СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК Российский патент 2002 года по МПК B22D19/00 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к производству литого армированного инструмента, работающего в жестких условиях ударно-абразивного износа.

Известен способ изготовления биметаллического режущего инструмента /1/, включающий загрузку в литейную форму пластин из твердого сплава, покрытых припоем на медно-никелевой основе, нагрев пластин в восстановительной среде, заливку формы матричным металлом и виброуплотнение формы с целью повышения плотности соединения пластин с металлом.

Известен способ получения отливок с уплотнительными элементами /2/, заключающийся в том, что заливку расплавленного металла осуществляют непосредственно на выступ уплотнительного элемента, который предварительно покрывают экзотермической смесью, использование которой обеспечивает дополнительный разогрев поверхности уплотнительного элемента и способствует повышению надежности сплавления материала элемента с матричным металлом.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ получения армированных отливок /3/, преимущественно для изготовления бил роторных дробилок, включающий загрузку в литейную форму армирующих элементов, поверхность которых покрыта двумя составами экзотермической обмазки, фиксацию элементов на стенке формы и заливку металла.

К недостаткам известных способов получения армированных отливок, в том числе способа - прототипа /3/, следует отнести технологическую сложность их выполнения вследствие нанесения на поверхность армирующих элементов металлических покрытий и экзотермических обмазок, кроме того, существует вероятность снижения диффузионного сцепления материала элементов с металлом отливки по причине возможного повреждения экзотермического слоя при заливке жидкого металла.

Изобретение направлено на снижение трудоемкости получения армированных стальных отливок, повышение надежности диффузионного соединения материала армирующих элементов с основным металлом отливки и обеспечение заданной фиксации элементов в готовой отливке.

Поставленная цель и технический результат достигается за счет того, что в литейную форму загружают армирующие элементы, преимущественно из спеченных твердых сплавов на основе карбида вольфрама на кобальтовой или никелевой связке, фиксируют элементы на стенке формы и заливают сталью, при этом объемную долю армирующих элементов выбирают в пределах 10-50% от армируемого объема отливки, а перед заливкой сталь перегревают выше температуры ликвидус на величину, определяемую из соотношения:
Т=300•V₁/V₂, где V₁ - объем армирующих элементов и V₂ - армируемый объем отливки. Кроме того, фиксацию армирующих элементов на стенке литейной формы осуществляют с помощью одного из вариантов: крепление армирующих элементов к стенке формы приваренными к ним литейными гвоздями; крепление к стенке формы стальной пластины или стальной сетки с приваренными или приклеенными высокотемпературным клеем армирующими элементами; крепление к стенке формы армирующих элементов, запаянных в синтетическую пленку.

Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в величине объемной доли армирующих элементов в армируемом объеме отливки, в перегреве стали выше температуры ликвидуса на величину, зависящую от объемной доли армирующих элементов, и в методах фиксации элементов на стенке литейной формы.

Выбор значений объемной доли армирующих элементов в пределах 15-50% от армированного объема отливки обусловлен назначением и условиями эксплуатации инструмента, а также технологическими особенностями изготовления армированных отливок. Содержание элементов в армируемом объеме отливки менее 15% нецелесообразно по причине малого ресурса эксплуатации инструмента, а содержание более 50% ограничено технологическими причинами, в частности литейными свойствами заливаемой стали и возможным снижением прочности диффузионного соединения элементов с металлом в связи с наличием раковин в армируемом объеме отливки. Перегрев стали выше температуры ликвидус на величину прямо пропорциональную объемной доле армирующих элементов, обусловлен необходимостью создания оптимальных термических условий для обеспечения надежного диффузионного соединения армирующих элементов с металлом отливки.

Методы фиксации армирующих элементов на стенке формы выбраны из условия обеспечения точности их ориентации в отливке, а также в зависимости от размеров и геометрической формы элементов.

Пример. Отливали деталь "Молоток" массой 10 кг из стали марки 40XЛ, имеющей температуру ликвидус 1500^oС. Габариты отливки 296x96x70 мм, армирование производили элементами из твердого сплава марки ВК6 (ГОСТ 3882-74) в форме цилиндров диаметром 0,8 см и высотой 1,5 см. Армируемый объем для данной отливки составляет V₂=60 см³. Изготовили пять отливок с различным содержанием армирующих элементов и вариантами фиксации их на стенке формы. Объем армирующих элементов для каждой отливки составил соответственно V₁=6, 9, 18, 30 и 36 см³, а количество элементов в отливках - 8, 12, 24, 40 и 48 шт.

В качестве литейных гвоздей использовали стальную проволоку диаметром 2 мм, длиной 30 мм, которую приваривали к торцу армирующего элемента. В качестве стальных пластин и сетки применяли пластину толщиной 0,5 мм и сетку из проволоки 0,5 мм с ячейкой 3x3 мм. Материал литейных гвоздей, пластины и сетки - сталь марки Ст. 3. В качестве синтетической пленки использовали пленку типа "Севелен" толщиной 0,2 мм, марки 11306-075 (ГОСТ 10354-82). Стальные пластины, сетку и синтетическую пленку с закрепленными на них армирующими элементами устанавливали на стенку формы с помощью литейных гвоздей.

Технологические параметры изготовления армированных стальных отливок и достигнутый технический результат приведены в таблице. Эксплуатационные характеристики изготовленных "молотков" оценивали по стойкости их при дроблении кусков кварца размером 50-70 мм до крошки с размером частиц 3-5 мм.

Из данных таблицы можно сделать вывод, что износ армируемой части инструмента уменьшается с увеличением объема армирующих элементов, а величины объемных долей элементов в армируемом объеме отливки и перегрева стали соответствуют оптимальным значениям.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авт. свид. СССР 1546205, В 22 D 19/00, заявл. 21.10.87, опубл. 28.02.90.

2. Патент РФ 1822371, В 22 D 19/00, заявл. 03.06.91, опубл. 15.06.93.

3. Авт. свид. СССР 1576231, В 22 D 19/02, заявл. 26.07.88, опубл. 07.07.90 - прототип.

Изобретение может быть использовано при изготовлении инструмента, работающего в условиях абразивного износа. На стенке литейной формы фиксируют армирующие элементы с помощью литейных гвоздей, стальных пластин или сетки, прикрепляемых к элементам, например, сваркой. Возможно крепление элементов с помощью двух пленок. Объем армирующих элементов составляет 15-50% от армируемого объема отливки. Сталь перегревают выше температуры ликвидус на величину, прямо пропорциональную объемной доле армирующих элементов, и заливают в форму. Создаются оптимальные термические условия для надежного диффузионного соединения армирующих элементов с отливкой. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения армированных стальных отливок, включающий загрузку в литейную форму армирующих элементов, фиксацию элементов на стенке литейной формы и заливку стали, отличающийся тем, что объемная доля армирующих элементов составляет 15-50% от армируемого объема отливки, а перед заливкой сталь перегревают выше температуры ликвидус на величину, определяемую из соотношения
T=300•V₁/V₂,
где Т - температура перегрева стали;
V₁ - объем армирующих элементов;
V₂ - армируемый объем отливки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиксацию армирующих элементов на стенке литейной формы осуществляют с помощью литейных гвоздей, прикрепленных к каждому элементу, например, сваркой или пайкой. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиксацию армирующих элементов на стенке литейной формы осуществляют с помощью стальных пластин или сетки, на которые закрепляют элементы, например, сваркой или высокотемпературным клеем. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиксацию армирующих элементов на стенке литейной формы осуществляют с помощью двух синтетических пленок, между которыми закрепляют элементы.