СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК РОЛИКОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК Российский патент 2001 года по МПК B22D13/00 B22D27/20 

Описание патента на изобретение RU2171731C1

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологиям центробежного суспензионного литья заготовок роликов нулевой секции и зоны вторичного охлаждения машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Известен способ центробежного литья полых заготовок (SU, A1, 1320012, 1985 г., 4МПК В 22 D 13/02). Способ заключается в том, что производят заливку металла во вращаемую изложницу и на поверхность жидкого металла вводят дозированные порции порошков легирующих материалов с плотностью большей плотности жидкого металла. В качестве порошков легирующих материалов используют материал на основе ферробора, который вводят в изложницу через 5-20 с после окончания заливки металла. Получают внутренний слой заготовки после закалки ТВ4 твердостью 45-48 HRC.

Недостатком известного способа является невозможность использования его для отливки полых заготовок, используемых для изготовления роликов МНЛЗ, так как при термических перепадах в процессе эксплуатации роликов МНЛЗ велика вероятность появления трещин между слоями в роликах, имеющих разные коэффициенты линейных и объемных расширений. Для роликов МНЛЗ необходима высокая термостойкость, износостойкость и стойкость к температурным перепадам наружного слоя, что не достигается указанным выше способом.

Известен способ центробежного литья заготовок роликов МНЛЗ (Сборник научных трудов, АН, UA, Институт проблем литья, "Центробежное литье - прогрессивный технологический процесс производства труб и заготовок ответственного назначения", Киев, 1990 г., с. 56-59), который заключается в том, что производят заливку расплава металла мартено-ферритного класса во вращаемую изложницу и вводят в расплав металла перед заливкой его в изложницу порошкообразные модифицирующие добавки до образования наружного слоя заготовки глубиной 5-8 мм с последующим вводом порошка железа ПЖ-Ч в течение всего времени заливки расплава металла в изложницу.

В качестве исходного металла использована сталь, содержащая,% (по массе): 0,05-0,12 C; ≅ 0,6 Mn; ≅ 0,4 Si; 12-14 Cr; 1,6-2,2 Ni; 1,2-1,8 Ma; 0,2-0,4 V; 0,35-0,55 Nb; 0,005-0,01 РЗМ.

Порошкообразные хромоникелевые добавки играли в процессе кристаллизации роль охладителя и модификатора, а частицы карбида вольфрама обеспечивали повышение износостойкости и термостойкости стали. Частицы порошка железа ПЖ-Ч выполняли роль микрохолодильников и способствовали образованию в расплаве металла дополнительных активных центров кристаллизации и управляли формированием структуры литого металла.

Хотя этот способ и повышает износостойкость и термостойкость роликов МНЛЗ, но у него сравнительно низкая стойкость к термическим напряжениям, возникающим по глубине тела ролика МНЛЗ. Циклический перепад температур (400-800oC), имеющий место в зоне перехода слоя смеси карбида вольфрама и хромоникелевого сплава в слой с порошком железа, создает неблагоприятные условия для воздействия напряжения на металл в этой зоне. Разные коэффициенты объемного и линейного расширения в слоях могут вызвать образование микро- и макротрещин в этой зоне и может произойти разрушение наружного слоя тела ролика МНЛЗ.

В основу изобретения поставлена задача создания такого способа центробежного литья заготовок роликов МНЛЗ, который исключил бы образование границ раздела между слоями металла с разными порошкообразными добавками и, тем самым, стабилизировал температурные напряжения между слоями в теле ролика МНЛЗ сглаживанием объемных и линейных расширений в слоях, имеющих различные коэффициенты объемных и линейных расширений, что исключит вероятность появления микро- и макротрещин на наружном - рабочем слое ролика МНЛЗ.

