Способ получения отливок и слитков Советский патент 1992 года по МПК B22D7/00 

1

(21)4906328/02

(22) 19.12.90

(46) 30.09.92. Бюл. № 36

(71)Мариупольский металлургический институт

(72)А. М. Скребцов, Л. А. Дан, В. В. Килочкин и Б. А. Павлюк

(56)Авторское свидетельство СССР N 1424946, кл. В 22 D 7/00, 1986.

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК И СЛИТКОВ

(57)Использование металлургии при получении слитков и отливок любой формы, в которых затвердевание отливки сопровождается питанием жидким расплавом из прибыли для улучшения качества литого металла при упрощении способа его получения. Сущность: способ воздействия на металл прибыли заключается в погружении рабочего органа в верхний слой металла прибыли, рабочий орган в момент окончания заливки погружают перпендикулярно верхнему уровню расплава на глубину 0,01-0,10 высоты прибыли и перемещают горизонтально, перемешивая поверхностный слой расплава, с частотой от 0,1 до 2,0 перемещений (или возмущений) расплава в каждой точке его поверхности за 1 с.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении слитков и отливок любой формы, в которых затвердевание отливки сопровождается питанием жидким расплавом из прибыли.

Для измельчения структуры зерна металла и улучшения его служебных свойств к настоящему времени разработаны способы воздействия на жидкий металлический расплав в отливке и в ее прибыли.

Известен способ получения отливок, заключающийся в воздействии на кристаллизующийся металл электромагнитным полем, Недостатками этого способа являются: низкий коэффициент использования энергии, громоздкость устройств, сложность осуществления способа при отливке крупных отливок в песчано-глинистые формы, возможность замешивания в расплав окружающего воздуха.

Ё

Известен способ получения слитков, заключающийся в газоимпульсной обработке расплава, Недостатками способа являются: разрушение песчано-глинистой формы, засорение отливки неметаллическими включениями, засасывание в расплав газов. Кроме того,способ подразумевает наличие дорогостоящего оборудования для всасывания и нагнетания газа.

Известен способ виброобработки жидкого металла (принят за прототип), включающий обработку жидкой фазы слитка возвратно-поступательными движениями погруженного в жидкую фазу полого металлического стержня.

Обработку ведут после заполнения металлом внутренней полости погруженного стержня на 0,2-0,4 ее объема при соединении с атмосферой. Рекомендуемая глубина погружения стержня составляет 0,85-0,95 высоты металла в прибыльной части слитка. При этом происходит интенсивное перемеXI

Ј

vj 00

шивание всего объема жидкой фазы слитка в процессе виброимпульсного воздействия, Недостатками известного способа являются: разрушение песчано-глинистых форм, засорение отливки неметаллическими включениями, возможность захвата окружающего воздуха турбулентным потоком перемешиваемого расплава, а также затруднённость обработки масс металла.

Цель изобретения - улучшение качества литого металла при упрощении способа его получения.

Поставленная цель достигается тем, что в спосоЬе воздействия на металл прибыли, заключающемся в погружении рабочего органа в верхний слой металла прибыли, рабочий орган в момент окончания заливки погружают перпендикулярно верхнему уровню расплава на глубину 0,01-0,10 высо- ты прибыли и перемещают горизонтально, перемешивая поверхностный слой расплава, с частотой от 0,1 до 2,0 перемещений (или возмущений) расплава в каждой точке его поверхности за 1 секунду. Перемещения продолжаются от момента окончания заливки расплава в форму до конца затвердевания металла в отливке и прибыли, т е. до момента времени, когда из-за увеличения вязкости металла вблизи температуры лик- видуса становится невозможным воздействие на расплав. Роль рабочего органа исполнительного механизма может выполнять: пруток металла; пластина; несколько отделенных друг от друга прутков, пластин и т. п., механически скрепленных в единое целое.

Достигаемый положительный технический эффект от предлагаемой совокупности действий объясняется следующим образом.

При моделировании процесса кристаллизации расплава авторы использовали известный способ. Моделирование на прозрачной модели из тиосульфата натрия (№28203 5Н20) позволило обнаружить, что недопущение образования затвердевшей корочки на поверхности прибыли перемешиванием слоя расплава, оговоренной выше глубины, металлическим прутком приводит к охлаждению расплава в верхней части прибыли и образованию мелких, изолированных друг от друга кристаллов. Опускаясь вниз в гравитационном поле и под воздействием нисходящих конвективных потоков эти кристаллы оседают на дно фор- мы, образуя мелкую однородную структуру во всем объеме отливки.

Очевидно, что связанное с объемной кристаллизацией образование мелких изолированных друг от друга кристаллов в прибыли, не исключает направленной

кристаллизации от стенок и дна фЪрмы. При этом следует учесть, что направленная кристаллизация будет иметь место лишь до начала воздействия на прибыль, которое приводит к инициализации дождя изолированных кристаллов, подавляющего направленную кристаллизацию.

Опыты показали, что предлагаемый способ улучшения качества металла эффективен: а) для вертикального питания расплавом тела отливки По направлению сверху вниз, б) для горизонтального питания расплавом тела отливки из прибыли (в зоне действия прибыли).

