Способ литья чугунных отливок в разъемные облицованные кокили

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социапистических Республик(22) Заявлено 02. 01,80 (21) 2861073/22-02 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет В 22 0 15/00 ГосударственныЯ комнтет СССР по делам нзобретеннЯ и открытнЯ.043(088.8) Дата опубликования описания 07. 10, 81 С.Л, Бураков, А.В, Марьянский, Л.Я, Нетес,1В.С. Серебро, Р.Л. Снежной и А.Ф, Шевченко1/Научно-исследовательский институт специал ных "способов литья(54) СПОСОБ ЛИТЬЯ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК В РАЗЪЕМНЫЕ ОБЛИЦОВАННЫЕ КОКИЛИИзобретение относится к литейному производству и может быть применено при изготовлении чугунных отливок в разъемных облицованных кокиляхИзвестен способ получения чугунных отливок, по которому для повышения твердости и износостойкости литых деталей отливки ускоренно охлаждают, например за счет подачи к ним в форме охладителя, в интервале эвтектоидного превращения. Практическая реализация данного способа заключается в подаче охладителя в момент времени, соответствующий началу эвтектоидного превращения, и прекращении 15 подачи охладителя в момент времени, соответствующий окончанию фазового превращения. указанные моменты времени зависят от конкретных условий литья (толщины стенки отливки, типа 20 формы, материала формы) и, следо-, вательно, должны устанавливаться отдельно в каждом частном случае 13 .Недостатком этого способа является отсутстййе конкретных. рекоменда ций по его практической реализации., в частности по определению временного интервала подачи охладителя.Известен способ получения отливок, по которому управление их ох лаждением производится по показаниямразмещенных в отливках термопар,взаимодействующих с программирующимустройством, последнее регулирует подачу охладителя к отливке в соответствии с заданным режимом охлаждения 12 .Однако и данному способу присущинедостатки: необходимость размещения в каждой отливке термопар приводит к большому расходу дорогостоящих материалов, иэ которых они изГотовлены; нарушается сплошностьотливки, что является недопустимымдля ряда деталей ответственного назначения (гильзы цилиндров двигателей,гидроаппаратура),Наиболее близким к изобретению.является способ литья в разъемныеоблицованные кокили, включающий заливку металла в форму и охлаждениеего подачей в облицовку сжатоговоздуха 131 .Недостатками этого способа являются низкое качество получаемых отливок и большой расход сжатого воздуха,Целью изобретения является повышение качества отливки и экономиясжатого воздуха.3, 104 40где й " приведенный размер отливки,м;Ч - средняя объемная скорость перлитногопревращения, обеспечивающая заданные повышенные свойства чугуна,м /с.ДаннЬе соотношение получено в результате решения уравнения тепловогобаланса, составленного для стадии эв- отектоидного превращения в отливке,характеризующейся линейным распределением температуры в облицовке и передачей охлаждающему воздуху практически всей выделяемой отливкой теплоф:(2) удельная объемная теплотаперлизтного превращения,дж/мобъемный коэффициент теплоотдачи от твердого скелетаоблицовки к Фильтрующемуся где Ол Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем заливку металла в форму и охлаждение его подачей в облицовку сжатого воздуха, подачу сжатого воздуха нроизводят при постоянном расходе после окончания перемещения полуко-килей вызываемого усадкой отливки, и заканчивают после эвтектоидного превращения чугуна.Взаимное перемещение полукокилей происходит после заливки в форму металла вследствие силового взаимодействия между кокилем и отливкой, вызываемого усадкой последней по мере ее затвердения и охлаждения. В период перлитизации чугуна, характери эующийся постоянной температурой отливки, усадка ее временно .прекращается и в соответствии с этим временно прекращается взаимное перемещение полукокилей. По окончании эвтектоид ного превращения температура отливки снова понижается, вызывая дальнейшее увеличение зазора между полукокилями. Таким образом, предлагаемый интервал подачи охладителя обеспечивает ускоренное охлаждение отливки в период протекания в металле эвтектоидного превращения. В результате повышается дисперсность перлита, увеличивается микро- и макротвердость чугуна, возрастают прочностные показатели метал- ЗО ла. При этом постоянный расход охладителя обеспечивает равномерное изменение свойств чугуна по всему объему отливки.ЪПри подаче в облицовку сжатого воздуха требуемый расход последнего определяют из соотношения через нее воздуху, вт(м .град.);Чр - объем облицовки, мТ - средняя температура облицовоки, К;Т - температура подаваемоговоздуха,фК,При выводе формулы (1) из уравнения (2) учтено, что 3.=38 У/(КЧО ),и подставлены численные значения теплофизических параметров процесса перлитизации отливки для реальных условий чугунного литья.Предлагаемый способ может бытьреализован путем установки на заливочных участках любых датчиков перемещения (например, часовых индикаторов) и подачи в облицовку охладителяв период сохранения ими постоянныхпоказаний.