Способ получения отливок

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическиеРеспублик и 180418(23) Приоритет Гесудерстеенный комитет СССР по делам изобретений к открытий(53) УДК 621, .746,58 (088.8) Дата опубликования описали 18.02.81 гБ. А. Кириевский, С, Т. Плпскдттовскпй, А. В, В. И, Чайковский, Н. К, Пащенко, В, А, Губа 2) Авторы изобретени) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к изготовлению деталей металлургического оборудования, и может быть использовано при изготовлении отливок, работающих в условиях термоциклическМх и механических нагрузок, например мульд мартеновских печей.Технологический процесс получения таких отливок предусматривает изготовление формы и заливку в нее расплава стали. С целью устранения литейных дефектов усадочного ,чтроисхождения и повышеуи механических свойств металла в последнее время в процессе заливки формы в расплав вводят микрохолодильники - металлическую дробь. Металл таких отливок характеризуется повышенными механическими и служебными свойствами в связи с благоприятным воздет- ствием микрохолодильников на пропесс кристаллизации расплава. Например, ввод в расплав железного порошка марок ПЖК, ПЖК или восстановленной ем литья АН Украинско стальной дроби, имеющих чистую от окислов поверхность, позволяет получитЬкачественную структуру и механическиесвойства, приближатоцптеся к свойствамдеформируемого металла 1 ,Однако повысить длительность эксплуаташпт отливок, работающих в условияхтеилосмен, е удается.Известен сйособ получения стальныхотливок с вводом в расплав при заливкемульд микрохолодильников - железногопорошка ПЖК в количестве 1-2% 21.Несмотря на это повысить долговечность отливок, объемы которых работаютв условиях теплосмен и механическихнагрузок, не представляется возможным.Как правило, объемы деталей, испытывающих значительные механическиенагрузки, конструктивно выполняют достаточно массивными и с высоким запасом прочности. Однако массивность объемов противопоказана в случае эксплуаташти при теплосменах. При этом в связис высокими градиентами температур рЭО 50 объеме деталей возникают термическиенапряжения, зачастую ведущие к короблению, образованию трещин и дальнейшемуинтенсивному их развитию до браковочныхпределов, Превышение термическими напряжениями пределов прочности материалаускоряет разрушение детали. Наиболеечувствительными к разрушению оказываются участки сопряжения массивных итонкостенных объемов деталей, В этих 10случаях трещины термического характеразарождаются в первую очередь и распространяются вглубь материала практически с такой же скоростью, как и вметалле без ввода микрохолодильников,Основной причиной такого поведения материала является сохранение на том жеуровне теплопроводности и коэффициенталинейного расширения и, соответственно,уровня действующих термических напряжений,Цель изобретения -повышение срокаслужбы отливок за счет уменьшения напряжений, действующих на границе сопряжения толстостенного и тонкостенногообъемов, каждый в отдельности из которыхподвергается термическим и механическимзагрузкам.Поставленная цель достигается тем,что в способе получения отливок, преимущественно мульд мартеновских печей, включающем заливку расплавленного металла в форму и введение в него. микрохолодильников, в расплавленный металл дополнительно вводят окалину приобъемном отношении окалины н микрохоло- З 5дильников (ОЛ): 10,Окалина, смешиваясь с жидким металлом, разлагается и приводит к образованию ячеек - газовых пустот, равномернораспределяющихся в металле, Микрохолодильники, отбирая тепло от жидкого металла на нагрев ирасплавление приводятк образованию в металле центров крис-.таллизации и ускоряют его кристаллизацию, Наиболее быстро металл кристаллизуется в тонкостенных участках отливки.В этих участках расплав быстро затвердевает и образовавшиеся газовые ячейки-.пустоты фиксируются. В массивныхучастках металл длительное время находится в жидком состоянии и газы взначительном количестве успевают выделиться, в результате чего в массивных участках, подвергающихся механическим нагрузкам, металл затвердеваетмонолитным, Таким образом, металлтонкостенных участков деталей, подвергающихся воэдейс твко теплосмен, эатвердввает с наличием газовых ячеек-пустот,а массивных - монолитным.Поскольку теплопроводность металла с наличием газовых ячеек-пустот ниже, чем сплошнолитого, то на границе сопряжения тонкостенного и толстостенного объемов теплолередача резко уменьшается и прочностные характеристики сохраняются на высоком уровне. Создаются благоприятные условия для снижения скорости зарождения и роста трещин, замедляется, разрушение материала что ведет к увеличению длительности эксплуатации деталей.В опытном производстве изготовляют заготовки , ф 110 и высотой 160 мм (без учета высоты прибыли) иэ стали марки 35 Л, Отливки изготовляют с вводом микрохолодильников со свободной от окислов поверхностью (исходные) и с вводом тех же микрохолодильников и окалины. Количество введенных микрохолодильников составляет 3% от веса металла в форме, а размер гранул - 0,5-3 мм. Окалину вводят при объемном соотношении окалины и микрохолодильников О, 1: 10. Размеры зерен окалины находятся в пределах 0,2-1,5 мм, Иэ металла отливок изготовляют образцы в виде стержней10 мм и высотой 150 мм. Один из концов образцов нагревают в шахтной электрической печи с температурой в шахте 1000 С и одновременно измеряютОтемпературу концов образцов потенциометром с точностью ф 5%. Нв поверхностях нагреваемого и противоположного концов образцов приввривают горячие спаи термопар хромель - алюмель нз термоэлектродной проволоки0,2 мм, При этом установлено, что температура на поверхности опытного образца, отлитого из металла по предлагаемому способу с вводом окалины в объемном соотношении с микрохолодильниками 0,5: 10,Она 84 С меньше 1 чем температура на поверхности контрольного образца, отлитого из сравниваемого металла. При этом значения температур (при выдержке нагреваемого торца в печи в течение 180 с) для опытного и контрольного образцов равны соответственно 836 и 920 С, что объясняется уменьшениемОэффективного коэффициента теллолроводности металла, зависящего в каждом конкретном случае от размера ячеек, равномерности и частоты их рас.