СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ Российский патент 1994 года по МПК B22D13/00 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении двухслойных отливок с износостойким наружным слоем методом центробежного литья (например, прокатных, трубных и мельничных валков, каландровых валов бумагоделательных машин и др.).

Известен способ получения отливки, включающий заливку металла во вращаемую изложницу и введение в расплав с момента начала заливки карбидообразующих и графитизирующих присадок последовательно. Указанный способ не обеспечивает получения необходимого качества металла за счет повышенного трещинообразования отливок.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения отливки, включающий нанесение на изложницу покрытия и последовательную заливку в нее белого легированного и серого чугунов с разными скоростями заливки, при соотношении содержания кремния и хрома в белом легированном чугуне 1:1,0-1,2, а покрытие используют с термическим сопротивлением С, определяемым по следующей зависимости:
C=(25-30)·10^-4 где A - содержание карбидообразующих, %;
B - содержание графитообразующих элементов, %;
в белом легированном чугуне;
к - гравитационный коэффициент.

Данный способ не обеспечивает получения необходимого качества отливки вследствие недостаточной твердости ее рабочего слоя (наружного) и высокого уровня внутренних напряжений.

Целью изобретения является повышение качества и эксплуатационной стойкости отливок.

Указанная цель достигается тем, что способ получения отливки включает нанесение на внутреннюю поверхность изложницы покрытия с коэффициентом термического сопротивления 0,005-0,010 (м²˙К)/Вт, последовательную заливку серого белого легированного и серого чугуна, количество серого чугуна наружного слоя определяют из эмпирического соотношения:
M₁= (0,005-0,01) , где М₁ - масса наружного слоя серого чугуна;
М₂ - масса белого чугуна;
Т_зал.2 - температура заливки белого чугуна;
Т_ликв.2 - температура "ликвидус" белого чугуна;
С - коэффициент термического сопротивления покрытия (м²˙К)/Вт.

Причем серый чугун наружного и внутреннего слоев отливки заливают при вращении изложницы, соответствующим гравитационному коэффициенту на их внутренних поверхностях 30-60, а белый чугун - при гравитационном коэффициенте на внутренней поверхности 70-90.

Нанесение на внутреннюю поверхность изложницы покрытия с коэффициентом термического сопротивления 0,005-0,010 (м²˙К)/Вт обеспечивает оптимальную скорость кристаллизации наружного слоя белого чугуна в отсутствии трещин и других дефектов в отливке. При коэффициенте термического сопротивления менее 0,005 (м²˙К)/Вт вследствие излишне резкого охлаждения расплава и повышенной скорости кристаллизации чугуна растет уровень напряжений в отливках и их склонность к трещинообразованию.

При коэффициенте термического сопротивления покрытия более 0,010 (м²˙К)/Вт не достигается необходимого количества ледебурита в структуре белого чугуна, вследствие чего снижается качество и эксплуатационная стойкость отливок. Необходимую величину коэффициента термического сопротивления покрытия получают комбинацией количества компонентов покрытия с различной теплопроводностью.

Заливка в изложницу центробежной машины дополнительного слоя серого чугуна способствует снижению внутренних напряжений в отливке за счет демпфирования им высокой усадки слоя белого чугуна и повышению твердости чугуна рабочего слоя за счет более интенсивного теплоотвода через дополнительный слой серого чугуна, а также снижения величины воздушного зазора между отливкой и изложницей.

Масса дополнительного наружного слоя серого чугуна определяется из следующего эмпирического соотношения:
M₁=(0,005-0,01) , где М₁ - масса дополнительного слоя серого чугуна;
М₂ - масса белого чугуна;
Т_зал.2 - температура заливки белого чугуна, К;
Т_ликв. - температура "ликвидус" белого чугуна, К;
С - коэффициент термического сопротивления покрытия, (м²/К)/Вт.

Указанное соотношение отражает влияние тепловых условий кристаллизации металла на демпфирующее действие дополнительного слоя серого чугуна; чем выше температура заливки и меньше термическое сопротивление покрытия формы (т. е. больше теплоотвод), тем требуется большая масса серого чугуна дополнительного наружного слоя, смягчающего действие указанных неблагоприятных факторов.

Коэффициент 0,005-0,01 выбирается в зависимости от соотношения конкретного состава и свойств слоев белого чугуна в отливке, чем более "жесткий" состав и степень легирования белого чугуна, тем больше этот коэффициент и соответственно масса заливаемого дополнительного слоя серого чугуна.

При массе дополнительного слоя серого чугуна менее
0,005 , не обеспечивается необходимого демпфирующего действия этого слоя на условия кристаллизации остальных слоев отливки, вследствие возникающих напряжений появляются трещины и снижается качество отливок.

