СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ Российский патент 1995 года по МПК B22C9/10 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам получения стержней, оформляющих в отливках систему разветвленных каналов, имеющих значительную протяженность.

Известен стержень для получения системы разветвленных каналов в отливке, который получают путем формирования его из отдельных сердечников, взятых по числу каналов в отливке и изготовленных из одного или нескольких собранных в пучок отрезков проволоки, заключения их в оболочку, которую выполняют в виде многозаходной спирали из ряда параллельно уложенных проволок, взятых по количеству сердечников, и последующего разведения многозаходной спирали на однозаходные в местах разветвления сердечников. После этого собранный стержень покрывают противопригарным составом на основе графита. Стержень выполняют из проволоки, материал которой должен обеспечивать остаточную деформацию при изгибе, а спираль из пружинной проволоки.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить стержни, обладающие необходимой эксплуатационной надежностью при формировании отливки. Это объясняется тем, что стержни, полученные известным способом, подвержены термическому разупрочнению в условиях теплофизического контакта с металлическими расплавами, например магниевым сплавом, так как материалы проволок, используемых для получения элементов стержня-сердечника и его оболочки, не обладают требуемой термостойкостью, а графитовое покрытие химически активно по отношению к указанным расплавам. Все это приводит к охрупчиванию металлической основы стержня, образованию газовых раковин в отливке, снижению коррозионной стойкости литой поверхности сформированного канала и как следствие к обрывам проволок при извлечении стержней из полостей отливок. Последнее явление особенно проявляется при увеличении протяженности каналов, увеличении их числа и выполнении с радиусами изгибов, близкими к прямому углу.

Технический результат от использования предлагаемого способа получения стержней выражается в повышении эксплуатационной надежности стержня за счет устранения его охрупчивания в процессе формирования отливки.

Указанный результат достигается тем, что в качестве материала для формирования сердечника используют дисперсионно-твердеющую при заливке проволоку на основе сложнолегированной железо-хромоникелевой стали, которую предварительно подвергают термомеханической обработке с различными степенями деформации 30-70% для сердечников и 15-35% для спирали, а в качестве противопригарного покрытия используют состав из композиции плавленых сферодозированных окислов магния, алюминия и титана и водонабухающей стеклокерамики, после чего сформированный стержень подвергают термовакуумной обработке при 290-450^оС в течение 30±10 мин.

Согласно предлагаемому способу для получения стержня используют проволоку на основе железо-хромо-никелевой стали, например, марки ЭП700, которую предварительно подвергают термомеханической обработке со степенью деформации 30-70% для сердечников и 15-35% для спиралей. После этого проволоку рубят на мерные заготовки, набирают из них сердечники по числу каналов в отливке и на последние осуществляют намотку многозаходной спирали из параллельно уложенных проволок из той же стали, взятых по числу сердечников, с последующим разведением ее на однозаходные спирали в местах разветвления сердечников. После этого на стержень наносят противопригарное покрытие на основе композиции из плавленых сферодозированных оксидов магния, алюминия и титана и водонабухающей стеклокерамики и подвергают термовакуумной обработке при 290-450^оС в течение 20-40 мин. Предварительная термомеханическая обработка проволоки с различными степенями деформации для сердечников и спиралей в сочетании с соответствующим тепловым воздействием со стороны металла отливки способствует дисперсионному упрочнению металлической основы стержня ( σ≥120 кгс/мм², δ≥4,0%), делая его равнопрочным по всему сечению и обеспечивая при этом необходимую технологическую прочность конструкции, способствующую полному извлечению проволочных элементов стержней из каналов отливки без обрывов. Пределы степеней деформации 30-70% для сердечников и 15-35% для спиралей определены экспериментально и обусловлены достижением оптимальных прочностных характеристик стержней, обеспечивающих полное их извлечение из каналов отливок. Отклонения от заявленных пределов в сторону увеличения или в сторону уменьшения ведет к обрыву стержней по хрупкому или соответственно вязкому типу разрушения при их извлечении из отливок.

Покрытие стержня составом из композиции плавленых окислов магния, алюминия и титана и водонабухающей стеклокерамики позволяет за счет инертности и повышенной текучести сферодозированных частиц керамической композиции исключить их спекание и взаимное схватывание при температурах заливки и формирования отливки, например, из сплава МЛ10 и уменьшить внутреннее трение в системе "отливка-стержень", способствуя очистке полостей каналов и исключая их заглушку материалами стержня. Последующая после нанесения покрытия термовакуумная обработка обеспечивает обезвоживание (дегидратацию) материалов стержня и как следствие устраняет дефекты газового характера в отливках.

