ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ МЕДНЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2009 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицирующим, легирующим, теплоизоляционным и защитно-разделительным покрытиям для изготовления центробежным способом литых изделий на основе медных сплавов, работающих в условиях интенсивного износа трения.

Известно легирующее покрытие (патент РФ №2058212 от 1996.04.20 В22С 3/00), содержащее, мас.%:

карбид бора 8-10 ферросиликованадий 6-8 оксид хрома 18-20 оксид титана 10-12 порошок алюминия 12-15 гидролизованный этилсиликат остальное

Недостатком данного покрытия является его многокомпонентность, что приводит к затруднению контроля состава покрытия, необходимость проведения размола для получения заданного гранулометрического состава. Наличие металлического алюминия в составе покрытия увеличивает его теплопроводность, что также снижает его теплозащитные и противопригарные свойства. Снижение теплозащитных свойств покрытия приводит к быстрому затвердеванию отливки и значительному уменьшению толщины легированного слоя.

Известно легирующее покрытие, состоящее из крупнодисперсного порошка феррохрома и жидкого стекла в качестве связующего (Сварика А.А. Покрытия литейных форм. - М.: Машиностроение, 1977, с.99-100).

Недостатком данного покрытия является неравномерность легирования поверхностей. Плохо легируются нижние поверхности из-за вымывания легирующего покрытия и верхние горизонтальные поверхности из-за стекания обмазки. Еще одним недостатком этого покрытия является возможность легирования только отливок большой массы. В небольших отливках крупнодисперсный порошок не расплавится.

Недостатками данного легирующего покрытия является его многокомпонентность, а также необходимость нанесения дополнительных промежуточных слоев, что значительно усложняет технологический процесс и влечет за собой дополнительные затраты.

Наиболее близким к заявляемому способу является защитно-разделительное покрытие и способ его нанесения (патент РФ №2297300 от 2005.12.14, В22С 3/00). При этом в качестве покрытия используется раствор ультрадисперсного порошка диоксида циркония плазмохимического синтеза со средним размером частиц 0.2-0.3 мкм и удельной поверхностью не менее 30 м²/г в индустриальном масле. Состав раствора включает 80-85% индустриального масла и 15-20% порошка диоксида циркония. Раствор наносят на рабочую поверхность литейной формы, предварительно подогретой до температуры 150-170°С, толщиной 0.05-0.15 мм.

Недостатком данного покрытия является отсутствие легирования поверхностных слоев отливки. Легирование поверхности не происходит из-за низкой температуры нагрева литейной формы, в результате чего расплав быстро затвердевает, не давая частицам порошка проникнуть в отливку. Также предлагается использовать только один порошок диоксида циркония, хотя для этих целей можно использовать и другие порошки.

Задача предлагаемого технического решения - повышение качества поверхности отливки и получение заданной гетерофазной структуры сплава, формирующейся в процессе кристаллизации.

Покрытие для литейных форм при центробежном литье медных сплавов, включающее ультрадисперсный порошок и индустриальное масло, отличается тем, что ультрадисперсный порошок оксидов металлов выбран из группы: Al₂O₃, MgO, CaO, средним размером частиц менее 0.5 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ультрадисперсный порошок 20-25 Индустриальное масло остальное

Для достижения указанного технического результата предлагается использовать раствор ультрадисперсного порошка с удельной поверхностью не менее 30 м²/г в индустриальном масле.

При этом в качестве ультрадисперсных порошков используются порошки оксидов металлов плазмохимического синтеза со средним размером частиц менее 0,5 мкм, выбранные из группы Аl₂O₃, MgO, CaO. Состав обмазки включает ультрадисперсный порошок 20-25% и индустриальное масло - остальное.

Обмазку готовят непосредственно перед употреблением. Берут порошок оксида металла и смешивают его индустриальным маслом. Вязкость и плотность раствора должна обеспечивать нанесение слоя обмазки заданной толщины без потеков. Это достигается выбором оптимального соотношения количества порошка и масла.

