Способ биметаллического литья

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 041278 (21) 2691999/22-02 5)М3 Союз Советскиа Социалистинеских Республикс присоединением заявки М -В 22 О 13/00 В 22 0 19/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В,Г.Горенко, В.Ф.Злобин, В.Е.Яковчук и ке.р тел нститут пробем литья АН Украинско СПОСОБ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИТЬЯ 2 Ц ратуратверкорочины Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии локальной наплавки части рабочей поверхности деталей жидким металлом, преимущественно для изготовления отливок способом центробежного литья.Известен способ получения двухслой ных иэделий при использовании центробекного метода литья, заключающийся В заливке второго слоя на чугунную заготовку с температурой 800-850 оС или стальную заготовку с температурой 1320-1350 оС, в последовательной заливке первого металла, шлака, второго шлака с рафинирующим действием и второго металла и др. 1.Наиболее близким к предлагаемому является способ центробежного литья биметаллических заготовок заключающийся в том, что заливку очередного слоя металла осуществляют после охлаждения ранее залитого металла до температуры ниже солидуса на 100- 350 С 12.Недостатком способа является то, что заливку второго слоя металла проводят на затвердевшую поверхность первого металла и .это не позволяет проводить лскальную наплавку части рабочей поверхности детали жидким металлом с повышенными специальнымисвойствами, например термостойкостьюили износостойкостью. Наплавка всейвнутренней поверхности отливок металлом с особыми свойствами, содержащимв значительных количествах дорогостоящие легирующие элементы, экономически не целесообразна, так какмаксимальной нагрузке подвергаетсяне вся рабочая часть детали, а только ее часть, составляющая обычно5-30 от общей площади. Примером таких отливок служат изложница для отливки центробежным способом труб, 15 гильз двигателей и др.Цель изобретения - разработка способа получения биметаллических деталей, преимущественно при использовании центробежного метода литья, обеспечивающего локальную наплавку частирабочей поверхности деталей и экономия дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов.Поставленная цель. достигается тем, 25 что заливку наплавляемого металлапроводят после охлаждения первогослоя жидкого металла до темпе ывыше ликвидуса на 30-90 аС и здевания с наружной поверхности ки 30 толщиной 10-30 от общей толщстенки отливки, заливают второй металл с удельной скоростью в 1,5-2,5 раза меньшей, чем при заливке первого металла, и подают металл в напланяемую зону под углом 60-85 к оси ращения изложницы,Предложенный способ напланки деталей применим для повышения ресурса гильз цилиндров двигателей, изложниц для отливки труб или заготовок и других деталей, изготовляемых методом центробежного литья.Изнестно, что наибольший износ изложниц, используемых для отливки труб и цилиндрических заготовок, наблюдается в месте поступления жидкого металла в изложницу. Остальная внутренняя поверхность изложницы имеет небольшую и равномерную сетку разгара, которая мало влияет на стойкость изложницы. Отсюда ясно, что часть поверхности изложницы на которую поступает жидкий металл необходимо выполнять из более термостойкого материала.Аналогичную картину износа получаем на гильзах двигателей, В зоне максимальных давлений и температур износ гильз в 2,5-5,0 раз больше, чем средний износ на остальной поверхности гильзы. Зона максимального износа составляет 20-25 от общей длины гильзы, поэтому применение предлагаемого способа наплавки деталей позволяет сократить объем наплавки в 3,5-4,5 раз и значительно уменьшить расход дорогостоящих и дефицитных легируощих элементов,Пределы по температуре охлаждения первого слоя металла выбраны н связи с тем, что если те 4 пература выше определенных пределов, то вторая порция металла интенсивно перемешивается с первой и легирующие элементы распределяются почти по всему сечению стенки гильз. При начале заливки наплавляемого металла после охлаждения жидкого металла первого слоя до температур ниже температуры ликвидуса плюс 30 С, происходит эатверденание, с наружной поверхности гильзы, корочки толщиной больше 30,0 от обцей толщиныстенки отливки. В этом случае жидкоподвижность металла перного слоя получается низкой и он слабо вытесняется заливаемым металлом. Поэтому наплавляемый слой получается тонким, не всегда превышает толщину прйпуска на механическую обработку, и он распространяется на длину большую, чем длина части отливки, подвергающейся максимальноП нагрузке, что приводит к нерациональному использованию легирующих элементов.