Способ получения двуслойных отливок

(51)5 В 22 0 13/00 Е о,1969, М 4,с,незакристаллизванный чугун.Недостаткомповышенная склтрещин в отливкировать процреходной зоньине отливки. гул пе дл аемому йных от ательную ицу чугуна го и серого яв- липредлаг я двусло следов изложн рованно ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУСЛОЙНЫХОТЛИВОК(57) Изобретение относится к литейномупроизводству и может быть использованопри получении двуслойных отливок с износостойким наружным слоем, получаемымметодом центробежного литья, В изложницу с определенным термическим сопротивлением заливают белый легированный и Изобретение относится к литеиному производству и может быть использовано при получении двуслойных отливок с износостойким наружным слоем методом центробежного литья. Известен способ получения двуслоиных отливок методом полупромывки в стационарных металлических формах, включающий заливку белого легированного чугуна, выдержку расплава в форме до окончания кристаллизации наружного слоя отливки и последующую заливку через сифонную литниковую систему серого чугуна, вытесняюще из внутренней части отливок серый чугун. При этом соотношение скоростей заливки чугуна к белому легированному саста вля ет 1:(1,5 - 2), а содержа н и е кремния и хрома в белом легированном чугуне составляет 1:(1,0 - 1,2), Термическое сопротивление покрытия (С) выбирают из следующего эмпирического соотношения: С = (25 - 30) 10 А К/В, где А - содержание карбидообраэующих, В - содержание графитообразующих элементов в белом легированном чугуне, О, К - граавитационный коэффициент, Интервал между заливками чугунов (т) также выбирают из эмпирического соотношения: т= (0,35 - 0,45) СхахТ, где С - термическое со 2противление, м К/Вт; а - толщина слоя легированного чугуна, мм; Т - температура заливки легированного чугуна, К, Отливки, полученные предлагаемым способом, проявляют высокую эксплуатационную надежность. 1 табл,Од авшийся белый легиро- ) дданного способа является,00 онность к формированию х из-за невозможности реесс теплообвода, величину и их неравномерности поф Наиболее близкимляется способ полученивок, включающий пзаливку во вращаемуюдвух видов - белого легичугунов.Недостатком этого способа является повышенная склонность отливок к образованию трещин вследствие появления повышенных внутренних напряжений при формировании отливки,Цель изобретения - повышение качества отливки за счет снижения склонности металла отливки к трещинообразованию.Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему последовательную заливку чугуна двух видов белого легированного и серого, перед заливкой на внутреннюю поверхность вращаемой с определенной скоростью изложницы наносится сыпучий теплоизоляционный материал, обеспечивающий термическое сопротивление С, которое выбирается по следующему эмпирическому соотношению;С=(25 - 30)х 10 . ,м К/вт,-4, АК ггде А - содержание карбидообразующих элементов в белом легированном чугуне, О ;В - содержание графитообразующих элементов в белом легированном чугуне, %;К - гравитационный коэффициент, Данная зависимость отражает влияние элементов химического состава чугуна на формирование трещин в отливках, кристаллизующих в условиях интенсивного теплоотвода при наличии значительных динамических нагрузок (в изложницах центробежных машин); графитизирующие элементы в значительной мере способствуют повышению трещиностойкости отливок и при их дополнительном вводе в чугун необходимые эксплуатационные свойства отливок достигаются при наличии более интенсивного теплоотвода, т,е, при заливке чугуна в изложницы с меньшим термическим сопротивлением, в карбидообразующие элементы, наоборот, способствуют вследствие особенностей формирования структуры чугуна трещинообразованию в отливках и следовательно при их дополнительном вводе в чугун требуется ограничение теплоотвода в процессе кристаллизации чугуна, т.е, увеличение термического сопротивления теплоизоляционного слоя изложниц.Коэффициент К в указанной зависимости выбирается по известным соотношениям и зависит от размеров отливки, чем больше ее наружный диаметр и толщина, тем больше должен быть коэффициент К.Коэффициент 25 - 30 х 10 указанной зависимости учитывает конкретные технологические факторы осуществления способа; состав шихты, температуру заливаемого металла, степень вибрации машины и пр, Нижний его предел выбирается при наиболее55 ние напряжения за счет отсутствия переходной зоны и резкого изменения структур.Заливку слоя металла из белого легированного чугуна проводят со скоростью в 1,5 - 2 раза превышающей скорость заливки серого чугуна. При этом соотношении создаблагоприятных с точки зрения получения отливок без трещин условиях (низкая температура заливки чугуна, отсутствие вредныхпримесей в шихте, низкая вибрация маши 5 ны и пр.), а верхний предел - при противоположных перечисленным условиях.При термическом сопротивлении теплоизоляционного покрытия менее 25 х 10 .А Куказанная величина не обеспечиваеткомпенсации совокупного влияния факторов химического состава и гравитационногокоэффициента на величину внутренних напряжений в кристаллизующейся отливке,15 вследствие чего скорость отливки к трещинообразованию повышается, При термичеАКском сопротивлении более 30 х 10 фВкачество отливки снижается вследствие20 снижения твердости наружного слоя.