Способ изготовления отливок в литейных формах по постоянным моделям

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) (П) 1) В 22 00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ 3503198/22-0203.09.8215.01.84. Бюл. 9 2Н.А.Кашуба, Н.С,Траваров, М.В.Ситкевич(21) (22) (46) (72) Б. И. венц КуВ.Е.Лискийамени бОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(71) Белорус ордена Трудового Красного Зн политехнический институт(53) 621.74,04:621.74,045(088.8 (56) 1. Патент США Р 3605856, кл. В 22 С 9/01, 1971.2. Авторское свидетельство СССР 9 113038, кл. В 22 С 7/02, 1958.3. Авторское свидетельство СССР В 925513, кл. В 22 С 1/02, 1979.4. Иванов В.К., Зарецкая Г.М. Литье и керамические формы по посто янным моделям. М., Машиностроение, 1975, с.8.(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ ПО ПОСТОЯННЫМ МОДЕЛЯМ, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой пре вышают размеры основной модели, отверждение, протяжку вспомогательной модели, нанесение слоя из суспензии с модифирующей добавкой, отверждение этого слоя, протяжку основной модели, выжигание летучихкомпонентов из отвержденного слоя,сборку полуформ, прокалку Формы,заливку, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности и чистоты отливок с поверхностно-упрочненным слоем, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, вкоторый заливают суспензию с модифицирующей добавкой для образованиямодифицирующего слоя с последующимего отверждением, протяжкой промежуточной модели, выжиганием летучихкомпонентов, прокалкой при 600-850и охлаждением до 17-22 С, а затемустанавливают с зазором полученнуюопорную полуформу с модифицирующимслоем на основную модель и в зазорзаливают керамическую суспенэию дляобразования защитного облицовочногослоя, который,отверждают, протягивают основную модель и прокаливают защитный облицовочный слой газовой горелкой, а после заливки сораиной формы металлом ее выдерживаюпри 850-1100 С в течение 0,5-4 ч.40 45 50 55 60 65 Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам изготонления отливок с поверхностно-упрочненным слоем и керамических формах, изготовленных по по" стоянным моделям.Известен способ изготовления Форм по разовым моделям, включающий послойное нанесение керамики, введение зернистого модификатора н поверхностный рабочий слой Формы и удаление модели 113 . При осуществлении известного способа на модель наносят слой суспензии пылевидного огнеупорного ма- териала н связующем, поверхность которого присыпают зернистым моди" фикатором, сушат и затем аналогично наносят остальные слои оболочки.Указанный способ целесообразно испольэонать для поверхностного модифицирования отливок при непо" средстненном контакте модификатора с распланом, н процессе которого не образуется газовой фазы. Процесс модифициронания протекает до момента образования литейной корочки, т.е. в жидком расплаве. При получении же понерхностно-упрочненных отливок, когда упрочнение происходит путем диффузионного переноса через газовую фазу, этот способ нецелесообразен,так как приводит к ухудшению чистоты поверхности отливок, к образованию газовых раковин, вследствие того, что при обсыпке добавка, обеспечивающая диффузию, пробивает тонкий слой суспенэии, взаимодействует с Расплавленным металлом, что приводит к ухудшению поверхности отливок, к снижению их точности, к необходимости повышения припусков на механическую обработку, в процессе которой снимается почти весь упрочненный слой. Известен способ изготовленияотливок из сталей, при котором, сцелью защиты отливок от окисленияи обеэуглерожинания, в состав керамической оболочки входят термореактивные смолы, разлагающиесяпри нагреве с образованием газов,не поддерживающих окисление, например СО, СО. Такие Формы имеюттри зоны: облицовочную, нейтральновосстановительную и корковую 2.Недостатком этого способа является то, что поверхность отливокпоражена газовыми раковинами, вследствие того, что газы начинают выделяться н оболочке до образованиялитейной корочки. Кроме того,наблюдается расслоение оболочкииз-за разнородности применяемыхсвязующих. 10 15 20 25 30 Известно, что для изготовлениялитейных форм по разовым и постоян.ным моделям применяют суспензию нагидролиэованном этилсиликате с отнердителем и модифицирующей добанкой.Отливки, полученные и таких литейных Формах, имеют чистоту поверхности 5-6 кл и глубину боридногослоя 50-100 мкм СЗЗ,Однако в известном способе добавка, обеспечивающая диффузию, находится в непосредственном соприкосновении с расплавленным металлом, игазы, выделяющиеся при ее окислении, могут поражать отливки газовыми раковинами. Даже при образованиитонкой литейной корочки образующиеся газы пробивают ее .или же влучшем случае прогибают, искажая геометрию поверхности отливки. В моментразложения модифицирующей добавки,обеспечивающей диффузию, происходитобразование борного ангидрида илегкоплавких боросиликатных эвтектик,которые заполняют имеющие поры нкерамике и делают облицовочный керамический слой гаэонепроницаемым.