Если заливку наплавляемого металла проводить после охлаждения жидкогометалла первого слоя до температу выше температуры ликвидуса плюс 90 С; то с наружной поверхности отливки происходит затнердевание корочки толщиной меньше 10,0 от общейтолщины стенки гильзы, В этом случаежидкоподвижность металла первогослоя значительная и заливаемый ме,талл второго слоя интенсивно перемешивается с металлом первого слоя.Большое значение при осуществлении предложенного способа наплавкиимеют параметры заливки наплавляемого металла. Если секундная скорость О заливки наплавляемого металла меньшескорости заливки металла первого слояменее, чем в 1,5 раза, то это приводит к повышенному перемешиванию металлов, а если скорость заливки вто рого металла меньше скорости заливкипервого слоя более, чем в 2,5 раза,то поступивший в форму металл распространяется по внутренней поверхностигильзы, в основном по поверхности 2 О первого слоя металла. Поэтому, вовтором случае часть отливки, подвергающаяся максимальным нагрузкам, содержит в рабочем слое значительноменьшее количество легирующих элементов.Подача легированного металла внаплавляемую зону под углом 60-85 коси вращения изложницы обусловленатем, что подача металла в изложницуна определенное место под углом боль- ЗО ше 85 фзатруднена, а при подаче металла под углом меньше 60.О второй металлраспространяется по длине значительно большей, чем требуется для повышения эксплуатационной стойкости гильз. З 5 Исследование преимущества и недостатков изготовления биметаллическихгильз, согласно известному и предлагаемому способам проводят в условияхлитейного цеха. В качестве объекта 40 исследований выбрали гильзы двигателя СМД, изготовленные центробежным способом.Химический состав чугунов, используемых для формирования первого слояи наплавки, приведен в табл. 1.Содержание серы 0,03 и фосфора0,08-0,09.Чугуны выплавляются в индукционных печах ИСТ,16.р В качестве форм используются чугунные изложницы с двухслойным теплоизоляционным покрытием. При заливкеФормы вращаются со скоростью1100 об/мин.Первый метвлл заливается температурой 1340+15 С, температура залинкивторого металла находится в пределах1330-1360 С.При изготовлении биметаллическихгильз согласно известному способу,60 после заливки первого слоя металла иохлаждения его до температур яа120-280 С ниже температуры солидусачугуна, проводят заливку второго слоя,охлаждают полученную отливку до 500- 65 600 С, извлекают из изложницы и даль789227 значительное перемешивание металловобоих слоев, да:ке при уменьшенииудельной скорости заливки второго металла больше, чем в 2,5 раза. Значительное перемешивание на большую глубину также наблюдается при угле наклона струи к оси вращения изложницыбольше 85 (11), В то же время, приуменьшении этого угла до величинменьше 60 (11) наблюдается смыв металла с зоны наплавки и распространение его на длину значительно превышающую зону максимальных нагрузок вгильзе.Исследование темплетов гильз метал-лографическим методом показало, что 35 применение предлагаемого способа наплавки деталей позволяет получать совершенно здоровые отливки без спаеви включений в переходйой зоне.Исследование износа гильз, полу".2 О ченных различными способами, проводят непосредственно на двигателях,установленных на тракторах, Анализданных износа показал, что величинаизноса в части гильзы с максимальной 2 нагрузкой самая малая (10-14 мк) вгильзах, полученных по известномуспособу, и максимальная в гильзахсерийно выпускаемых Киевским заводомим. Лепсе (26-35 мк). В то же времяизнос в остальной части гильзы вовсех случаях отличается мало и находится в пределах 6-9 мк.