Способ обработки литейных форм для получения литья из химически активных металлов

(22)Заявлено 23. 011, 80(21) 29110 ч 7/22-02с присоепинением заявки РйОпубликовано 28. 02. 82, Бюллетень Юв 8 Дата опубликования описания 02.03,82(72) Авторы изобретения Челябинский политехнический институт им, Лейнского комсомола(5) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЬЯ ИЗ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам обработки керамических литейных Форм по постоянным или удаляемым моделям с об-. разованием защитного покрытия, предотвращающего взаимодействие тугоплавких химически активных металлов, например сплавов титана, с латериалом Формы. При литье титана и его сплавов .в10 керамические формы достигается повышенная размерная точность отливок по сравнению с углеродной Формой, а также более высокая производительность процесса формообразования. Однако рас.15 плав при заливке, кристаллизации и охлаждении взаимодействует с материалом Формы и на поверхности отливки образуется загрязненный оксидами металла слой с видоизмененной структурой, так называемый альфированный слой повыюенной твердости, склонной к образованию трещин, что резко снижает эксплуатационные свойства изделий и существенно затрудняет их механическую обработкуИзвестен способ обработки керамических форм, включающий нанесениена ее поверхность нагретую до 300 Сспокрытие из оксидов металлов,с помощью газовых или пламенных горелок 2,Однако такой способ невозможноприменить для Форм, изготовленныхпо удаляельпл моделям (выплавляемыми выжигаемым). Кроме того, оксидноепокрытие является кислородосодержащими поэтому само может окислять заливаемый металл,Наиболее близким к предлагаемомуфпо технической сущности и достигаемому результату является способ обработки литейных Форм, включающий пропитку.фор л водными растворами хлоридов металлов цинка, магния, калия,натрия 3 ).Однако реализация данного способапозволяет только несколько снизитьтолщину поверхностного загрязненного3 9084слоя с видоизмененной структурой, ав ряде случаев загрязнение отливокдаже увеличивается, Это объясняетсяследующими причинами.1. Применение солей галогенов,которые подвергаются гидролизу, т,е.взаимодействию с водой, в водных раст.орар например, 2 пС 1 , Ю, МА 1 С 1 , СгС 1 э и др., наоборот усиливает взаимодействие заливаемого ме Отапла с Формой, так как в результатегидролиза на поверхности форм образуется покрытие не из солей, а из гидрооксидов данных металлов (Еп(ОН)2,КОН, И 0(ОН)2, А 1(ОН) А 1(ОН)1 С г(ОН) и др,), которые в реэультате 1заливки при повышенных температурахпереходя в оксиды и выделяя воду, ин.тенсивно окисляют заливаемый металл,в частности титан. При этом глубина 20загрязненного альфированного слоя наповерхности титановых отливок Возрастает.2. Применение солей галогенов снизкими температурами кипения (К,1, 25ЕпС 12, МОС 1 , А 1 С 1 , ОеСр и др.),составляющими не более 0,8 от темпеоратуры заливки металла (1740- 1780 С),приводит к тому, что при заливкеФормы солевое покрытие полностью воз- зогоняется, поверхность керамическойФормы оголяется и загрязнение поверхностного слоя отливки происходит ужеза счет непосредственного взаимодействия металла с оксидами керамическойформы. Образующиеся газы от возгонкисоли могут образовывать в отливкегазовые раковины.3. Отсутствие оптимальной концентрации раствора и оптимального режиматепповой ооработки не позволяет получать на поверхности Формы качественное достаточной толщины без нарушения сплошности солевое покрытие.Помещение Форм, пропитанных раство- .. ром соли, сразу в зону температур250-300 С приводит к нарушению сплошности покрытия из-за бурного кипениярастворителя (воды).