Поставленная задача решается тем, что в способе центробежного литья заготовок роликов МНЛЗ, включающем заливку расплава металла мартенситно-ферритного класса во вращаемую изложницу с вводом в расплав перед заливкой его в изложницу порошкообразных модифицирующих добавок до образования наружного слоя заготовки и ввод порошка железа, согласно изобретению, после образования наружного слоя заготовки, порошкообразные модифицирующие добавки продолжают вводить в расплав металла, равномерно уменьшая их расход до нуля, при одновременном вводе в расплав порошка железа, в этот же период времени равномерно увеличивая его расход от нуля до 1,5-3,0% от количества заливаемого расплава металла в секунду до образования промежуточного слоя в заготовке смеси порошкообразных модифицирующих добавок и порошка железа толщиной 2-4 мм, с последующим продолжением ввода порошка железа до окончания заливки металла в изложницу.

Создание промежуточного слоя между наружным слоем в заготовке с введенными в него порошкообразными модифицирующими добавками и слоем с введенным в него порошком железа ПЖ-Ч обеспечивает стабилизацию объемных и линейных расширений по глубине слоев заготовки. Возникающие в результате температурные напряжения имеют место при контакте ролика МНЛЗ с непрерывнолитой заготовкой, особенно в "нулевой" секции МНЛЗ и внутренним охлаждением роликов водой.

Коэффициенты объемных и линейных расширений промежуточного слоя плавно изменяются от максимальных значений этих коэффициентов от наружного к внутреннему слоям. Стабилизация температурных напряжений между слоями достигается наличием промежуточного слоя толщиной 2-4 мм.

При толщине промежуточного слоя менее 2 мм достигнуть стабилизации температурных напряжений между слоями в заготовке ролика МНЛЗ затруднительно, так как добиться при такой малой толщине промежуточного слоя достаточно плавного перехода от слоя к слою не представляется возможным. По технологии процесса литья время образования слоя в процессе литья заготовки 2-3 с.

Увеличение толщины промежуточного слоя более 4 мм уже не влияет на повышение стабилизирующего эффекта, так как перепад температур по глубине ролика в процессе его эксплуатации в этой зоне уже не велик и не опасен для возникновения резких температурных напряжений в слоях. Кроме того, при увеличении толщины промежуточного слоя более 4 мм фактически увеличивается расход легирующих или модифицирующих порошкообразных добавок, что влечет за собой удорожание ролика МНЛЗ. Оптимальная толщина промежуточного слоя составляет 3 мм.

Расход порошка железа ПЖ-Ч составляет 1,5-3,0% от количества заливаемого расплава металла в секунду.

При уменьшении расхода порошка железа менее 1,5% от количества заливаемого металла в секунду не происходит значительного измельчения зеренной структуры в объеме заготовки ролика МНЛЗ и не повышаются его прочностные свойства при достаточно большой протяженности изменений структурных зон заготовки ролика МНЛЗ.

Увеличение расхода порошка железа более 3,0% нецелесообразно, так как не оказывает заметного влияния на морфологические изменения в кристаллической структуре заготовки ролика МНЛЗ.

Оптимальный расход порошка железа составляет 2% от расхода заливаемого металла в изложницу в секунду.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примера его осуществления с использованием технологического оборудования и графика заливки металла и порошкообразных добавок, приведенных на прилагаемых чертежах, на которых
фиг. 1 изображает схему заливного устройства;
фиг. 2 - график заливки металла с модифицирующими порошкообразными добавками и порошком железа ПЖ-Ч.

Способ центробежного литья заготовок роликов МНЛЗ заключается в заливке расплава металла мартенситно-ферритного класса во вращаемую изложницу с вводом в расплав перед заливкой его в изложницу порошкообразных модифицирующих добавок до образования наружного слоя заготовки и ввод порошка железа, согласно изобретению, после образования наружного слоя заготовки порошкообразные модифицирующие добавки продолжают вводить в расплав металла, равномерно уменьшая их расход до нуля, при одновременном вводе в расплав металла порошка железа, в этот же период времени равномерно увеличивая его расход от нуля до 1,5-3,0% от количества заливаемого металла в секунду до образования промежуточного слоя смеси порошка модифицирующей добавки и порошка железа толщиной 2-4 мм с последующим продолжением ввода порошка железа до окончания процесса заливки металла в изложницу.