Исследования показали, что гильзы,изготовленные по предлагаемому способу, имеют на 10-20 более высокий моторесурс. Предварительный расчет ожидаемогозкономического эффекта от использования предлагаемого способа наплавки 40 деталей показывает, что за счет сокращения расхода легированного металла в 1,5-2,5 раза, происходит повышение качества и моторесурса гильз на 10-20. Таблица 1 Назначениечугунапо весу угле- крем- мар- хромрод ний ганец Для формирования наружного 3,56- слоя -3,64 2,05- -2,08 0,81- -0,84 0,02 0,0 3 Сл. Сл. Для наплавки рабочей 3,36- поверхности -3,39 1,73- -1,76 О, 32-0,37 О, 78- -0,82 нейшее охлаждение проводят на воздухе. Секундная скорость заливки обоих слоев металла находится в пределах 2,8-3,6 кг/сек.При изготовлении гильз согласно редложенного способа проводят заливу первого слоя металла, охлаждают его до температур выше температуры ликвидуса данного состава чугуна на 20-100 ОС и затвердевания с наружной поверхности корочки толщиной 8-34 от общей толщины стенки гильзы, а затем заливают второй металл в наплавляемую зону под углом 55-87 к оси вращения изложницы с секундной скоростью 1,1-2,45 кг/сек..В табл. 2 приведены параметры технологии получения биметаллических . гильз, по которым легко определить оптимальные параметры технологии наплавки (стр. 9-11).Из данных табл. 2 видно, что технология получения биметаллических отливок согласно параметрам с обозначением 1-3 соответствует известному способу, с обозначением 4 имеет бЗ- лее высокую температуру ( + 100 С) охлаждения первого слоя металла, чем предусмотрено предлагаемым способом, а с обозначением 9 более низкую тем-. пературу (с + 20 ). Параметры технологического процесса с обозначением 5-8 соответствуют предлагаемому способу наплавки деталей.В той же таблице представлены данные по влиянию на качество наплавки секундной (удельной) скорости и угла наклона струи при заливке второго слоя чугуна (10 и 11)Из данных табл. 2 видно, что применение предложенного способа позволяет в 1,5-2,5 раза уменьшить расход легированного металла при обеспечении высокого качества наплавки. При наличии заливки второй порции чугуна после охлаждения первой порции до температур выше с + 90 С (4) наблюдается медь ни- молиб- титан кель ден7 789227 МР пп Вес ч на дл Вес чугунадляФормировани2-гослоя к у- Температурохлаждения металла первого слоя перед г заливкойвторого,еку ая коост али ерв угу Угол наклонаструи коси вращенияизложницпри заливкевторогочугунаградус римечани кундорми ания коостьаливкиторогоугуна,г к с а,к,ек 120 23,4 ч ающи О локальной верхности щих элеме охлаждают дуса на 3 5 ружной поСпреитодещийрединия Фоомула изобретения особ. биметаллического литья, ущественно при центробежном меизготовления отливок, включаю- ращение изложницы и заливку оче го слоя металла после охлаждеанее залитого металла, о т л иТаблица 2 Нормальная наплавка по всей длине гильзы Появляются отдельные неспаи между слоями Появляются неспаи между слоямиЗначительное перемешивание металлов обоих слоевНормальная наплавка в месте максимальных нагрузок в гильзеИ11 Н апл авляемыйметалл проникает в тело отливки толькона величинуприпуска намеханическуюобработкуНормальная наплавка в местемаксимальныхнагрузок вгильзеПеремешиваниеметаллов набольшую глубинНормальная наплавка в местемаксимальныхнагрузок вгильзеСмыв мебольшуючем раб й с я тем, что, с целью наплавки части рабочей по- отливки и экономии .легируютов, ранее залитый металл до температуры выше ликви- -90 фС и затвердевания с на. ерхности корочки толщинойЗаказ 8936/10 Тираж 889 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5фиЛиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 10-30 от общей толщины стенки отливки, заливают второй металл с удельной скоростью в 1,5-2,5 раза меньшей,чем при заливке первого металла, нподают металл под углом 60-85 ф к осивращения изложницы. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 386704, кл. В 22 О 13/00, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР Р 358074, кл. В 22 О 13/00, 1969.