Поэтому газы, которые образуются приразложении и окислении карбида бо"ра. - СО, СО, не выходят через Форму, а проникают в отливку. Крометого, легкоплавкие эвтектики образуют химический пригар, а опланления на поверхности формы приводят к изменению геометрии поверхности.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления отливок в литейных формах по постоянным моделям, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отверждение, протяжку вспомогательной модели, нанесение слоя из суспенэии с модиФицирующей добавкой, отнерждеиие, протяжку модели, выжигание летучих из отвержденного слоя, сборку полуформ, прдкалку Формы и заливку. После выбивки отливки, полученные в Формах, имеют высокие точность и чистоту поверхности 143,Однако их поверхность имеет недостаточную твердость и износостойкость, что весьма важно для изделий, поверхность которых подверга.ется интенсивному износу в процессе эксплуатации. Упрочнение поверхностного слоя отливок путем модифицирования позволяет решить эти задачи без применения дорогостоящих и дефицитных легирующих материалов, используемых при объемном повышении прочности и иэносостойкости отливок.Целью изобретения является повы-шение точности и чистоты отливок споверхностно-упрочненным слоем.Поставленная цель достигаетсятем, что,согласно способу изготовления отливок в литейных формах папостоянным моделям, включающемуизготовление опорной полуформы повспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основноймодели, отнерждение, протяжку вспамогательной модели, нанесение слояиз суспензии с модифицирующей добавкой, отверждение этого слоя,протяжку основной модели, выжигание летучих компонентов из отверж- )5денного слоя, сборку полуформ, прокалку формы, заливку, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, вкоторый заливают суспензию с модифицирующей добавкой для образованиямодифицирующего слоя.с последующим его отверждением, протяжкой промежуточной модели., выжиганием летучих компонентов, прокалкой полуФормы при 600-850 ОС и охлаждениемдо 17-22 С, а затем устанавливают сзазором полученную опорную полуформу с модифицирующим слоем на основную модель и в зазор заливают керамическую суспензию для образонания30защитного облицовочного слоя, который отверждают, протягивают основную модель и прокаливают защитныйоблицовочный слой газовой горелкой,а после заливки собранной формы 35металлом ее выдерживают при 8501100 С в течение 0,5-4 ч. П р и м е р. В качестве опытной отливки выбирают вставку коночного штампа массой 36 кг, полученную литьем в комбинированных керамических формах по постоянным моделям на Минском тракторном заводе. По вспомогательной модели, увеличенной от носительно основной (рабочей) на 8 мм по всей поверхности, изготавливают опорную полуформу из шамотной смеси на жидкостекольном связующем по СО2 процессу. Далее проводят прокалку опорной полуформы при 900 С в течение 2 ч для стабилизации ее размеров. Охлажденную полуформу до 17- 22 ОС (возможно взять руками) устанав-. ливают на промежуточную модель, увеличенную относительно основной модели (рабочей) на 1-7 мм, и в образовавшийся зазор заливают суспенэию, содержащую модиФицирующую добавку, обеспечивающую диффузию и активатор диффузии (карбид бора и 60 фтористый натрий в отношении 9:1 соотнетственно) при следующем соот,ношении ингредиентов, мас.%:Гидрализованныйраствор этилсиликата 25 65Карбид бора 27фтаристый натрий 3Гелеабразователь2Огнеупорный нанапалнитель 43В качестве огнеупорного наполнителя используют кварцевый песок 1 КОА и пылевидный кварц ПКнепрокаленный в отношении 1;2 соответственна. Для приготовления гидрали" заваннога раствора этилсиликата используют этилсиликат марки 32 по МРТУ 6-02-415-67. В состав смеси входит технический карбид бора ГОСТ 5744-74, фтаристый натрий ГОСТ 4463-76. В качестве отвердителя суспензии используются 40-ный водный раствор триэтаноламина (ТУ 6-09-2442- 72). ПасЛе отверждения смеси промежуточную модель протягивают, выжигают летучие составляющие керамики, пракаливают форму в течение 1 ч приотемпературе 750 С, которая ниже температуры начала разложения модифицирующей диффундирующей добавки. Далее полученную полуфарму с модиФицирующим слоем устанавливают на основную модель и в зазор запрессанывают суспензию для получения защитного облицовочного слоя. Для повышения газопроницаемасти н состав суспензии вводят пенапалистирол (ГОСТ 20282-74) при следующем соотношении ингредиентов, мас.