Сущность изобретения заключается в следующем: при заполнении расплавленным металлом литейной формы частицы оксидов из обмазки смешивают с расплавленным металлом, при этом происходит легирование поверхностного слоя отливки. В результате поверхностный модифицированный слой кристаллизуется, и дальнейшая диффузия частиц оксидов в глубь отливки прекращается. Толщина закристаллизованного слоя зависит от объема заливаемого металла и толщины стенок отливки. При оптимальном соотношении количества металла, заливаемого в форму, толщиной обмазки и ее теплопроводностью, удается сформировать поверхностный слой величиной 10-15 мкм. Между расплавленным металлом и кокилем появляется еще одна граница раздела, которая еще более понизит теплоотвод от расплавленного металла, кристаллизующегося во внутренней части отливки. Оставшаяся часть не модифицированного металла в таких условиях будет кристаллизоваться с замедленной скоростью. Замедленная кристаллизация этой части металла приведет к формированию гетерофазной структуры основного металла.

Приготовленную обмазку наносят на предварительно подогретую до температуры 180-220°С форму до получения заданной толщины слоя. Затем кокиль с нанесенной обмазкой закрепляют в установке и придают ему вращательное движение. Расплавленный медный сплав заливают во вращающийся кокиль. При поступлении расплавленного металла в кокиль происходит выгорание индустриального масла, частицы порошка становятся не закрепленными на поверхности кокиля и смешиваются с расплавленным металлом. Так как порошок имеет очень мелкие частицы, то в поверхностном слое отливки образуется большое количество дополнительных центров кристаллизации. Также попав в расплавленный металл, частицы порошка увеличивают вязкость расплавленного металла. Повышенная вязкость расплавленного металла затрудняет дальнейшее перемещение частиц порошка в глубь отливки. Поверхностный модифицированный слой быстро кристаллизуется и между расплавом и стенкой кокиля появляется еще одна граница раздела. Появление новой границы раздела снизит теплоотвод от расплавленного металла, что позволит замедлить кристаллизацию основного металла отливки. Вращение кокиля ведут до полной кристаллизации отливки, после чего вращение останавливают и отливку извлекают из формы.

Изменяя величину теплопроводности, толщину покрытия на литейной форме направленно изменяют структуру получаемой отливки.

Пример №1

Готовят обмазку из плазмохимического порошка Al₂O₃ со средним размером частиц 0.1-0.2 мкм в количестве 24%, индустриальное масло - остальное и наносят на рабочую поверхность кокиля, нагретую до температуры 170°С, толщиной 0.3 мм. Литейную форму закрепляют в установке, и придают ей вращательное движение и производят заливку медного сплава.

Пример №2

Готовят обмазку из плазмохимического порошка MgO со средним размером частиц 0.1-0.2 мкм в количестве 21%, индустриальное масло - остальное и наносят на рабочую поверхность кокиля, нагретую до температуры 210°С, толщиной 0.4 мм. Литейную форму закрепляют в установке, и придают ей вращательное движение и производят заливку медного сплава.

Пример №3

Готовят обмазку из плазмохимического порошка CaO со средним размером частиц 0.35-0.45 мкм в количестве 20%, индустриальное масло - остальное и наносят на рабочую поверхность кокиля, нагретую до температуры 200°С, толщиной 0.5 мм. Литейную форму закрепляют в установке, и придают ей вращательное движение, и производят заливку медного сплава.

Изобретение может быть использовано при изготовлении отливок, работающих в условиях интенсивного износа трением. На поверхность литейной формы, предварительно нагретую до температуры 180-220°С, наносят покрытие следующего состава, мас.%: ультрадисперсный порошок оксидов металлов, выбранный из группы - Al₂O₃, MgO, CaO 20-25, со средним размером частиц менее 0,5 мкм, индустриальное масло - остальное. Покрытие обладает высокими теплоизолирующими свойствами, производит легирование поверхности отливки частицами ультрадисперсного порошка, приводит к получению заданной гетерофазной структуры.

Покрытие для литейных форм при центробежном литье медных сплавов, содержащее ультрадисперсный порошок и индустриальное масло, отличающееся тем, что ультрадисперсный порошок выбран из группы оксидов металлов, включающей
Al₂O₃, MgO, CaO, со средним размером частиц менее 0,5 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ультрадисперсный порошок 20-25 Индустриальное масло Остальное