен влиять на агрегатное состояние реагента) для слу1057181 Показатели механических свойств, средние значения по трем плавкамЪ 4,0 21,0 4,5 54,0 16,0 23,0 6,0 18 0 26 0 8 6 55,0 Жидкая лигатура 58,0 59,0 3чая использования добавки в двухфазном (твердо-жидком) состоянии. Перегрев выше температуры солидус на 20 С выбирают на основании оценки погрешностей, применяемых в производственных условиях средств измерения температуры (термопар) с гарантией получения реагента в твердо- жидком состоянии. Использование реагента в твердом состоянии приводит к понижению эффективности обработки металла. Такой вид обработки предпочитают в случае 10 модифицирования для получения мелкозернистой структуры, когда плотность реагента существенно меньше, чем у обрабатываемого металла, или количества (масса реагента мало, или обрабатываемый металл имеет значительно более высокую температуру плавления по сравнению с реагентом.На чертеже изображен один из возможных вариантов выпоинения предлагаемого способа.20Момент начала взаимодействия потока обрабатываемого металла 1 с реагентом 2, Этому моменту предшествует введение реагента в расплавленном состоянии в реакционную камеру 3 через воронку 4 и стояк 5, охлаждение реагента в реакционной камере до необходимого интервала температуры, перекрытие дополнительной литниковой системы грузом 6. Обрабатываемый металл поступает в реакционную камеру через заливочную чашу 7, стояк 8, шлакоуловитель 9 литниковой системы. После взаимодействия с реагентом металл через шлакоуловитель 9, питатель 10 и отводную прибыль 11 поступает в рабочую полость литейной формы 12.Пример 1. Опытные формы изготовляют по -сырому. Отливки представляют собой пробы в виде прямоугольного бруска размерами 40 х 126 х 250 мм. Реагент-жидкую лигатуру А 1 -Т 1 (2,0% Т 1, 1 ли а = 980 С) температурой 1280 С через дополнительный Необработанная сталь 58,0 Твердые частицы лигатуры 1-6 мм 58,0 стояк заливают в реакционную камеру и сразу после этого заливают сплав А 1 19 в литейную форму. Параллельно заливают такие же пробы в реакционную камеру, в формы которых помещают ту Же лигатуру, подогретую до 200 С, в твердом виде.При обработке металла в форме по предложенному способу весь реагент усваивается, тогда как полного растворения частиц твердой лигатуры не происходит. В отливках, полученных по известному способу обнаружены комплексы А 1 Т 1, неравномерно распределенные в объеме металла и кристаллизирующиеся в виде пластин, которые не наблюдаются в отливках, полученных по предлагаемому способу. Это обстоятель- ство способствует снижению механических свойств металла отливок. Так, например, значение бв понижается с 34,0 кгс/мм до 8,0 кгс/мм, а 6 - с 4,0 % до 0,20/о. Пример 2. Опытные формы изготовляют по-сырому. Отливка представляет собой вертикально расположенный цилиндр диаметром 80 мм и высотой 250 мм (без учета высоты прибыли). Расплавленную железокальциймагнийкремниевую лигатуру температурой 1350 С вводят в реакционную камеру формы. В форму заливают сталь 45 Л при температуре заливки 1650 С. Для сравнения при той же температуре одновременно заливают формы, в реакционные камеры которых вводят твердые частицы размером 1-6 мм той же лигатуры. Часть форм заливают по серийной технологии без обработки металла.Исследование образцов металла отливок показывает, что сталь, обработанная в форме жидкой лигатурой, имеет мелкозернистую структуру и более высокие прочностные и пластические свойства, чем сталь, обработанная твердой лигатурой.Результаты исследования приведены в таблице.15Пример 3, Опытные формы изготовляют по-сырому. Отливка представляет собой плиту с размерами 8 х 200 х 400 мм. Расплавленный 75%-ный ферросилиций в требуемом количестве вводят в реакционную камеру формы. Жидкий ферросилиций охлаждают до перехода в твердо-жидкое состояние. Продолжительность охлаждения реагента до указанного состояния определяют экспериментально. По достижению температуры 1260 С (температура солидус используемого 75/,-ного ферросилиция 1240 С определена экспериментально) через литниковую систему температурой 1360 С заливают чугун химического состава, мас.%: углерод 3,55; кремний 2,55; марганец 0,45; фосфор 0,065; сера 0,028; магний 0,058. Параллельно заливают такие же формы с обработкой жидкого чугуна в них вкладышами, спрессованными из частиц 75%-ного ферросилиция, помещенными в верхней части стояка. Контролируют наличие непрореагирующего реагента и микроструктуру отливок.При обработке металла в форме по предлагаемому способу весь реагент усваивается металлом, тогда как полного растворения прессованного вкладыша достичь не удается. Микроструктура отливок, полученных при обработке по предлагаемому 0571816способу, однородная и не содержит цементных включений. При использовании известного способа наблюдается крупные цементные включения. Такая структура в реальных отливках приводит к снижению качества и увеличению брака литья, исправление которого связано со значительными дополнительными затратами. Различные варианты предлагаемого способа легко осуществимы и способствуют равномерному рас пределению реагента по объему отливок,повышая качество литья. Предлагаемый способ улучшает обработку первых порций расплава и повышает 15равномерное растворение реагента (добавки) в обрабатываемом металле при заполнении формы при минимальных затратах тепла. Обработка расплава жидкими и твердо-жидкими добавками расширяет возможности литейной технологии по обра ботке реагентами небольших порций расплава при литье мелких отливок, а также в случае, когда реагент имеет более высокую температуру плавления.Использование предлагаемого способаобработки металлов в литейной форме в условиях завода мощностью 5000 т чугун ного литья позволяет получить экономический эффект 19,5 тыс. руб. в год.Составитель В, Николаев Редактор М. Янович Техред И. Верес Корректор О. Билак Заказ 9443/ 3 Тираж 8 3 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4