СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ СВИНЦОВИСТЫХ БРОНЗ Российский патент 2010 года по МПК C22C9/00 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления мелкогабаритных и среднегабаритных литых изделий на основе медных сплавов, работающих в условиях интенсивного износа трения.

Известен способ улучшения качества поверхности и свойств поверхностного слоя отливок из медных сплавов с помощью покрытий литейной формы (Бедель В.К. Кокильное литье цветных сплавов. - М.: Наука и техника. - 1944). На поверхность нагретой до температуры 250-300°С литейной формы наносят обмазку, состоящую из 96% (весовых) машинного масла и 4% графита порошкообразного. Этот способ позволяет получать достаточно чистую и однородную по свойствам поверхность формы.

К недостаткам способа относятся склонность к газообразованию машинного масла в момент соприкосновения с жидким металлом, вследствие чего отливки часто получаются с газовыми раковинами.

Известен способ получения равномерной структуры и повышения механических свойств бронз марок БрОС 10-10 и БрОЦС 5-5-5 путем повышения температуры нагрева формы до 600-800°С (Бараданьянц В.Г. Свойства отливок из медных сплавов, изготовленных по выплавляемым моделям // Литейное производство. - 1957. - №5. - С.10-12).

К недостаткам данного способа относятся незначительное повышение механических свойств (предел прочности возрастает на 5-10%, твердость падает на 7-11%, относительное удлинение возрастает в 2-2,3 раза), а также технологическая трудность обеспечения столь высоких температур нагрева литейной формы и необходимость значительных затрат энергии на нагрев.

Известен способ улучшения качества поверхности отливок из сталей и алюминиевых сплавов (Крушенко Г.Г., Москвичев В.В., Буров А.Е. Применение нанопорошков химических соединений при производстве металлоизделий // Тяжелое машиностроение. - 2006. - №9). На поверхность формы наносится стандартная огнеупорная краска (порошок окиси цинка ZnO, жидкое стекло Na₂SiO₃, вода) с добавкой в нее нанопорошка нитрида кремния Si₃N₄. Это дает возможность увеличить чистоту поверхности в 1,6 раза.

К недостаткам способа относятся необходимость дополнительных затрат времени на сушку нанесенного покрытия, а также слабое влияние на свойства поверхностного слоя из-за относительно высокой теплопроводности используемого нанопорошка.

Известен способ повышения механических свойств углеродистых сталей (Усков И.В., Крушенко Г.Г., Миллер Т.Н., Пинкин В.Ф. Формирование и свойства поверхностно-легированного слоя в отливке. - Литейное производство. - 1992. - №11. - С.3) с помощью легирующего покрытия формы. При этом в качестве покрытия используется смесь порошкового сплава ПГ-СР4, стандартного связующего и ультрадисперсного порошка карбонитрида титана TiCN в количестве 0,06% (по массе). Смесь наносят на рабочую поверхность литейной формы. Использование такого покрытия дает увеличение твердости поверхности на 34%, относительной износостойкости на 43%.

Недостатком данного способа является достаточная сложность и дороговизна такого покрытия, а также невозможность использовать его в таком качестве для медных сплавов из-за более низкой температуры заливки. Также карбонитрид титана TiCN не используют для легирования медных сплавов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения отливок из медных сплавов при центробежном литье (патент РФ №2297300 от 20.04.2007, В22С 3/00). Способ включает нагрев литейной формы, нанесение на нагретую поверхность формы обмазки следующего состава, вес.%: 80-85 индустриальное масло, 15-20 ультрадисперсный порошок оксидов металлов, заливку и охлаждение отливки.

Недостатком данного способа является ограниченность применения, способ предназначен для центробежного литья, а также невозможность повышения механических свойств более чем на 10% за счет его использования.

Задачей прелагаемого технического решения является повышение механических свойств свинцовистых бронз формированием сферических включений свинца в бронзовой отливке.

Для достижения указанного технического результата в способе получения отливок из свинцовистых бронз осуществляют нагрев литейной формы до температуры 280-320°С, на нагретую поверхность формы наносят обмазку состава:

80-85% (весовых) индустриальное масло,

15-20% ультрадисперсный порошок оксидов металлов,

затем в форму заливают свинцовистую бронзу и охлаждают до комнатной температуры на воздухе.