П р и м е р. В восьмиместном облицованном кокиле с горизонтальнымразъемом металлоемкостью 55 кГ получали отливки распределительных валов с приведенным радиусом 0,012 ми массой 3,8 кГ. Формы заливки серым(СЧ), ниэколегированным (НЛСЧ) и высокопрочным чугуном с шаровидным граФитом (ВЧШГ),Взаимное перемещение полукокилейизмеряли индикаторами часового типа, а температуру отливок - хромель-алюмелевыми термонарами и потенциометром КСП. После затвердевания отливки в облицовку через вдувные отверстия кокили подавали сжатый воздух, расход которого измеряли рота- метром РС.Для каждого вида чугуна проводили серии иэ трех опытов: в опыте 1 отливки изготавливали без подачи воздуха в облицовку, в опыте 2 подачу воздуха начинали сразу после затвердевания отливки и прекращали в момент окончания первой стадии раздвижки полукокилей, в опыте 3 воздух подавали в период остановки раздвижки полуформ.По окончании эвтектоидного превращения отливки извлекали из формы и подвергали металлографическим исследованиям и механическим испытаниям.В таблице 1 приведены данные пораздвижке полукокилей в случае заливки форм серым чугуном.Видно, что эвтектоидное превращение металла (происходящее йри температуре 730 ОС) и промежуточная остановка раэдвижки полукокилей соответствует одному и тому же интервалу времени: 200-350 с после заливки.Аналогичные результаты полученыи в случаях заливки формы низколегированным серым и высокопрочным чугунами.Размеры, форма, количество и рас.пределение графита впределах каж869950 Таблица 1 Взаимное перемещение полукокилей, мм 1310 0,5 Первая 0,8 стадия 1150 50 100 1150 0,9 150 890 1,0 730 200 1,0 Промежуточ 1,0 ная1,0 Остановка 730 250 730 300 730 350 620 400 450 1,3 Вторая1,4 стадия 510 430 500 600 1,5 320 дой серии опытов были практически одинаковы.Данные по влиянию подачи в,облицовку воздуха на структуру металлической матрицы и механические свойства чугуна приведены в табл.2 (Ч - расход воздуха; У - средняя объемная скорость эвтектоидного превращения Нщ - микротвердость перлита; НВ - макротвердость чугуна, Й - предел прочности на растяжение; с - ототносительное удлинение; и" - предел 1 О прочности на изгиб; Г - стрела прогиба; Ф Гдля СЧ и ВЧШГ иГ, для НЛСЧ; а- ударная вязкость). 15Видно, что подача воздуха в интервале между эвтектическим и эвтектоидным превращениями (опыты М 2) мало влияет на металлическую матрицу и прочностные показатели металла (незначительное изменение свойств чугуна в этих опытах по сравнению с опытами М 1 вызвано захолаживанием формы сжатым воздухом, выразившимся в некотором увеличении Ч).Подача воздуха в период прекращения раздвижки полукокилей (т,е. на стадии эвтектоидного превращения металла,) существенно повышает дисперсность перлита (опыты Р 3), Соответственно на 20-25 увеличивает ся его микротвердость. При этом макротвердость чугунов повышается на Момент времени Температура после заливки, отливки, Сс 30-40 р 6 Е - на 25-30; оф 3-10 разу Ф - на 30-33; п - в 1,5 раза, а - в 2-5 раз, Все эти данные свидеТель" ствуют о необходимости строгой регламентации интервала подачи охладителя.Из данных табл.2 следует, что изменение свойств чугуна тем заметнее, чем больше расход охладителя, который определяет скорость эвтектоидного превращения металла. Следовательно, за счет выбора величины расхода из соотношения (1) можно получать необходимую скорость перлитизации чугуна, обеспечивающую заданное качество отливки. Например, для получения Ч = 1,8 10м /с вели 3 чина Ч по расчету должна составлять 6,5 10 нм /с, а для получения Ч6,4 10 5 мф/с - 23 х 10 нм/с, что хорошо согласуется с аналогичными величинами, имевшими место в условиях опытов (7,010 нм/с и 2510 нм ф/с сответственно),Таким образом, данные примера использования предлагаемого способа показывают следующие его преимущества по сравнению с известными; обеспечивается строгое совмещение во времени интервала подачи охладителя и стадии перлитного превращения чугуна; предоставляется воэможность определения расчетным путем расхода охладителя, обеспечивающего требуемое качество отливки.869950 Составитель Г. КибовскийТехред Л.ПекарьКорректор В. Бутяга Редактор НАхмедова Тираж 872 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5;Заказ 8718/17 филиал ППП пПатент", г, Ужгород, ул. Проектная,4 Формула изобретения1.Способ литья чугунных отливок в разъемные облицованные кокили,включающий заливку метаюц 1 а в форму и охлажде" ние его подачей в облицовку сжатого юЮэдуха,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения качества отлив- ки и экономии сжатого воздуха, подачу сжатого воздуха производят с постоянным расходом после окончания перемеще ния полукокилей,вызываемого усадкой отливки, и эаканчйвают после эвтектоид ного. превращения чугуна.2. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что расход сжатого воздуха определяют из соотношения:Ч3.104 АЧ, где й - приведенныйразмер отливки (м) Ч - средняяобъемная скорость перлитного превращения, обеспечивающая заданныеповышенные свойства чугуна (м/ с). Источники информации,;принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР М 418534, кл. С 21 О 5/00, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР в 132368, кл. В 22 О 27/04, 1960. 3. Авторское свидетельство СССР В 617165, кл. В 22 О 15/00, 1977.