В качестве расплава металла, заливаемого во вращаемую изложницу, использовали сталь мартенситно-ферритного класса, содержащую,% (по массе): 0,05-0,12 углерода; 1,2-1,8 молибдена; 0,1-0,6 марганца; 0,1-0,4 кремния; 12-14 хрома; 1,6-2,2 никеля, 0,2-0,4 ванадия; 0,35-0,55 ниобия; 0,005-0,01 РЗМ.

Отливали заготовку ролика МНЛЗ с наружным диаметром 150 мм, длиной 980 см, толщиной стенки 40 мм и массой 100 кг.

В емкость 1 (фиг. 1) загружали модифицирующий порошкообразный материал, например диоксид циркония, а в емкость 2 - порошок железа ПЖ-Ч. Заливку расплава металла с температурой 1570-1580oC осуществляли из ковша 3 в заливочную чашу 4, и расплав металла по носку попадал во вращаемую изложницу 6.

В момент начала заливки металла в заливочную чашу 4 осуществляли подачу порошка ZnO2 в чашу 4, при этом производили подъем полого штока 7 с конической насадкой 8 емкости 1. Через образовавшийся щелевой зазор порошок попадал в трубу 9 и с помощью инертного газа, вдуваемого через полый шток, транспортировался в заливочную чашу 4. Регулирование расхода подачи порошка ZnO2 осуществляли изменением давления инертного газа и величиной подъема штока 7 с насадкой 8.

Модифицирующий порошок вводили в чашу 4 с расходом 66 г/с (2% от объема заливаемого металла в период времени ввода порошка ZnO2) в течение 4 с заливки металла (фиг. 2) до образования наружного слоя заготовки ролика МНЛЗ глубиной 3 мм.

После 4 с с момента начала заливки металла в чашу 4 расход ввода модифицирующего порошка равномерно уменьшали до нуля в течение последующих 4 с. Одновременно, после первых 4 с с момента заливки металла в чашу 4 и введения модифицирующего порошка, в чашу 4 вводили порошок железа ПЖ-Ч, увеличивая равномерно его расход, обратно пропорционально уменьшению расхода порошка ZnO2 в течение 4 с до 66 г/с, что составляет 2% от объема заливаемого металла в изложницу в последние 26 с. Общее время заливки металла в изложницу 6 через чашу 4 составило 30 сек. Регулировку подачи порошка железа осуществляли аналогично регулированию подачи порошка модифицирующей добавки. Расход металла составлял 3,3 кг/с (фиг. 2).

В лабораторных условиях были отлиты 10 полых заготовок с разным количеством вводимого порошка железа относительно объема заливаемого металла, %: (1,4; 1,5; 2,0; 3,0; 3,5) и разной толщиной промежуточного слоя, в мм: (1, 2, 3, 5, 7). Кроме того, была отлита для сопоставления заготовка без промежуточного слоя с количеством вводимого порошка железа, составляющим 2% от количества заливаемого металла в секунду.

Заготовки подвергались термическим напряжениям, циклично нагревая их в электропечи до температуры 1000oC и охлаждая водой, пропуская ее через полость заготовки, до температуры 300oC. Количество циклов составило - 200.

После проведения рентгенодефектоскопического и графического анализов в заготовке без промежуточного слоя были обнаружены микротрещины, исходящие от границы между слоями с разными порошкообразными добавками радиально в сторону внешней поверхности заготовки.

В заготовках, имеющих промежуточный слой смеси порошка железа и порошка модифицирующей добавки, микротрещин не обнаружено. В заготовке с толщиной промежуточного слоя 1 мм были видны локальные участки, не разделенные промежуточным слоем, что может, при увеличении длительности термоциклирования, особенно под нагрузкой, вызвать образование трещин. В заготовках с толщиной промежуточного слоя 2-4 мм видно четкое разделение слоев в заготовке промежуточным слоем. Дальнейшее увеличение толщины промежуточного слоя не влияет на разделение границ слоев заготовки, однако увеличивает стоимость изготовления заготовок роликов МНЛЗ.