Интервал между заливками двух видовчугунов (наружного слоя и внутреннего) определяется исходя из следующего эмпирического соотношения:25 т= (0,35 - 0,45) хС а Т, с,где С - термическое сопротивление теплоизоляционного покрытия, м К/Вт;а - толщина наружного слоя белого легированного чугуна, мм;30 Т - температура заливки белого легированного чугуна, К,Такой интервал обеспечивает надежноесваривание двух слоев чугуна и получениеминимальной(1 - 2 мм) переходной зоны, что35 способствует снижению напряжений в отливке и уменьшению ее склонности ктрещинообразованию, Коэффициенты 0,35-0,45этого выражения выбирают в зависимостиот параметров чугуна второго слоя - его40 температуры и степени легированности:чем ниже температура чугуна второго слояи чем выше степень его легированности, темменьше должен быть этот коэффициент,При интервале менее 0,35 С а Т про 45 исходит увеличение переходной зоны засчет перемешивания двух видов чугунов, чтоприводит к снижению качества металла,уменьшению слоя белого легированного чугуна, что в свою очередь повышает склон 50 ность этого слоя к трещинообразованию,При интервале между заливками более 0,45.С а Т не происходит сваривания слоев обоих видов чугуна, увеличиваются внутренются условия нарастания твердой фазы залитого металла и увеличения тепловых нагрузок на закристаллизовавшийся металл, который не создает критических напряжений по толщине отливки. При отношении скоростей менее 1,5 - 2,0 напряжения в отливке возрастают настолько, что возникают горячие трещины,Получение качественной без трещин отливки способствует химический состав белого чугуна (легированного) с соотноцением содержания кремния и хрома 1,1 - 1,2, При соотношении более 1:1,2 сказывается сильное карбидообраэующее действие хрома, в структуре чугуна формируются крупные включения структурно-свободных карбидов и карбида-фосфидной эвтектики, повышающих хрупкость металла и в предлагаемых условиях приводит к повышению склонности к трещинообразованию отливки. При соотношении менее 1:1 в структуре чугуна появляются включения графита, которые за счет увеличения предусадочного расширения способствуют увеличению напряжений в металлической матрице белого чугуна.При выполнении способа очень важным является соблюдение всех предлагаемых параметров, так как их положительное влияние на получение качественных отливок без трещин возможно только в их взаимосвязи.П р и м е р. Чугун обоих видов выплавляли в индукционных печах промышленной частоты. Химический состав белого легированного чугуна, %; углерод 3,5, кремний 0,4; марганец 0,4, хром 0,4, фосфор 0,5; сера 0,02; никель 2,0, Перед заливкой изложницу приводили во вращение на центробежной машине с горизонтальной осью вращения, Скорость вращения соответствовала гравитационному коэффициенту, равному 70. Затем наносили на ее внутреннюю поверхность сыпучее теплоизоляционное покрытие из кварцевого песка и цирконового концентрата.Величину С термического сопротивления выбирают исходя из приведенного выше соотношения;27 Х 10 0,4 Х 70 - 0 0118 2 К/В(3,5 + 0,4 + 0,5 + 2,0)Необходимую толщину покрытия определяют по формулеХ 1 Х 2С =-+ - ,Х 1, Х 2 - толщины песка и цирконового концентрата, м; Л 1, Л 2 - коэффициенты теполпроводности песка и цирконового концентрата,Вт/мК Л 1 = 0.,324, Л 2 = 0,512.Исходя из химического состава белого5 чугуна и принятой величины гравитационного коэффициента требуемое термическоесопротивление составляет 0,0118 м К/Вт.Подставляя значения С,Л 1, Лг, подбираем толщину теплоизоляционного покрытия,10 Она составит 2 мм песка, 2 мм цирконовогоконцентрата. При а =55 мм, т= 0,4 х 0,01 х 55 хх 1700 = 380 с.Белый легированный чугун заливалипри 1700 К со скоростью 15 кг/с. Через 380с после заливки белого чугуна заливали серый чугун со скоростью заливки 10 кг/с,После окончания кристаллизации изложницу останавливали, извлекали из нее отливку,Качество отливки оценивали по наличию20 трещин на поверхности отливки, а также натемплетах.Результаты серии отливок с различными параметрами представлены в таблице,Как следует из приведенныхданных, применение предложенного способа обеспечивает получение отливок без трещин с высокимкачеством металла наружного слоя, обуславливающем их высокую эксплуатационную надежность,Формула изобретенияСпособ получения двуслойных отливокпреимущественно во вращающуюся изложницу, включающий нанесение на изложницупокрытия и заливку в нее белого легированногоисерогочугунов,отличающийсятем, что, с целью повышения качества отливок за счет снижения их склонности к трещинообразованию, заливку чугуновосуществляют с разными скоростями, соот 40 ношение которых составляет 1;1,5-2,0, присоотношении содержания кремния и хромав белом легированном чугуне 1;1,0-1,2, покрытие используют с термическим сопротивлением С, которое определяют из45 следующей зависимости;С = (25 - 30)х 10где А - содержание карбидообразующих;В - содержание графитообразующихэлементов в белом легированном чугуне, О/о,К - гравитационный коэффициент,а интервал т между заливками чугунов выбирают из следующей зависимости;т= (0,35-0,40) С а Т,где С - термическое сопротивление, м К/Вт;га - толщина слоя легированного чугуна,мм;Т - температура заливки легированногочугуна, К,1733186 Коэффициент интервала между Наличиетрещин Коэффициент термического сопСпособ ротивления, заливками т,С,м К/Вт с 1,4 Да 69 Прототип Предлагаемый1,5 1,8 2,0 1,0 1,1 1,2 0,35 0,40 0,45 Нет 72 75 74 25 27 30 Запредельные значе- ния 0,9 1,3 1,2 2,2 0,30 0,47 72 60 Да 22 32 10 15 20 25 30 Составитель И,Куницкая Техред М,Моргентал Корректор М.Кучерявая Редактор А,Долинич Заказ 1626 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Соотношение скоростей заливкиобоих чугунов Соотношение содержания кремния и хрома в легированномч г не Твердость наружного слоя из белого чугуна по Шору