СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1994 года по МПК B22D21/06 B22C3/00 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к производству отливок из титановых сплавов, и может найти применение при изготовлении отливок из других химически активных металлов и сплавов.

Известен способ изготовления отливок из тугоплавких химически активных сплавов, включающий насыщение формы перед заливкой водородом до 0,1-0,3 мас. % , заливку металла, формирование отливок, удаление их из формы, вакуумный отжиг (1).

Функция водорода, который выделяется из материала формы при формировании отливок из титана, состоит в предотвращении приваривания отливок к форме за счет создания зазора на границе металл-форма в области высоких температур.

Наводороженные формы применяют многократно. После каждого цикла изготовления отливки содержание водорода в форме снижается. При изготовлении отливок толщиной 10-20 мм это снижение составляет в среднем 0,05-0,07. Поэтому после 3-4 циклов изготовления отливок каждую форму подвергают повторному наводораживанию.

Недостатком способа является невозможность применения его при получении сложных по конфигурации отливок.

Кроме того, при литье в неподатливые формы кокильного типа увеличивается риск образования макро- и микротрещин на титановых отливках.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления отливок из тугоплавких и химически активных сплавов, полученных в керамических и графитно-коксовых формах с титановым покрытием (2).

Недостатком известного способа изготовления отливок из титановых сплавов в формах с защитным покрытием из порошкообразного титана является то, что в процессе тепловой обработки форм перед заливкой-обжигом, титан взаимодействует с углеродом связующего вещества и переходит в карбидную фазу TiмСп. Несмотря на то, что инертность карбида титана по отношению к металлу отливки выше, чем инертность традиционных формовочных материалов на основе графита или тугоплавких окислов, преимущественно электрокорунда, все же взаимодействие металла отливки с материалом покрытия TiмСп имеет место, особенно в толстостенных элементах отливки с толщиной стенки более 5-7 мм (бобышки0 фланцы, переходы, прибыли, литники и т. д. ). Поверхностный слой отливок насыщается нерафинированными вредными примесями - оксидами, карбидами, нитридами. Это снижает эксплуатационные характеристики металла отливок и приводит к образованию разного рода дефектов-микротрещин, местного пригара, газонасыщенного поверхностного слоя, обладающего высокой твердостью и абразивным износом по отношению к режущему инструменту при механической обработке отливок резанием.

Кроме того, роль защитного буферного слоя титана на границе металл-форма, как основы покрытия полностью теряется, поскольку при обжиге форм титан переходит в карбид титана, т. е. в связанное состояние, и не может играть буферную роль, взаимодействуя с активными газами формы,
Таким образом, недостатками изобретения, принятого за прототип, являются наличие альфированного слоя на отливках и брака отливок по незаливам и неспаям.

Цель изобретения - улучшение качества отливок за счет уменьшения глубины альфированного слоя и снижения брака по незаливам и неспаям.

Способ получения из тугоплавких химически активных сплавов включает нанесение покрытия на рабочую поверхность формы, заливку металла в форму, формирование отливок, их выбивку и механическую обработку, при этом перед заливкой сначала наносят защитное покрытие на основе гидрированных порошков титана с содержанием водорода 0,1-0,2 мас. % по всей внутpенней поверхности формы и локально в местах отливок, контактирующих с подвергаемыми механической обработке, наносят дополнительно защитное покрытие на основе гидрированных порошков титана с содержанием водорода 0,5-1,0 мас. % .

П р и м е р ы реализации способа. ТiН_1,75 - гидрид титана, порошок серого цвета. Выпускается промышленностью согласно ТУ 14-1-2159-77. Плотность гидрида титана 3912-3760 кг/м3, содержание водорода 4094 см/г, температурный интервал выделения водорода 400-700оС, удельная теплоемкость 30 Дж/моль К при 20оС.

П р и м е р 1. При изготовлении отливок методом точного литья по выплавляемым моделям была приготовлена суспензия следующим образом. Вначале заливается в мешалку смола и 2/3 объема спирта, все перемешивается, затем добавляется весь объем гидрита титана с содержанием водорода 0,1-0,2 мас. % , перемешивается. После этого добавляют соляную кислоту в 1/3 объема спирта и струйкой заливают в мешалку. Суспензию перемешивают 20-30 мин.

На выплавляемую модель наносят облицовочный слой следующего состава, мас. % : гидрид титана 46,9-49,5, фенольная смола 27,2-28,2, минеральная кислота 3,5-3,8, спирт этиловый - остальное, а на поверхность модели, контактирующей с подвергаемыми механической обработке частями отливки, наносят дополнительно аналогично приготовленную суспензию, но с содержанием водорода 0,5-1,0 мас. % . Дальнейшие слои форм формируются по известной технологии.

П р и м е р 2. При изготовлении отливок в разъемные формы была использована эмульсия следующего состава, мас. % :
растворитель (спирт) 30-60
порошок гидрида титана 40-70 Эту эмульсию можно также наносить на формы, полученные по выплавляемым моделям.

Перед нанесением эмульсии перемешивается для получения однородного покрытия. Сначала наносят защитный слой на основе гидрида титана с содержанием водорода 0,1-0,2 мас. , затем наносят локально эмульсию с содержанием водорода 0,5-1,0 мас. % .

При заливке титана в формы с использованием предложенного защитного покрытия выделяется водород из формы, который образует на границе металл-форма защитную водородную атмосферу и препятствует прохождению газов, идущих от материала формы к материалу отливки.

Преимущества способа. Предложенный способ позволяет значительно уменьшить толщину альфированного слоя, который удаляется с помощью пескоструйной обработки. Что исключает использование дорогостоящего режущего инструмента и станков и снижает потери металла, связанные с некондиционностью отходов.

Уменьшение альфированного слоя повышает усталостные и прочностные характеристики литой детали.

Кроме того, гидрид титана уменьшает теплопроводность форм, улучшая их заполняемость, и тем самым позволяет снизить брак отливок по незаливам и неспаям в среднем в 2-4,5 раза. (56) Авторское свидетельство СССР N 1424230, кл. В 22 D 21/02, 1986.

Сб. Титановое литье Е. Л. Бибиков и др. "Производство фасонных отливок из титановых сплавов. М. , Металлургия, 1983, с. 204-205.

Использование: в литейном производстве, а именно при производстве отливок из титановых сплавов, и может найти применение при изготовлении отливок из других химически активных металлов и сплавов. Сущность изобретения: сначала наносят защитное покрытие на основе гидрированных порошков титана с содержанием водорода 0,1 . . . 0,2 мас. % по всей внутренней поверхности литейной формы, а затем локально на местах, формирующих участки отливки, подвергаемые механической обработке, наносят дополнительно защитное покрытие на основе гидрированных порошков титана с содержанием водорода 0,5 . . . 1,0 мас. % .

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СПЛАВОВ, преимущественно титановых, включающий нанесение слоя защитного покрытия на внутреннюю поверхность литейной формы, заливку металла, формирование отливок, их выбивку и механическую обработку, отличающийся тем, что на участки внутренней поверхности литейной формы, формирующие узлы отливок, подвергаемые механической обработке, наносят дополнительный слой защитного покрытия из материала на основе гидрированных порошков титана с содержанием водорода 0,5 - 1,0 мас. % , при этом основной слой защитного покрытия наносят из материала на основе гидрированных порошков титана с содержанием водорода 0,1 - 0,2 мас. % .