Нижний порог термовакуумной обработки стержней 290^оС, установленный дифференциально термическим методом, обусловлен тем, что он совпадает с началом температурного интервала интенсивной термической дегидратации минерального связующего, при которой потери массы керамического материала 70-78% от общих потерь при прокаливании его в интервале 20-1000^оС.

Верхний предел 450^оС термовакуумной обработки обусловлен тем, что выше этой границы термовакуумную обработку производить нецелесообразно, так как дегидратация практически завершается и превышение этого предела ведет к увеличению энергозатрат.

Время термовакуумной обработки равно 30±10 мин устанавливается из условия полной дегидратации материала в пределах указанного температурного режима. При времени, меньшем 20 мин, дегидратация не завершается, что ведет к дефектности литья. Выдержка более 40 мин будет приводит к высокотемпературному старению проволоки, инициируя процесс раннего диффузионного упрочнения, что в сочетании с тепловым воздействием расплава и формирующейся отливки приводит к излишне высокому дисперсионному упрочнению материала металлической арматуры стержня, его охрупчиванию и как следствие к обрывам проволоки при удалении из отливки, обусловливая заглушку полостей каналов материалами стержня.

П р и м е р 1. Для получения в алюминиевой агрегатной отливке канала d 2,5 мм, протяженность l 300 мм, имеющего два разветвления был использован стержень, сердечник которого был выполнен из проволоки ЭП-700 d 1,2 мм, которую предварительно подвергли термомеханической обработке со степенью деформации, равной 30% а спираль сердечника из той же проволоки d 0,4 мм, прошедшей предварительную термомеханическую обработку со степенью деформации 15% На поверхность стержня было нанесено противопригарное керамическое покрытие типа титано-алюмомагнезиальной шпинели и водонабухающей стеклокерамики на основе фтор-флагопита, взятых в соотношении 3:1. После нанесения покрытия стержень был подвергнут термовакуумной сушке и термовакуумном шкафу в течение 30 мин при 400±10^оС. Изготовленный стержень был проставлен в металлическую форму, в которую залили сплав МЛ10 с температурой 740^оС. Очистка каналов отливки от материалов стержня прошла без затруднения с полным удалением материалов стержня, при этом качество литых каналов соответствовало техническим требованиям.

П р и м е р 2. При изготовлении стержня была использована проволока ЭП-700, прошедшая термомеханическую обработку со степенью деформации 75% для сердечника и 40% для спирали. Последующие операции были выполнены идентично первому стержню. При извлечении стержня из отливки произошли обрывы проволоки и заглушка ее каналов материалами стержня.

П р и м е р 3. При изготовлении стержня была использована та же проволока со степенью деформации 25% для сердечника и 5% для спирали. При извлечении стержня из отливки произошло его разpушение в местах разветвления каналов с обрывом спиралей.

Полученные данные свидетельствуют о том, что изобретение обеспечивает получение качественного литья и полное удаление материалов стержня из сформированных каналов отливки в случае изготовления их при соблюдении заявленных пределов технологического процесса.

Использование для изготовления стержней, предназначенных для получения разветвленных каналов в отливках. Технический результат от использования способа выражается в повышении эксплуатационной надежности стержня за счет устранения его охрупчивания в процессе получения отливок. Сущность изобретения: стержень изготавливают из дисперсионно-твердеющей при заливке проволоки на основе сложнолегированной железо хромо никелевой стали, которую предварительно подвергают термомеханической обработке с последующим нанесением на стержень противопригарного покрытия, в качестве которого используют состав из композиции плавленных сфероидизированных оксидов магния, алюминия и титана и водонабухающей стеклокерамики, после чего стержень подвергают термовакуумной обработке.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ, включающий формирование из проволоки разветвленного по числу каналов в отливке сердечника, навивку на него многозаходной спирали из ряда параллельно уложенных проволок, взятых по числу ветвей сердечника, с последующим разведением ее в местах разветвления на однозаходные спирали и нанесение на него противопригарного покрытия, отличающийся тем, что в качестве материала для формирования сердечника и его спирали используют дисперсионно-твердеющую при заливке проволоку на основе сложнолегированной железохромоникелевой стали, которую предварительно подвергают термомеханической обработке со степенью деформации 30 70% для сердечников и 15 35% для спирали, а в качестве противопригарного покрытия используют состав из композиции плавленых сфероидизированных оксидов магния, алюминия и титана и водонабухающей стеклокерамики, после чего сформированный стержень подвергают термовакуумной обработке при 290 450^oС в течение 30 ± 10 мин.