При недостатоцнои концентрациисоли в растворе вообще нельзя получить равномерное и сплошное покрытиена поверхности Формы,Наличие четырехкратной пропитки Форм,в солевом растворе приводит к полному заполнению пор формы солевым раствором и делает ее практически гаэонепроницаемой, что существенно ухудшает условия Формирования отливки, так как пары соли остаются в рабочем объеме формы и приводят к поражению отливок газовой пористостью(раковинами),Цель изобретения - предотвращениевзаимодействия Формы с заливаемымметаллом и улучшение качества засчет предотвращения образования альфированного слоя на поверхности отливокк, повышение их качества и обрабатываемости отливок.Поставленная цель достигается тем,что в способе обработки литейныхФорм, включающем пропитку их воднымирастворами хлоридов с последующим ихнагревом, Форму пропитывают 24-36: -ным водным раствором хлорида кальцияили бария, или натрия, или калия, апри нагреве осуществляют изотермицесокую выдержку при 85-100 С до полногоудаления химически несвязанной воды,затем проводят изотермицескую выдержку при температуре 250-400 С до полного удаления кристаллогидратной водыиз упомянутых хлоридов, причем скорость нагрева Ф рм от первой изотермицеской выдержки до второй составляет 3-9 С/мин,оцелью полуцения качественных отливок с толщиной стенок 10-15 мм используют 2 М-ный водный раствор хлорида натрия или калия, или кальция,а вторую изотермицескую выдержку проВодят при 350-400 С.С целью получения качественных отливок с толщиной стенок 30-50 мм используют 30-ный водный раствор хлорида бария, а изотермическую выдержку проводят при 95 и 320 фС,С целью получения качественных отливок с толщиной стенок более 60100 мм используют 36-ный водный раствор хлорида бария, а изотермическуювыдержку проводят при 100 и 400 С.С целью получения качественных отливок с толщиной стенок 15-25 мм используют 2 й-ный водный раствор хлорида бария, а изотермическую выдержкупроводят при 85 и 250 С,Из хлоридов щелочно-земельных металлов используют только хлориды бария и кальция, а из хлоридов щелоч", ных металлов - хлориды натрия и калия, Галогены (хлориды, бромиды, иодиды) всех остальных элементов периодической системы использовать нельзя, так как они или в водных растворахподвергаются гидролиэу, или имеюттемпературы кипения менее 0,8 температуры заливаемого титана, или как,например, Фториды, взаимодействуютс металлом. 5Хлориды бария, кальция, натрия икалия не подвергаются гидролизу, т,е.образуют на поверхности Формы чистосолевое покрытие, имеют температурыкипения, составляющие 0,8-1,1 от тем-Опературы заливаемого металла, чтопрактически исключает возгонку покрытия при заливке металла.При соблюдении всех параметровпредлагаемого способа обработки наповерхности формы образуется покрытиеиз хлоридов металлов, абсолютно инертное к заливаемому металлу и, крометого, полностью изолирующее заливаемый металл от взаимодействия с материалом керамической формы.Предпочтительнее использование хлорида бария (ВаС 1), как наиболее химически устойчивого к заливаемому металлу, склонного к поглощению вредых для титана элементов (О, Н 2,Йд, С и др,) и имеющего температурукипения (1830 С ) выше температуры заливки металла, т.е. отношение температуры плавления ВаС 1 к температуре ЗОзаливаемого металла составляет 1,1.Раствором хлористого бария обрабаты"вают формы для отливок практически.любых габаритов и с любой толщинойстенки. 35Растворы хлористого натрия иликалия, или кальция целесообразно испольэовать для обработки форм отливок небольших габаритов.и с толщинойстенки 10- 15 мм, Это объясняется тем, очто температура кипения солей йаС 1,КС 1 и СаС 1 составляет 0,8-0,91 температуры заливаемого металла,Концентрация раствора влияет на толщину образующегося солевого покрытия. уменьшение концентрации соли ниже 2 И снижает эффект обработки эа счет уменьшения толщины и сплошности покрытия, а дальнейшее повышение кон 50 центрации (выше 363 ) не целесообразно, так как толщина образующегося покрытия, например хлорида бария, достаточна для получения качественных без альфированного слоя отливок практически любых габаритов и с любой толщиной стенки. Кроме того, дальнейшее увеличение концентрации приводит к возрастанию толщины покрытия, что нарушает геометрическую точность отливок. С увеличение толщины стенокотливки возрастает в указанных пределах и концентрация раствора соли.