Способ получения двуслойных отливок Советский патент 1992 года по МПК B22D13/00 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении двуслойных отливок с износостойким наружным слоем методом центробежного литья.

Известен способ получения двуслойных отливок методом полупромывки в стационарных металлических формах, включающий заливку белого легированного чугуна, выдержку расплава в форме до окончания кристаллизации наружного слоя отливки и последующую заливку через сифонную литниковую систему серого чугуна, вытесняющего из внутренней части отливок

незакристаллизовавшийся белый легированный чугун.

Недостатком данного способа является повышенная склонность к формированию трещин в отливках из-за невозможности регулировать процесс теплообвода, величину переходной зоны и их неравномерности по длине отливки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения двуслойных отливок, включающий последовательную заливку во вращаемую изложницу чугуна двух видов - белого легированного и серого чугунов.

1 00

СО

I- 00

ON

Недостатком этого способа является повышенная склонность отливок к образованию трещин вследствие появления повышенных внутренних напряжений при формировании отливки.

Цель изобретения - повышение качества отливки за счет снижения склонности металла-отливки к трещинообразованию.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему последовательную заливку чугуна двух видов белого легированного и серого, перед заливкой на внутреннюю поверхность вращаемой с определенной скоростью изложницы наносится сыпучий теплоизоляционный материал, обеспечивающий термическое сопротивление С, которое выбирается по следующему эмпирическому соотношению;

,-4 А К ..2l

С (25-30)хЮ

В

,,

где А - содержание карбидообразующих элементов в белом легированном чугуне, %;

В - содержание графитообразующих элементов в белом легированном чугуне, %;

К - гравитационный коэффициент.

Данная зависимость отражает влияние элементов химического состава чугуна на формирование трещин в отливках, кристаллизующих в условиях интенсивного тепло- отвода при наличии значительных динамических нагрузок (в изложницах центробежных машин): графитизирующие элементы в значительной мере способствуют повышению трещиностойкости отливок и при их дополнительном вводе в чугун необходимые эксплуатационные свойства отливок достигаются при наличии более интенсивного теплоотвода, т.е. при заливке чугуна в изложницы с меньшим термическим сопротивлением, в карбидообразую- щие элементы, наоборот, способствуют вследствие особенностей формирования структуры чугуна трещинообразованию в отливках и следовательно при их дополнительном вводе в чугун требуется ограничение теплоотвода в процессе кристаллизации чугуна, т.е. увеличение термического сопротивления теплоизоляционного слоя изложниц.

Коэффициент К в указанной зависимости выбирается по известным соотношениям и зависит от размеров отливки, чем больше ее наружный диаметр и толщина, тем больше должен быть коэффициент К.

Коэффициент 25-30x10 указанной зависимости учитывает конкретные технологические факторы осуществления способа: состав шихты, температуру заливаемого металла, степень вибрации машины и пр. Нижний его предел выбирается при наиболее

благоприятных с точки зрения получения отливок без трещин условиях (низкая температура заливки чугуна, отсутствие вредных примесей в шихте, низкая вибрация маши- ны и пр.), а верхний предел - при противоположных перечисленным условиях.

При термическом сопротивлении теплоизоляционного покрытия менее 25x10

А К,.

указанная величина не обеспечивает

компенсации совокупного влияния факторов химического состава и гравитационного коэффициента на величину внутренних напряжений в кристаллизующейся отливке, вследствие чего скорость отливки к трещинообразованию повышается. При термическом сопротивлении более 30x10

-4 А К

В

качество отливки снижается вследствие

снижения твердости наружного слоя.

Интервал между заливками двух видов чугунов (наружного слоя и внутреннего) определяется исходя из следующего эмпирического соотношения:

т (0,35-0,45) хС а Т, с,

где С - термическое сопротивление теплоизоляционного покрытия, м2К/Вт;

а - толщина наружного слоя белого легированного чугуна, мм;

Т - температура заливки белого легированного чугуна, К.

Такой интервал обеспечивает надежное сваривание двух слоев чугуна и получение минимальной (1-2 мм) переходной зоны, что

способствует снижению напряжений в отливке и уменьшению ее склонности ктрещи- нообразованию. Коэффициенты 0,35-0,45 этого выражения выбирают в зависимости от параметров чугуна второго слоя - его

температуры и степени легированности:

чем ниже температура чугуна второго слоя

и чем выше степень его легированности, тем

меньше должен быть этот коэффициент.

При интервале менее 0,35 С- а -Т происходит увеличение переходной зоны за счет перемешивания двух видов чугунов, что приводит к снижению качества металла, уменьшению слоя белого легированного чугуна, что в свою очередь повышает склонность этого слоя к трещинообразованию. При интервале между заливками более 0,45 О а Т не происходит сваривания слоев обоих видов чугуна, увеличиваются внутренние напряжения за счет отсутствия переходной зоны и резкого изменения структур.