Ъ:Гидрализаванныйраствор этилсиликатаПенополистиралГелеобраэовательОгнеупорный напалнитель 75,0 22,5 0,5 2,0 Модифицирующий слой является промежуточным между опорной формой и облицовочным защитным слоем. Запрессовка такой суспензии позволяет получать облицовочные защитные слои толщиной до 2 мм, но не менее. Этим объясняется нижний предел толщины эащитнага облицовочного слоя, который выполняют толщиной 1-7 мм. При использовании з ашитного облицовочного слоя, толщиной более 6 мм, практически прекращается процесс переноса модифицирующей днффундирующей добавки к поверхности отливки и насыщение атомами бора. После отверждения защитнога облицовочного слоя и протяжки модели выжигают летучие составляющие керамики с одновременным прокаливанием газовой горелкой в течение 20 мин при условии, чта температура поверхности не превышается выше 700 СДалее форму собирают и заливают сталью 5 ХНМ. Через 30 с пос-. ле заливки формируется литейная корочка толщиной 8 мм, через этот жепромежуток времени слой, содержащий модифицирующую добавку, обеспечивающую диффузию, прогревается до 900"С, и начинается процесс переноса атомов бора к поверхности отливки (под воздействием атомов фтора образуются 5 борофториды, активно диффундирующие в поверхность отливки), Через 1- 2 мин после заливки форму устанавливают в нагревательную печь при 900 С, 1000 С, 1100 С, проводят вы" О держку в нагревательной печи 0,5;2; 4 ч, При этом формируется точная отливка с шероховатостью поверхности 4-5 классаВ структуре поверх" ностного слоя образуются высокотвер дые бориды железа и эвтектика. Снижение температуры прокалки защитного облицовочного слоя ниже 600 С приводит к неполному удалению летучих из" керамики, что вызывает появление 20 газовых дефектов на поверхности отливок. Превышение температуры более 850 С приводит к преждевременному разложению добавки, обеспечивающей диффузию, и к ок слению активных атомов бора, образовавшихся в процессе разложения. Выдержка залитых Форм в нагревательной печи при температуре ниже 850 С нецелесообразна вследствие практического прекращения диффузии атомов бора. Увеличение температуры более 1100 С сопровождается ухудшением качества поверхности отливок, вызванное оплавлением ее поверхностного слоя в результате растворения образовавшихся боридов 35 и увеличения доли легкоплавкой боридной эвтектики. Уменьшение време" ни выдержки залитых форм в нагревательной печи менее 0,5 ч приводйт к значительному уменьшению тол щины бористого слоя. Время выдержки более 4 ч нерационально, таккак практически не увеличивается толщина диффузионного слоя, После заливки жидкого металла в комбинированную керамическую форму с.промежуточным и защитным облицовочными слоями тепло, отводимое через стенки формы, прогревает защитный облицовочный слой керамики до темпера О туры 1300-1400 С в течение 30-40 с.Происходит образование прочной не- оплавленной литейной корочки толщиной 6-8 мм, способной выдержать газовое давление со стороны форвы. За это же время промежуточный облицовочный слой с модифицирующейдобавкой, обеспечивающей диффузию,прогревается до температуры началаразложения добавки и выше (900-1200 С)в зависимости от толщины облицовочного защитного слоя. Начинаетсчпроцесс разложения модифицирующейдобавки, обеспечивающий диффузию,с образованием активных атомов,которые путем переноса через газовуюФазу достигают Границы Форма-металл,адсорбируются на поверхности металла,и далее происходит процесс диффузионного насыщения затвердевшейповерхности отливки. Для увеличенияпродолжительности времени протекания процесса диффузионного насыщения Форма устанавливается в нагревательную печь при 850-1100 С. Темсамым обеспечивается проведениехимико-термической обработки отливок непосредственно в процессеФормирования отливки. использование,защитного облицовочного керамического слоя затормаживает процессыразложения диффундирующей добавкии возникновения газового давлениясо стороны формы до образованияпрочной литейной корочки, предотвращает возникновение газовых раковин, неровностей и прогибов на поверхности отливок за счет созданиягазовой диффузии через газопроницаемый облицовочный слой, изолир"ет поверхностный слой отливки отхимического взаимодействия с легкоплавкими эвтектиками, повышает точность и чистоту упрочненной поверхности Результаты металлографическихи технологических испытаний приведены в таблице, из которой следует,что предлагаемый способ 2-12, 14-18обладает преимуществами по сравнениюс известным по эффекту модифицирования толщине боридного слоя),чистоте поверхности отливок и ихточности,Реализация изобретения позволяетполучить экономический эффект неменее 200 р/т стального литья за счет снижения затрат на очистку отливок от пригара и их механическуюобработку, улучшения качества по"1066723 Время вывыдержкипечи, ч Толщинаборидного слоямм Толщина облицовочного слоя(размеры зазора между промежуточной иосновной моделью), мм Точность, ммна С-.162отклонения отноминальногоразмера Чистотаповерхности отливок д,мкм ГОСТ2789-73 Температура печи, С Предлагаемый способ+0,2-0,3 30 0,21 850 Известный способ Э Э 4 4 5 5 б 6 7 Э 8 3 9 3 10 3 11 2 12 6 13 7 Неудовлетворительное качество облицовочного слоя20 непокрытой облицовкой поверхности) Борированный слой наблюдается в отдельных местахтолщиной не более 0,2 мм 0,2 мм 160 -0,5-0,7 ЮВНИИПИ Заказ 11104/13 Тираж 779 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4