В заготовке, где количество вводимого порошка железа составляло 1,4% от заливаемого металла в секунду, были видны зоны с крупными зернами, т.е. не было равномерного распределения в объеме слоев заготовки мелкозернистости, что ухудшает механические свойства отливки заготовки.

В заготовках с количеством вводимого порошка железа 1,5; 2,0; 3,0% от количества заливаемого металла в секунду мелкозернистость равномерно распределена по всему объему слоев заготовки. Дальнейшее увеличение расхода порошка железа фактически не влияет на однородность и зернистость стали и при этом повышает стоимость изготовления заготовок.

Предложенное изобретение может быть использовано промышленным способом в металлургической промышленности для изготовления из заготовок литья роликов МНЛЗ и позволит увеличить их срок службы. Это достигается исключением образования трещин в процессе термических напряжений, возникающих от перепада температур по глубине тела ролика в процессе непрерывного литья заготовки МНЛЗ.

Похожие патенты RU2171731C1

название год авторы номер документа
Способ центробежного литья крупногабаритных биметаллических трубных заготовок 1979
  • Акубов Глеб Самсонович
  • Александров Николай Никитьевич
  • Герливанов Евгений Васильевич
  • Драгунов Юрий Григорьевич
  • Ермаков Николай Иванович
  • Комаров Меер Меерович
  • Львов Владимир Михайлович
  • Мирзоян Генрих Сергеевич
  • Слепнев Геннадий Михайлович
  • Стрижов Геннадий Сергеевич
  • Тюльпин Иван Михайлович
SU859019A1
Способ литья заготовок под давлением 1989
  • Караник Юрий Апполинарьевич
  • Минин Владилен Федорович
SU1839122A1
КАРДАННЫЙ ШАРНИР 2000
  • Федосов Владимир Гарольдович
  • Хацкелян Игорь Павлович
  • Алексеенко Георгий Яковлевич
  • Остапенко Георгий Леонидович
  • Алексеенко Богдан Георгиевич
RU2178844C1
Способ получения двухслойных направляющих роликов для машин непрерывного литья заготовок 1988
  • Жуков Олег Петрович
  • Кузнецов Борис Григорьевич
  • Панарина Ирина Юрьевна
  • Смирный Владислав Семенович
  • Затуловский Сергей Семенович
  • Соя Владимир Иванович
  • Любищенко Вячеслав Григорьевич
SU1715472A1
СПОСОБ ЛИТЬЯ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ ИЛИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2021
  • Алпатов Андрей Алексеевич
  • Шанин Николай Дмитриевич
  • Тарарышкин Виктор Иванович
  • Бочвар Сергей Георгиевич
RU2762692C1
Способ однонаправленного и ускоренного затвердевания крупногабаритных толстостенных центробежно-литых стальных заготовок 2019
  • Мирзоян Генрих Сергеевич
  • Орлов Александр Сергеевич
  • Володин Алексей Михайлович
  • Сорокин Владислав Алексеевич
  • Хориков Сергей Михайлович
RU2727369C1
СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ЧУГУННЫХ ЦИЛИНДРОВЫХ ВТУЛОК 1997
  • Конопелько Борис Борисович
  • Найдек Владимир Леонтьевич
  • Масютин Алексей Иванович
  • Шелков С.М.(Ru)
  • Пискунов О.А.(Ru)
  • Монахов В.В.(Ru)
  • Израилев Я.Н.(Ru)
RU2136440C1
СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ 1991
  • Ветер Владимир Владимирович
  • Попов Владимир Александрович
  • Приходько Валерий Павлович
RU2067914C1
СПОСОБ ПРАВКИ КРУГЛОГО ПРОКАТА 2001
  • Алексеенко Богдан Георгиевич
  • Федосов Владимир Гарольдович
  • Остапенко Георгий Леонидович
  • Хацкелян Игорь Павлович
  • Алексеенко Георгий Яковлевич
RU2188092C1
Способ центробежного литья биметаллических труб 1980
  • Соловьев Юрий Григорьевич
  • Герасимов Валерий Георгиевич
  • Дащивец Николай Емельянович
  • Стерлинг Евгений Юльевич
  • Ростокин Виктор Иванович
  • Хоменко Александр Григорьевич
  • Искра Борис Александрович
SU899252A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 171 731 C1