Заливку слоя металла из белого легированного чугуна проводят со скоростью в 1,5- 2 раза превышающей скорость заливки серого чугуна. При этом соотношении создаются условия нарастания твердой фазы залитого металла и увеличения тепловых нагрузок на закристаллизовавшийся металл, который не создает критических напряжений по толщине отливки. При отношении скоростей менее 1,5-2,0 напряжения в отливке возрастают настолько, что возникают горячие трещины.

Получение качественной без трещин отливки способствует химический состав белого чугуна (легированного) с соотношением содержания кремния и хрома 1,1-1,2. При соотношении более 1:1,2 сказывается сильное карбидообразующее действие хрома, в структуре чугуна формируются крупные включения структурно-свободных карбидов и карбидо-фосфидной эвтектики, Повышающих хрупкость металла и в предлагаемых условиях приводит к повышению склонности к трещинообразованию отливки. При соотношении менее 1:1 в структуре чугуна появляются включения графита, которые за счет увеличения предусадочного расширения способствуют увеличению напряжений в металлической матрице белого чугуна.

При выполнении способа очень важным является соблюдение всех предлагаемых параметров, так как их положительное влияние на получение качественных отливок без трещин возможно только в их взаимосвязи.

Пример. Чугун обоих видов выплавляли в индукционных печах промышленной частоты. Химический состав белого легированного чугуна, %: углеродЗ,5; кремний 0,4; марганец 0,4; хром 0,4; фосфор 0,5; сера 0,02; никель 2,0. Перед заливкой изложницу приводили во вращение на центробежной машине с горизонтальной осью вращения. Скорость вращения соответствовала гравитационному коэффициенту, равному 70. Затем наносили на ее внутреннюю поверхность сыпучее теплоизоляционное покрытие из кварцевого песка и цирконово- го концентрата.

Величину С термического сопротивления выбирают исходя из приведенного выше соотношения:

27 ,4 X70 nni1QM2,/RT С (3.5+0,4+0,5+2,0)-° 0118МК/ВТ- Необходимую толщину покрытия определяют по формуле

Xi Х2

Хт, Хз - толщины песка и цирконового концентрата, м;

АьАа коэффициенты теполпроводно- сти песка и цирконового концентрата, Вт/мК -Ai 0,324, А2 0,512.

Исходя из химического состава белого

чугуна и принятой величины гравитационного коэффициента требуемое термическое сопротивление составляет 0,0118 м2К/Вт.

Подставляя значения C,Ai, Аа , подбираем толщину теплоизоляционного покрытия.

Она составит 2 мм песка, 2 мм цирконового концентрата. При а 55 мм, ,4х0,01х55х х1700 380 с.

Белый легированный чугун заливали при 1700 К со скоростью 15 кг/с. Через 380

с после заливки белого чугуна заливали серый чугун со скоростью заливки 10 кг/с. После окончания кристаллизации изложницу останавливали,извлекали из нее отливку. Качество отливки оценивали по наличию

трещин на поверхности отливки, а также на темплетах.

Результаты серии отливок с различными параметрами представлены в таблице. Как следует из приведенных данных, применение предложенного способа обеспечивает получение отливок без трещин с высоким качеством металла наружного слоя, обуславливающем их высокую эксплуатационную надежность.

Формула изобретения

Способ получения двуслойных отливок преимущественно во вращающуюся изложницу, включающий нанесение на изложницу покрытия и заливку в нее белого легированного и серого чугунов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества отливок за счет снижения их склонности к трещинообразованию, заливку чугунов осуществляют с разными скоростями, соотношение которых составляет 1:1,5-2,0, при соотношении содержания кремния и хрома в белом легированном чугуне 1:1,0-1,2, покрытие используют с термическим сопротивлением С, которое определяют из

следующей зависимости:

,-4 А К

С (25-30)хЮ

В

где А - содержание карбидообразующих;

В - содержание графитообразующих элементов в белом легированном чугуне, %;

К - гравитационный коэффициент, а интервал г между заливками чугунов выбирают из следующей зависимости:

т (0,35-0,40) С -а Т,

где С - термическое сопротивление, м2К/Вт; а - толщина слоя легированного чугуна, мм;

Т - температура заливки легированного чугуна, К.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении двуслойных отливок с износостойким наружным слоем, получаемым методом центробежного литья. В изложницу с определенным термическим сопротивлением заливают белый легированный и серый чугун. При этом соотношение скоростей заливки чугуна к белому легированному составляет 1:(1,5-2), а содержание кремния и хрома в белом легированном чугуне составляет 1:(1,0-1,2). Термическое сопротивление покрытия (С) выбирают из следующего эмпирического соотношения: С (25-30) А -К/В, где А - содержание карбидообразующих, В - содержание графитообразующих элементов в белом легированном чугуне, %, К - граавитационный коэффициент. Интервал между заливками чугунов (т) также выбирают из эмпирического соотношения: т