После обработки форм в водном раст.воре их необходимо подвергнуть сначала изотермической выдержке при 85 о100 С в течение 15-90 мин с цельюполного удаления химически несвязанной воды (растворителя). Дальнейшееповышение температуры производитьнельзя, так как это приводит к кипению растворителя, а следовательно,к нарушению сплошности и равномерности покрытия. Температуры кипения водных растворов данных солей указанныхконцентраций находятся в интервале101-110 С. Понижение температурыприводит к увеличению длительностиизотермической выдержки, что снижаетпроизводительность процесса.После удаления растВорителя (воды)формы подвергают второй иэотермической выдержке при 300-100 С в течение 11,5-3 часов,При этом происходит полное удаление связанной кристаллогидратной воды из образующихся кристаллогидратовтипа ВаС 1 2 НО, При более низких температурах (ниже 250 С) кристаллогидратная вода, которая является сильным окислителем для заливаемого металЬа, не удаляетсл полностью, что снижает эффект обработки, а следовательно,и качество получаемых отливок. Повышеоние температуры выше 100 С нецелесообразно, так как при том же эффекте,обеспечивающем полное удаление кристаллогидратной воды, повышается расход энергии, усиливаются термическиенапряжения в форме.П р и м е р 1. Электрокорундовыеформы по выплавляемым моделям со связующим гидролизованным раствором этилсиликата для отливок с толщиной стенки 8-12 мм обрабатывают по известномуспособу 27-293 растворами хлорида магния (МцС 1 ) и натрия (йаС 1) путемчетырехкратной пропитки и сразу же помещают на сушку при 250-300 С.Обработанные формы заливают сплавами титана ВТ 5 Л, АТ 9 Л и ВТ 20 Л в гарнисажно-дуговой печи ВДЛ-ч./ Иеталлографический анализ показывает, что на всей поверхности отли вок, полученных в формах, обработанных хлоридом магнил, имеетсл альфированный слой толщиной 300- 150 ми,90818 т. а на отливках, полученных в формах,обработанных хлоридом натрия, альйированный слой толщиной 180-250 мкмпроявляется в виде крупных пятен разнообразной формы. Б обоих случаях наотливках имеется пригар и открытаягазовая пористость. С увеличениемтолщины стенки отливки глубина альФированного слоя возрастает, С цельюобеспечения нормальной зксплуатации 1 Оданных деталей, а также возможностиих механической обработки, их подвергаот травлению для снятия альфированного слоя.П р и м е р 2, Злектрокорундовыеформы по выплавляемым моделям сс связующим гидролизованным раствором зтилнСИЛИ Кс 1 Т сс ДХ Я ОТЛИВОК С толЩИ г)ОИ СТЕНки до 25 мм обрабатывают 21:; раствором хлсрида бария (БаС 1) и подверга- щют ступенчатой изотермической выдержке сначала при 85 С в течение 50 мин,а затем при 250 С в теение 3 ч. Ско 1 рссть н-:)греза Форм от первой изотермической выдержки до второй составля О С /Обработанные фермы заливают сплавам, и;а.)а Б 15 Л Б)9 Л, БТ 20 Л в гс)р)л С с 1".;" д1 В О й П С ч И БДЛ,1 е 1 ллс графи ческий анализ ;Оказь)- цвает полное Отсутствие альйированног3 )/ Ющии и.".;)Л 4 ЗО Еас)Ыс) раСТ ВорОМдив -)с.-:,.ЛП- . "1;гс 1-- ,"ОПЦ,",Н)й;1 с- пе 11): (":, )сзотер);ицсской вь)1)р),1 я)а за .ем и 1; ,20 "С вечение ) ч С.;о"рость. Яагрва. Форм от первой изотермической выдержки до второй составля .ет 3-9 С/мин., Обработанные йормы заливают сплавами титана ВТ 5 Л, ВТ 9 Л, ВТ 20 Л в гарнисажно-дуговой пели БДЛ, Металлсграфический анализ показывает полноеОтсутсвие альфированного слоя на поверхности отливок,:) г) 2 890 мин, а затем при ЧООС в течение1.,5-2 ч, "корость нагрева йори отпервой ступени изотермической выдержки до второй составляет 3-9 С/мин.