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК РОЛИКОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии центробежного литья заготовок роликов (МНЛЗ). При изготовлении заготовок роликов расплав металла мартенситно-ферритного класса заливают во вращаемую изложницу, при этом в расплав вводят порошкообразные модифицирующие добавки. После образования наружного слоя заготовки заданной толщины порошкообразные модифицирующие добавки продолжают вводить в расплав, равномерно уменьшая их расход до нуля. Одновременно вводят в расплав порошок железа, равномерно увеличивая его расход от нуля до 1,5-3,0% от количества заливаемого металла в секунду. После образования промежуточного слоя из смеси модифицирующих добавок и порошка железа толщиной 2-4 мм продолжают ввод порошка железа до окончания заливки металла в изложницу. Создание промежуточного слоя обеспечивает стабилизацию объемных и линейных расширений по глубине слоев заготовки, что исключает образование трещин в процессе термических напряжений, возникающих в ролике. Достигается увеличение срока службы роликов. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 171 731 C1

Способ центробежного литья заготовок роликов машин непрерывного литья заготовок, включающий заливку расплава металла мартенситно-ферритного класса во вращаемую изложницу, ввод в расплав порошкообразных модифицирующих добавок до образования наружного слоя заготовки заданной толщины и последующий ввод в расплав порошка железа, отличающийся тем, что после образования наружного слоя заготовки заданной толщины продолжают вводить в расплав модифицирующие добавки, равномерно уменьшая их расход до нуля, и одновременно в этот же период времени вводят в расплав порошок железа, равномерно увеличивая его расход от нуля до 1,5 - 3,0% от количества заливаемого расплава в секунду, до образования промежуточного слоя из смеси модифицирующих добавок и порошка железа толщиной 2 - 4 мм, затем продолжают ввод порошка железа до окончания заливки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2171731C1

ХАЦКЕЛЯН И.П
Новая технология изготовления роликов МНЛЗ
Сб
Научных трудов АН UA
Институт проблем литья
Центробежное литье - прогрессивный технологический процесс производства труб и заготовок отечественного назначения
- Киев, 1990, с.56-59
СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ЧУГУННЫХ ЦИЛИНДРОВЫХ ВТУЛОК 1997
  • Конопелько Борис Борисович
  • Найдек Владимир Леонтьевич
  • Масютин Алексей Иванович
  • Шелков С.М.(Ru)
  • Пискунов О.А.(Ru)
  • Монахов В.В.(Ru)
  • Израилев Я.Н.(Ru)
RU2136440C1
О-ТЕХКЙНЕСКАЯБИБЛИОТЕКАЛ. Б. Рогацкий 0
SU335012A1
Способ центробежного литья биметаллических валов 1986
  • Шевченко Авксентий Иванович
  • Кутузов Валентин Петрович
  • Урчукин Виктор Григорьевич
  • Будагьянц Николай Абрамович
  • Диденко Валерий Корнеевич
  • Климковский Бронислав Мечиславович
SU1419796A1
GB 1127485 A, 01.03.1966
Способ получения желтых прозрачных азопигментов 1961
  • Климова Т.С.
  • Табачникова Н.И.
SU141966A1
Устройство управления адаптивным роботом 1975
  • Ерош Игорь Львович
  • Игнатьев Михаил Борисович
  • Марьяновский Семен Михайлович
  • Федоров Владилен Алексеевич
SU560210A1

RU 2 171 731 C1

Авторы

Хацкелян Игорь Павлович

Федосов Владимир Гарольдович

Остапенко Георгий Леонидович

Алексеенко Георгий Яковлевич

Даты

2001-08-10Публикация

2000-05-29Подача