Необходимым условием образования в прибыльной части мелких изолированных друг от друга кристаллов, а следовательно, и достижения поставленной цели изобретения является наличие свободной от корочки закристаллизовавшегося металла поверхности прибыли. Поддерживать это условие позволяет погружение рабочего органа в прибыль на оговоренную выше глубину. Меньшая, чем 0,01 высоты прибыли, глубина погружения рабочего органа неэффективна, т. е. в этом случае возможно образование на поверхности прибыли корочки затвердевшего металла. Цель изобретения достигнута не будет Большая, чем 0,1 высоты прибыли, глубина погружения рабочего органа в прибыль приводит к вовлечению в область воздействия за счет физических свойств металла (вязкости, несжимаемости и др.) практически всего объема кристаллизующегося металла, т. е. к известным техническим решениям (см. выше). Цель изобретения достигнута не будет

В качестве материала рабочего органа может быть использован металл с температурой плавления не ниже, чем Температура плавления металла отливки.

Цель изобретения достигается лишь в том случае; когда частота воздействия на расплав находится в пределах 0,1-2,0 перемещений за 1 секунду. Частота перемещений, меньшая нижнего предела, приведет к тому, что в паузах между воздействиями пройдет направленная кристаллизация от стенок и дна формы, металл не будет иметь мелкозернистой равноосной структуры, таким образом цель изобретения достигнута не будет Частота перемещений расплава, большая верхнего предела, приводит к замешиванию в расплав газов, обломков корки затвердевшего металла: металл будет насыщаться гетерогенными включениями. Цель изобретения достигнута не будет, т. к. подобные включения приводят к ухудшению структуры и механических свойств металла.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом позволяет выявить отличительные признаки, что дает возможность сделать вывод о соответствии

его критерию изобретения новизна.

В результате поиска авторы не обнаружили техническое решение, содержащее отличительные признаки изобретения, следовательно, предложенное решение соответствует критерию изобретения существенные отличия.

1

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В литейную форму, либо в изложницу, имеющую прибыльные полости, заливают жидкий металл. В момент окончания заливки расплава в прибыль перпендикулярно его свободной поверхности вводят рабочий орган (металлический пруток) на глубину, равную 0,01-0,10 высоты прибыли (см. фиг. 1; на фиг. 1: а - тело отливки; б - тело прибыли; в - рабочий орган; А-глубина погружения рабочего ор- гана, т. е. высота слоя перемешиваемого расплава в прибыли). После этого рабочий орган начинают перемещать в горизонтальной плоскости, охватывая максимально возможную площадь поверхности. Траектория перемещения конца рабочего органа в расплаве может быть различной периодические синусоидальные кривые, отрезки ломаной линии, вращение по кругам, элип- сам и другим линиям. Движения рабочего органа препятствуют образованию сплошной корочки затвердевшего металла на поверхности расплава в прибыли и приводят к возникновению большого количества изолированных кристаллов металла в переме- шиваемом слое расплава

Предлагаемый способ обеспечивает получение однородной мелкокристаллит- ной структуры, улучшение механических свойств металла отливки Технология осуществления способа более проста и экономична по сравнению с известными решениями (см. прототип и аналоги), так как воздействию подвергается лишь тонкий по- верхностный слой жидкого металла, а не весь объем металла отливки,

Пример конкретного выполнения.

Способ опробовали в лаборатории литейного производства Мариупольского металлургического института.

Опыт. 1. Была отлита партия слитков из алюминиевого сплава АЛ2. Размер слитков: 82х82х(115+45) (им. Высота прибыли 4В мм. Температура заливки 730°С. Воздействие осуществляли стальным прутком cf 2,5 мм, вводя его после заливки в прибыль отливки и перемещая его в двух взаимоперпендикулярных направлениях в горизонтальной Плоскости. Количественные параметры воздействия и результаты осмотра макротемп- летов, а также механические свойства образцов, отобранных от слитков, приведены в таблице 1,

Опыт 2. Была отлита партия отливок из бронзы Бр. А7. Воздействие осуществляли аналогично опыту 1. Результаты опыта представлены в таблице 2.

Полученные результаты показывают, что осуществление воздействия с параметрами, находящимися в оговоренных выше пределах (№ 3, 4, 5 опытов № 1 и № 2), обеспечивает Достижение поставленной цели.

Способ позволяет повысить по сра вне- нию с прототипом однородность металла, что приводит к улучшению качества отливок, при этом механические свойства возрастают в среднем на 20%.

Формула изобретения

Способ получения отливок и слитков, включающий заливку расплава в литейную форму и воздействие на расплав в прибыльной части посредством перемещения рабочего органа, погруженного в расплав перпендикулярно зеркалу расплава, отл ичающийся тем что, с целью улучшения качества отливок и слитков и упрощения процесса обработки, погружение рабочего органа ведут после окончания за ливки на глубину 0,01-0,10 высоты прибыльной части, а воздействие осуществляют на поверхностный слой расплава, перемещая конец рабочего органа в горизонтальной плоскости на указанной глубине из исходной в исходную точку с частотой 0,1-2,0 колебаний величины заданной траектории за 1 с.

Параметры и результаты опытов по получению отливок алюминиевого сплава A/1J

Примечание среднее значение по 10 замерам среднее значение по 3 образцам

Параметры и результаты опытов по получению отливок из бронзы Ер. А7

Примечание среднее значение по 10 замерам среднее значение по 3 образцам

Таблица 1

Таблица 2