СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ ТРЕБУЕМЫХ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ЗАДАННОЙ ГЛУБИНЫ ЛИТЬЕМ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ Российский патент 2013 года по МПК B22C9/04 B22D19/06 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам литья по газифицируемым моделям

Из уровня техники известен способ получения стали с заданными свойствами путем добавления ферросплавов в индукционную печь при выплавке стали, А.С. №1364644.

Недостатком данного способа является значительный расход ферросплавов, поскольку легирование производят во всем объеме расплава.

Из уровня техники известен способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности заданной глубины литьем по газифицируемым моделям, в частности бурового и режущего инструмента, включающий изготовление моделей из пенополистирола, установку в углубления в модели пластин твердого сплава, размещение модельного блока в опоке и заливку металла (SU 1163977 A, B22D 19/06, 30.06.1985).

Недостатком данного способа является сложность в фиксации твердосплавных пластин небольшого размера.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения отливок, при котором установка вставок в газифицируемую модель осуществляется путем их вклеивания (RU 2219015 C1, B22D 19/06, 20.12.2003).

Недостатком данного способа является то, что при кристаллизации отливки из-за разности коэффициентов термического расширения твердого сплава и металла могут возникать трещины на границе металл - твердый сплав, что в свою очередь не обеспечит должной работоспособности отливки. Также, использование данного способа не обеспечивает формирования переходного слоя, обладающего заданными свойствами (например, повышенной теплопередачей, износостойкостью и др.) на границе металл - твердый сплав.

Все это снижает универсальность способа.

Предлагаемый способ является более универсальным, по сравнению с прототипом.

Повышение универсальности способа выражается в том, что он позволяет формировать переходный слой в отливке на границе металл - твердый сплав, обладающий заданными свойствами.

Для выполнения этой задачи предлагаемый способ включает в себя добавление к клеевым составам легирующих элементов в виде порошка, пасты или пудры, которые при заливке моделей растворяются в расплаве, что приводит к изменению состава металла на границе металл - твердый сплав. В зависимости от природы легирующих элементов возможно протекание физико-химического взаимодействия их с расплавом и твердым сплавом с образованием новых фаз в переходном слое. Для получения требуемого комплекса свойств переходного слоя настоящий способ допускает вводить в клеевые составы несколько легирующих элементов или их соединений в различных сочетаниях.

Способ осуществляется следующим образом.

В клеевые составы производят добавку легирующих элементов или их соединений в виде порошка, пасты или пудры, после чего пластины из твердого сплава или из спеченных керамических материалов вклеивают в пазы, изготовленные в модели из пенополистирола. При заливке моделей происходит растворение и (или) физико-химическое взаимодействие легирующих элементов или их соединений с металлическим расплавом (или с отдельными компонентами расплава), приводящее к получению переходного слоя на границе металл - твердый сплав, имеющего отличный от объема металла химический и фазовый состав. Переходный слой в зависимости от легирующих элементов может обладать различными свойствами, в зависимости от условий эксплуатации отливок. Так, добавки в клеевые составы алюминия, меди и серебра способствуют получению переходного слоя, обладающего повышенной теплоотдачей. Добавки бора, титана, хрома, молибдена, ванадия, вольфрама, ниобия, циркония или марганца придают переходному слою повышенную твердость, по сравнению с основным металлом, а для формирования переходного слоя прочно связанного с железоуглеродистым сплавом легирующими элементами могут служить порошки ферросплавов (феррохром, ферротитан, ферромарганец и др.). Добавки железа, никеля и кобальта обеспечивают получение переходного слоя повышенной пластичности и могут применяться для деталей, работающих в условиях ударных нагрузок. Для формирования переходного слоя повышенной пластичности в клеевые составы целесообразно добавлять также кремний и элементы, снижающие содержание углерода в отливке (например, ферросилиций). Добавки тепловыделяющих составов, например, на основе термита или пудры алюмо-магниевой применяют для улучшения проливаемости тонкостенных отливок. Добавку легирующих элементов в клеевые составы целесообразно проводить в пределах от 1 до 98% (по массе). При добавлении менее 1% легирующих элементов получаемый переходный слой границе металл - твердый сплав оказывается неэффективным, а добавка легирующих элементов более 98% экономически не целесообразна. Крупность используемых порошков лежит в пределе от 1 нм до 0,8 мм. Порошки крупностью менее 1 нм технически трудно получить, а использование порошков крупностью свыше 0,8 мм приводит к получению переходного слоя неоднородным по структуре. Если требуется получить комплекс свойств переходного слоя, то производятся добавки легирующих элементов или их соединений в различных сочетаниях. Например, добавки меди в сочетании с бором (или ферробором) или меди с молибденом или ванадием формируют у переходного слоя повышенную твердость в сочетании с высокой теплопроводностью. После приклеивания пластины из твердого сплава или из спеченных керамических материалов в пазы модели из пенополистирола производится окрашивание моделей противопригарным газопроницаемым покрытием (краской), после высыхания которого модели помещают в контейнер (опоку) и засыпают опорным материалом. Затем объем модели заполняют металлическим расплавом.

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1. Для получения пластичного переходного слоя на границе металл - твердый сплав в клеевой состав производили добавку мелкодисперсного порошка железа в количестве 40%. Модели заливали сталью 40 Л. Полученный переходный слой имел меньшую твердость (20 HRC), по сравнению с основным металлом (42÷44 HRC).

Пример 2. Для получения переходного слоя на границе металл - твердый сплав, обладающего повышенной теплопередачей в клеевой состав производили добавку порошка меди в количестве 80%. Полученные отливки из стали 40 Л содержали переходную зону, обогащенную медью.

Пример 3. Для формирования переходной зоны повышенной твердости на границе металл - твердый сплав в клеевой состав производили добавку порошкообразного ферробора в количестве 10%. Полученный переходный слой в отливках из стали 40 Л состоял из боридов железа и обладал повышенной твердостью (64÷68 HRC) по сравнению с основным металлом.

Изобретение относится к области литейного производства. В пазы изготовленной из пенополистирола модели вклеивают пластины твердого сплава или вставки из спеченных керамических материалов. Готовые модели с вставленными пластинами собирают в модельные блоки, окрашивают газопроницаемой антипригарной краской и сушат. Перед разливкой расплава модельные блоки устанавливают в опоку, засыпают несвязанным песком, уплотняют вибрацией, герметизируют и вакуумируют. Для вклеивания пластин или вставок используют клеевые составы с добавлением порошков легирующих элементов, что обеспечивает при заливке моделей получение переходного слоя с измененной структурой. 6 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности заданной глубины литьем по газифицируемым моделям, включающий изготовление моделей из пенополистирола, вклеивание в углубления в модели пластин твердого сплава или вставок из спеченных керамических материалов, размещение модельного блока в опоке и заливку расплава, отличающийся тем, что при вклеивании пластин твердого сплава или вставок из спеченных керамических материалов используют клеевые составы, в которые добавляют легирующие расплав элементы или соединения в виде порошков, пасты или пудры в количестве от 1 до 98 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующих расплав элементов используют следующие элементы: B, Al, Ti, Cr, Cu, Fe, Ni, Mo, V, W, Nb, Zr, Co, Mn, Si, Aq.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующих элементов используют ферросплавы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующих элементов используют элементы, снижающие содержание углерода в отливке.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легирующих элементов используют тепловыделяющие составы.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве легирующих элементов используют порошкообразные материалы размером от 1 нм до 0,8 мм.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что легирующие элементы добавляют в клеевые составы в различных сочетаниях.