При массе дополнительного слоя серого чугуна более
0,01 , вследствие излишнего уменьшения величины воздушного зазора между изложницей и отливкой склонность отливок к трещинообразованию также возрастает. Кроме того, дальнейшее увеличение массы дополнительного слоя серого чугуна нецелесообразно из экономических соображений.

Выбор гравитационного коэффициента при заливке различных слоев чугуна обусловлен необходимостью регулирования условий кристаллизации и усадки в них металла с целью получения минимального уровня напряжений в отливке.

Так, при заливке слоев серого чугуна, характеризующегося минимальной усадкой, гравитационный коэффициент на их внутренних поверхностях составляет 30-60. При его значении менее 30 не обеспечивается качественной заливки и кристаллизации металла вследствие его возможного дождевания и формирования рыхлой и пористой структуры, а при его значении более 60 возрастает опасность возникновения трещин в отливках из-за усиления надрезывающего действия графита на матрицу при увеличении вибрации изложницы.

Заливка слоя белого чугуна при гравитационном коэффициенте на внутренней поверхности, равном 70-90, обеспечивает повышение качества отливки за счет противодействия усадке этого слоя и, как следствие, снижение уровня литейных напряжений. При гравитационном коэффициенте менее 70 указанного действия гравитационных сил недостаточно, а при его значении более 90 возрастает опасность возникновения трещин в отливке из-за повышенных вибраций в изложнице центробежной машины.

При выполнении способа необходимо соблюдение всех предлагаемых параметров, так как их влияние на получение качественных отливок без трещин возможно только в их взаимосвязи.

П р и м е р. Серый и белый чугуны для заливки соответствующих слоев отливки выплавляли в индукционных печах промышленной частоты. Перед заливкой изложницу приводили во вращение на центробежной машине с горизонтальной осью вращения и наносили покрытия с различными коэффициентами термического сопротивления, варьируемыми за счет использования в качестве компонента покрытия маршалита, коэффициент термического сопротивления покрытия формы составляет 0,01 м²˙К/Вт. Промежуточные значения этого коэффициента получают путем варьирования содержания этих компонентов в покрытии.

В изложницу с внутренним диаметром 330 мм и длиной 1400 мм. Масса наружного слоя из белого чугуна составляла 360 кг, масса внутреннего слоя из серого чугуна составляла 315 кг. Химический состав белого чугуна, мас.%: 3,4 С; 0,65 Si; 0,5 Mn; 0,5 Ca; 0,8 Ni; до 0,1 S и Р. Температура "ликвидус" этого чугуна - 1200^оС. Температура заливки - 1360^оС. Остальные параметры заливки и результаты исследования качества отливок приведены в таблице.

Как следует из приведенных данных, предложенный способ обеспечивает более высокое качество отливок в сравнении с известным способом и при параметрах, выходящих за заявленные пределы.

Использование: в литейном производстве, в частности в способах получения двухслойных отливок с износостойким наружным слоем центробежным литьем. Сущность изобретения: способ получения отливки включает нанесение на внутреннюю поверхность изложницы покрытия с коэффициентом термического сопротивления 0,005-0,010 (м²·K)/Вт , последовательную заливку белого легированного и серого чугуна, количество серого чугуна наружного слоя определяют из эмпирического соотношения: , где M₁ - масса наружного слоя серого чугуна, кг; M₂ - масса белого чугуна, кг; T_зал.2 - температура заливки белого чугуна, °С; T_ликв.2 - температура "ликвидус" белого чугуна, °С; C - коэффициент термического сопротивления покрытия, (м²·K)/Вт . В результате осуществления предложенного способа существенно повышается качество получаемых отливок за счет снижения уровня напряжений, уменьшения количества трещин и повышения твердости наружного слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ, включающий нанесение на изложницу покрытия и последовательную заливку в нее белого легированного и серого чугунов, отличающийся тем, что покрытие используют с коэффициентом термического сопротивления 0,005 - 0,010 м².К/Вт, а перед заливкой белого чугуна заливают дополнительно серый чугун в количестве, определяемом из следующего соотношения:
M₁=(0,005-0,01) ,
где M₁ - масса дополнительного слоя серого чугуна;
M₂ - масса белого чугуна;
T_зал.2 - температура заливки белого чугуна;
T_ликв.2 - температура ликвидуса белого чугуна;
C - коэффициент термического сопротивления покрытия, м².К/Вт. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что серый чугун дополнительного и внутреннего слоев отливки заливают при вращении изложницы, соответствующем гравитационному коэффициенту 30 - 60 на их внутренних поверхностях, а белый чугун - при гравитационном коэффициенте на внутренней поверхности 80 - 90.