преломления.87 Характер распределения ячеек Площадьзанятая ячейка- ми, % Разница в температурах на конце опытного образца всравнении сисходным , С Темература конца образца, противоположного на греваемому, 0 С Количество введеннойокалины в объемномсоотношении с микрохолодильниками Неравномерю 1,6 903.0,05: 1.00,1: 10 Более рввномер, 4но 878 Рввномерпо 836 0,5: 10 5 804 1Значение этого коэффициента оцениваетсяпо формуле где дУ (Д х - градиент температуры:- коэффициент теплопроводности;П - число ячеек.( - коэффициент равномерности распределения ячеек;площадь сечения тела;5 - усредненная площадь ячеек..1От температуры зависят также и механические свойства образцов. Так, при различных значениях температуры Р различны и значения напряжений 6возникающих при деформациях. Например, для стали Ст 30 Л при температурах 836 и 920 С значения напряйений б0находятся в интервалах 6,8-6,9 и 4,3- 4,4 кг/мм соответственно, Таким образом, механическая ;прочность эксплуатируемых в различных условиях .(тепло- смен, механических нагрузок) изделий из металла, получаемого предлагаемым способом, повышается почти в 1,6 раза, что предопределяет повышенную долговечность работы отливки в целом.Как указано выше, размеры ячеек- пустот должны быть определенными и равномерно распределенными в объеме, Величина ячейки газового пузыря обусловлена комплексом факторов, к основным из которых следует отнести размер, вводимый с микрохолодильниками зерен окалины, и особенности затвердевания расплава. Практически установлено, что использование зерен окалины толщиной более 1,5 мм для углеродистых рас- плавов приводит к образованию , крупныхао газовых пустот, резко снижающих прочностные характеристики металла. Зернаокалины толщиной менее 0,2 мм не полностью попадают в метвлл, твк квк ониуносятся восходящими потоками газа,выделяющегося из металла, вращающегося в вихревой воронке, обязательно используемой при суспензионной заливке.При попадании окалины в жидкий металлуглеродистой стали протекает реакцияС 1 ж +0 .ок = СО,в результате которой образуются ячейки,заполненные В азом СО=СО, Количествовводимой окалины имеет важное значение также и для числа образующихся газовых ячеек, пх размеров и равномерности распределения, Так ввод недостаточного или избыточного количества окалины . ведет к образованию газовыхячеек в таком котцчестве, что цель изобретения не может быть достигнута. Впервом случае количество образовавшихсягазовых ячеек недостаточное, чтобы оказать существенное влияние нв изменениетеплопроводности стали и, следовательно существенно повлиять на служебные характеристикидеталей. Повышенное же количествоокалины приводит к возникновению большого числа газовых раковин и усиленному"вскипанию" металла. Опытным путем установлено, . что наиболееудовлетворительными пределами вводимой дополнительно окалины в объемном соотношении с микрохолодильниками является (О, 1"): 10, Результаты теплопроводности образцов с различным количеством введенной окалины совместно с микрохолодкльниками приведены в таблице.8044.87 Продолжение таблицы То же 11,2 1: 101,5: 10 804 Неравномерно 18,2вскипы, рако- вины(по известному способу) 920 Составитель Т. КоролеваТехред С,Мигунова Корректор Н. Григорук Редактор А. Гук Заказ 3.0768/16 Тираж 880 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская нвб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, наиболее удовлетворительньпли пределами ввода окалины в объемном соотношении с микрохолодильниками является (0,1-1): 10.Проведена также опытно-промышленная ф проверка способа получения отливок мульд емкостью 3,3 м с получением в объеме, работающего в условиях теплосмен, с газовыми ячейками-пустотами, Мульдв представляет собой лоток, работающий в условиях теплосмен, с одной из сторон кото- . рой выполнена замковая часть, работающая в условиях механического (изгиб- ного) нагружения, Наиболее характерной причиной выхода из строя мульд являет- Зй ся разрушение замковой части и границ 1 сопряжения замковой и лотковойчастей.,Разработан способ получения отливок мульд с вводом дроби из стали 35 Л с получением в стенах корзины газовых З 5 ячеек-нустот, при этом дробь вводят равномерно по мере заливки жидкой стели в форму в весовом соотношении 1: 50 с звливаемв 1 м металлом, Изучением макро- структуры устанавливаютявличие 40 газовых ячеек-пустот в лотковой области. Опытно-промышленной проверкой установлено также, что стойкость их в 1,5 раза увеличивается по сравнению с контрольными. 45Предлагаемый способ по сравнению с известньпци обеспечивает снижение теплопередачи" к границе сопряжения объемовметалла, подвергающихся каждый в отдельности воздействию механическихи термических нагрузок, и уменьшениетемпературы в этом участке и, следовательно действующих температурных напряжений, а также совместного воздействия температурных и механическихнапряжений, что позволит увеличитьдолговечность отливок в 1,5-2 раза. форм улв изобретения Способ получения отливок, преимущественно мульд мартеновских печей, включающий заливку расплавленного металла в форму и введение в него микрохолодиль-. ников, о т л и ч в ю щ и й с я тем, что, с целью повышения срока службы отливок, в расплавленный металл дополнительно вводят окалину при объемном отношении окалины и микрохолодильников (О, 1-1): 10. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРИо 416148, кл. В 22 0 7/00, 1974.2, Литейные свойства сплавов, Киев,ИПЛ АН УССР, 1972, с. 136-137.