Нанесенный на поверхность литейной формы защитно-разделительный слой препятствует непосредственному контакту расплавленного металла с металлической формой. Нагретая до температуры 280-320°С литейная форма обеспечивает значительно менее интенсивный теплоотвод, поэтому залитый металл будет дольше находиться в расплавленном состоянии в литейной форме.

Увеличению времени нахождения в расплавленном состоянии заливаемого металла в литейной форме будет способствовать и выгорание индустриального масла из защитно-разделительного покрытия.

Большее время нахождения в форме в расплавленном виде позволяет эффективнее удалить газы из расплавленного металла. Замедление скорости охлаждения приведет к выравниванию структуры по сечению отливки (небольшое отличие в величине зерна у поверхности отливки и в центральной зоне). При этом более длительный процесс кристаллизации сплава приводит к сфероидизации свинцовых включений. При разделении жидкой эмульсии свинца и меди на составляющие у свинцовых включений появляется время на образование капельной формы за счет больших сил поверхностного натяжения (480 мН/м), чем у меди (135 мН/м).

Округлая форма свинцовых включений служит меньшим концентратором напряжения в структуре сплава, обеспечивая более высокие механические свойства.

Предварительный подогрев литейной формы до температуры ниже 280°С не позволит получить включения свинца сферической формы, в результате чего механические свойства отливки получаться ниже. В случае предварительного нагрева до температуры более 320°С произойдет укрупнение частиц свинца и значительный рост зерна, что также отрицательно скажется на механических свойствах.

Пример 1

На нагретую до температуры 280°С литейную форму наносят обмазку следующего состава:

85% (весовых) индустриального масла;

15% ультрадисперсного порошка оксида алюминия со средним размером частиц 0.2-0.3 мкм.

Затем в форму заливают бронзу из ряда свинцовистых бронз марки БрС10 и охлаждают до комнатной температуры на воздухе, затем извлекают отливку. Полученная структура обеспечивает увеличение ударной вязкости на 21%, предела прочности на 13% по сравнению с отливкой, полученной без применения обмазки и залитую в форму комнатной температуры.

Пример 2

На нагретую до температуры 320°С литейную форму наносят обмазку следующего состава:

80% (весовых) индустриального масла;

20% ультрадисперсного порошка оксида алюминия со средним размером частиц 0.2-0.3 мкм.

Затем в форму заливают бронзу из ряда свинцовистых бронз марки БрС30 и охлаждают до комнатной температуры на воздухе, затем извлекают отливку. Полученная структура обеспечивает увеличение ударной вязкости на 28%, предела прочности на 19% по сравнению с отливкой, полученной без применения обмазки и залитую в форму комнатной температуры.

Пример 3

На нагретую до температуры 300°С литейную форму наносят обмазку следующего состава:

82% (весовых) индустриального масла;

18% ультрадисперсного порошка диоксида циркония со средним размером частиц 0.2-0.3 мкм.

Затем в форму заливают бронзу из ряда свинцовистых бронз марки БрС30 и охлаждают до комнатной температуры на воздухе, затем извлекают отливку. Полученная структура обеспечивает увеличение ударной вязкости на 25%, предела прочности на 17% по сравнению с отливкой, полученной без применения обмазки и залитую в форму комнатной температуры.

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает нагрев литейной формы до температуры 280-320°С. На нагретую поверхность формы наносят обмазку состава, вес.%: индустриальное масло 80-85, ультрадисперсный порошок оксидов металлов 15-20. В форму заливают свинцовистую бронзу и охлаждают до комнатной температуры на воздухе. Достигается повышение эффективности удаления газов из расплавленного металла, выравнивание структуры по сечению отливки, увеличение механических свойств отливок.

Способ получения отливок из свинцовистых бронз, включающий нагрев литейной формы до температуры 280-320°С, нанесение на нагретую поверхность формы обмазки следующего состава, вес.%:
индустриальное масло 80-85 ультрадисперсный порошок оксидов металлов 15-20