Обработанные формы заливают сплавами титана ВТ 5 Л, БТ 9 Л, ВТ 20 Л в гарнисажно-дуговой печи ВЦЛ-)1. Металлографический анализ показывает полноеотсутствие альфированногс слоя наповерхности отливок,П р и м е р 5, Электрокорундовыеформь по выплавляемым моделям со связующим гидролизованным растворомэтилсиликата для отливок с толц)инойстенки до 15 мм обрабатывают 287, расворами хлсрида натрия и кальция подвергают ступенчатой изстермическойвыдержке сначала при 90 С в течениеч, а затем при 350" С в течсние 3 чСкорость нагрева Форм от первой изотермической выдержки до второй состаляет 3-9 С/мин,Обработанные формы заливают сплавами титана ВТ 5 Л. ВТ 9 Л, ВТ 2 ОЛ в гарнисажно-дуговой печи ВДЛ-),Металлографический анализ литыхитансвых образцов методом травлениятакже путем замера микротвердости(1 ой;)Оре ПМТ ) . пока зс)л полное Отсу)ствие аяь1 рован,)ого слоя на псВ Е Р . 1.1 О -;: ОЛ и Вс К,с ес.:; меха.Ические свойстваботанн)-,х г.;1;,едла гаемо 1 у способусс тве с - зу) -29 .а химичес,(ие свойства " ОСТ 190013 ,11:Таки 1 сб)разол) гс сравнению с известнь)и с.)особом предлагаеый способ поза - : - ,);.; О)тимиз)игсг)а 1 ., процессобработки ке рами час ки х фсрп вод ымиО;1( (ассани С(11," И ТЕМ СаМЫМ )4 СКЛЮ чить взаимсдейств е залиьаемого ме-.алла С МатЕРИЯЛО 1 ФОРМЫ, ПРЕДОтВРатить тем семья) образование альфированного слоя на поверхности отливок, лучшить их качество и обрабатываемость. Формула изобрстенияП р и м е р Ч. Электрокорундовы". Формы по выплавляемым моделям со связующим гидролизованным раствором этилсипиката для отливок с толщиной стенки более 60-100 мм обрабатывают 36, раствором хлорида бария и подвергают ступенчатой изотермической выдержке сначала при 100 С в течение 1, Способ обработки литейных Форм для получения .Литья из химически дк" ти иных металлов, включаюций пропитку прока. пенных Форм водными растворами хлсридсв с последующим их нагревом, о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, с цепью предотвращения взаимондеиствия йормы с заливаемым металлом90848 и улучшения качества литья за счет предотвращения образования альированного слоя на поверхности отливок, повышения их качества и обрабатываемости, Форму пропитывают 24-36;-ным водным Г створом хлорида кальция или бария, или натрия, или калия, а при нагреве осуществляют изотермическую выдержку при 85-100 С до полного удаления химически несвязанной воды, за тем проводят изотермическую выдержку при температуре 250-400 С до полного удаления кристаллогидратной воды из упомянутых хлоридов, причем скорость нагрева Форм от первой изОтермичес кой выдержки до второй составляет 3-9 С/мин.2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью получения качественных отливок с толщи О ной стенок 10-15 мм, используют 2 М- ный водный раствор хлорида натрия или калия, или кальция, а вторую изотермическую выдержку проводят при 350- 400 С. 253. Способ по и. 1, о т л и ц а ющ и й с я тем, цто, с целью получения качественных отливок толщиной стенок 30-50 мм, используют 303-ный 2 10водный раствор хлорида бария, а изотермицескую выдержку проводят при 95 и 320 С.Способ по и. 1, о т л и ц аю щ и й с я тем, что, с целью получения качественных отливок с толщиной стенок более 60- 100 мм, используют 363-ный водный раствбр хлорида бария, а изотермическую выдержку проводят при 100 и 400 С.5. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью получения качественных отливок с толщиной стенок 15-25 мм, используют 2 й-ный водный раствор хлорида бария, а изотермицескую выдержку проводят при 85 и 250 С. Источники инбюрмации,принятые во внимание при экспертизе1. Гуляев Б.Б. и др. Литье тугоплавких металлов. М., "Машиностроение", 1964, с. 13- 18.2, Патент СВА Р 3802482,кл. 164-71, опублик, 19763. Ковалев Ю,Г. и др. Поверхностный слой титановых отливок. "Повышение кацества отливок из легких сплавов". Сборник. Пермь, 1977, с,74-78.Составитель И. Куницкая Редактор М, Лновиц Техреду Т. Матоцка Корректор Г. Огар Заказ 696/12 Тираж 853Подписное ВНИИПИ Госудврственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, ИРаушская наб. 8. 4( Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,