Способ предварительной подготовки графитовой формы Советский патент 1984 года по МПК B22C3/00 B22D21/06 

CD СО САЭ СХ

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно для вакуумного литья тугоплавких и химически активных металлов.

При литье тугоплавких металлов наиболее приемлемым материалом литейной формы является графит. Однако в результате высокотемпературного взаимодействия ( металла отливки с материалом формы на поверхности отливки образуется науглероженный слой.

Известны способы получения отливок из тугоплавких металлов, при которых на поверхность графитовой форкм наносят защитные покрытия на основе более тугоплавких металлов и соединений чем материал отливки tt J.

Однако в зтом случае защита от науглероживания является частичной, так как эти металлы являются карбидообразукицими, а соединения этих металлов с углеродом (карбиды) свариваются с металлом обливки, способствуют твердофазной диффузии углерода из формы в отливку, что приводит к свариванию покрытия с отливкой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения отливок из тугоплавких и химически активных металлов, при котором поверхность углеродистой формы покрывают защитным покрытием металла подгруппы медИ; которые термохимически инертны к тугоплавким металлам и к углероду формы, с последующим покрытием слоя меди слоем тугоплавкого металла 2 . Однако возможности получения литых тонкостенных деталей из этих металлов ограничены из-за низкой заполняемости тонких сечений, так как металл отливки не проливается в тонкие полости и не заполняет их. В то же время потребности техники вызьгеают необходимость получения все более и более тонкостенных изделий из этих металлов . Целью изобретения является улучшение заполняемости графитовой формы Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предварительной подготовки графитовой формы дпя изготовления тонкостенных отливок из химически активных металлов, включающему последовательное нанесение на

рабочую поверхность графитовой формы слоев покрытия из металла подгруппы меди и металла более тугоплавкого, чем металл отливки, на слой покрытия

из металла более тугоплавкого, чем металл отливки, наносят дополнительный слой из металла, менее тугоплавкого, чем металл отливки.

В качестве третьего слоя покрытия

может быть использован никель.

Первьй слой на углеродистой -форме - слой металла подгруппы меди создает диффузионный барьер на поверхности формы. Слой тугоплавкого металла

(второй слой), нанесенный поверх первого слоя, предохраняет его от смывания заливаемым тугоплавким металлом. Слой металла с температурой плавления ниже температуры плавления заливаемого металла (третий слой)

расплавляется и создает жидкую легкоплавкую прослойку при заполнении литейной формы, что облегчает процесс ее заполнения. Тугоплавкие и химически активные металлы ( НЪ , Та ,

Мо, W , ) являются переходными Jidl-металлами с незаполненной в1 -обоп лочкой. При взаимодействии между собой зти металлы образуют широкие области твердых растворов, без больших, искажений кристаллической решетки. Если в качестве покрытий выбирать также d -металлы, т.е. металлы 1У-У111 групп периодической системы, то влияние растворения покрытия в поверхностном слое отливки на ее свойства становится минимальным. В то же время другие элементы периодической системы даже в количестве долей процента могут отрицательно повлиять на свойства отливки из тугоплавких металлов. Поэтому в качестве покрытий (третий слой) для улучшения заполняемости литейной формы тугоплавкими металлами ( Nb , То , Мо , W , Re ) следует выбирать только металлы 1У-У111 групп периодической системы, такие как Ti, 2i- , Hf , Мм , Fe , Со , Ni . В момент кристаллизации заливаемого металла внутреннее трение образующихся кристаллов останавливает движущийся поток металла. При наличии на поверхности формы легкоплавкой прослойки течение потока заливаемого металла облегчается, движение образуюпщхся кристаллов не тормозится о стенки формы, что обеспечивает лучшее заполнение формы. Производят заливку клиновидных отливок из ниобия в углеродистые фор мы, изготовленные прессованием. Вес отливки 5,2 кг. Широкая сторона клина 20 мм, малая сторона клина 0,3 мм высота клина 100 мм. Контрольную форму покрывают слоем меди толщиной 10-15 мкм (первый слой На слой меди наносят слой вольфрама толщиной 8-10 мкм (второй слой). Заливают также углеродистую форму без покрытия. Покрытие опытной формы следующее: первый слой - медь, толщиной 10-15 мкм, второй слой - вольфрам толщиной 8-10 мкм, третий слой никель толщиной 8-10 мкм. При увеличении толщины покрытия первого слоя более 15 мкм наблюдаются газовые поры в поверхностном сло отливки из-за испарения меди. По этой же причине толщина покрытия третьего слоя также не должна пр выщать 15 мкм. Покрытия наносят на углеродистую форму испарением покрьгаающего металл в электронно-лучевой установке в вакууме рт.ст. и осаждением ег на углеродистую форму. Температура нагрева формы, на кот рую наносят покрытия, составляет 400-500°С. Заполняемость формы контролируют по толщине кромки клина, образованно заливаемым металлом. Контролируют также науглероживание оверхностного слоя (толщиной 0,3 мм). анные приведены в таблице. Толщина покрытия КоличестТолщина залитой кромво углероки клина, да в помм (в средверхностнем по 5 ном слое отливкам отливки, вес.% Форма без пот-. крытия 1,35 Медь 10-15 Вольфрам 8-10 1,05 Медь 10-15 Вольфрам 8-10 0,52 Никель 8-10 Данные таблицы показывают, что заполняемость углеродистой формы при . применении предлагаемого трехслойного покрытия улучшается в 2,0 раза (проливается сечение 0,52 мм). Степень науглероживания поверхностного слоя отливки остается на низком уровне. Использование предлагаемого способа позволит получать литьем более тонкостенные детали, которые до этого получали механической обработкой.

1. СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ГРАФИТОВОЙ ФОРМЫ для изготовления тонкостенных отливок из химически активных металлов, включающий последовательное нанесение на рабочую поверхность графитовой формы слоев покрытия из металла подгруппы меди и металла более тугоплавкого, чем металл отливки, отличающийс я тем, что, с целью улучшения заполняемости графитовой формы, на слой покрытия из металла более тугоплавкого чем металл отливки, наносят дополнительный слой из металла, менее тугоплавкого, чем металл отливки. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что третий слой покрытия наносят из никеля.