Способ получения биметаллических отливок Советский патент 1992 года по МПК B22D19/06 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве армированных слитков из инструментальной стали.

В качестве аналога выбран способ подготовки армирующих вставок, преимущественно охлаждающих трубок для армирования холодильных или металлургических агрегатов, включающий нанесение на поверхность армирующей вставки слоя защитного покрытия, в котором для улучшения качества соединения армирующей вставки с заливаемым металлом, в качестве защитного покрытия используют чизкоуглеродистую сталь с повышенным содержанием кремния или хрома. К основным недостаткам приведенного способа следует отнести высокие трудозатраты на подготовку армирующих стержней. Так как защитное покрытие из низкоуглеродистой стали наносят на армирующие стержни путем намораживания, то для его осущестг ления необходимо иметь ванну с жидкой низкоуглеродистой сталью, постоянно поддерживать температуру плавления в ней, Необходимо иметь специальное приспособление для переноса стержней в ванну. Все это требует больших производственных площадей, громоздкого плавильного оборудования, а также высоких энергетических затрат, Кроме того, при получении защитного покрытия невозможно контролировать толщину этого покрытия, что в свою очередь снижает технологические возможности.

В качестве прототипа выбран способ получения биметаллических отливок из сплавов на основе железа, включающий предварительное наложение на поверхность твердой основы металлической фольги перед размещением ее в литейной форме, установку в литейную форму, заливку в форму сплава на основе железа и охлаждение, в котором для повышения прочности соединения краев отливки, перед наложением фольги на поверхность твердой основы наносят флюс м подпрессовывают под давлением 5-30 МПа при

температура на 50-10()Ч ьч.ие температуры плавления фгпосп при этом иепесос бразио исгюльзопать в качеспзе мегаллической фоЛыи алюминиевый лист го/ч 1имой 0.3 -О 1 мм. а в качестве флюса гзлогенидь. К 11едсс1ат ам данного способа сле/лует отиесги следукнц : EibicoKiie трудозатраты на подготовку твердоГ- оснопы (арми ;уюи111х стерж1-1ей), что оБус/ювлено мообходимсстью нанесения флюса на поijGpxHOCTb твердой основы, а данная онераijiis а основном выполняется npy4HViO и Глохо поддается а1зтоматм:лац,и-1. Крогле того, для вы1и)/гне1тия по дфсссовывания мегап;1ической фо/тыи при температуре на сО-И10С пьнио тем; ературы пла ления ;|ЛК;са необходгч-ло снггциальмое оборудоваMLin, что так;1 е удорожает процесс и ведет к повьпиенмю трудозатрат. К существенi- b(f.i недостаткам следует отнести также низкие технологические возможности бviметаллической отливки, полученной изаестным сгюcoGoivn Так, полученные отливки плохо дефО)мируютс;-1 (особенн:о при высоких степенях деформации). Это соязано с присутств ив 14 легкоплавкого аглектического слоя между матрицей (заливаемьт сллаз) и таердой основой, Ссо6ен - о этот не/юстаток г роявл 1етея если в ачест:Ю металлической

0;ОЛьГМ ИСПОЛ Я л ;О ПИ t-i-l eii Ы И ИСТ.

; ;ai----nie слоя при т:ь резе и /lecboi;маци/; прлеоди: ; по5 йЛ:;м;1 0 гое;:дИ д коюгч,1( но:/ у;и-:личе; 1Л,1 (:-Ч;псг-: Д8фо)мй1..ии

..- итоге, приводи: ;; uri3;)4.uc;;)-iM:(; зсей saroToioKiT Кроме того, использование п способе флюса приг;о,цит : поя /1ению п эвтектическом слое немегз.1лическ.1Х зклочений (оксидов и др.). что отрицательно ска:1ь пается i-i а il poчнocтi сзойстпах

ОТЛИЙКИ.

Цель изобретения снижение трудозат ;зт и pacujiipeiiiie технологических возможностей.

11оста1з/;ен1-ап це/Ь достигается тем. что ; сносо&э получепля бимета/ личес-;0й за; о тооки для инструмента, пключаю111его о-ист у поверхности армируюз их стержней от загрязне 1Ий и окислов, нат-п: зиие на поверхиссгь тг л:дой осно|;ь стержня фольгм из миз1юуглеродистой стали, размещение его п литейной форме, зал-ааку о сЬорму 6ь;строрежущей стали и охлаждение, фольгу из низкоуглеродистой стали толщиной 0,1-0,7 мм насквозь гнасыщают по мен::,и1ей кеге двумя элементами «з группь В, N, V, Zr, ,

TsK как тошцинэ металлической не велика, всего 0,1-0,7 г,1м и содержание углерода и других элемеитоп не оь соксс, то диффузионн ;л по,4Бижност;: атомСо ;-;лсь;LLiaicuui-ix элементов из rpynrihi В, N, V, Zr, Nb будет ье/1ика л наскнл.еиие будет проходить до1к;/1ьно бысгро, Ктоме того, так как насьп 1цен:ие элементами В, N, V, Zr, оедется нри температурах 800 -1200°С, го после яаChati,eHi«i металлическая фольга приобретает BbicoKMo п/1астические свойства, что чесьма облегчает чаложенке ее на поверх,петь стержня. Использование фольги толщиной Fvienee 0,1 мм не возможно из-за низкой прочности магериала, что затрудняет наложение ее на твердую основу стержня.

Использование фольги толщиной более 0,7 мм 31- ачительно увеличивает время наг;о;:;;ения ее аскЕЮЗь элементами группы В, rJ, V, Zi, N1: и затрудняет процесс наложеi-ii«i (;,13-за пь сокой жесткости) фольги на стержень. Кроме того, увеличение толщины фольги может привеети к ее не полному расг лаплению при контакте с жидкой сталью, что ведет к образованию дефектов и нееплошностей в переходном слое отливки. Так как, фольга имеег не большую массу и более низкую, чем) низкоуглеродистая сталь (из-за присутствия по г-леньнлей мере двух элементои гругшы В, N, V, Zr, Nb) темпераlypy г лапления, то при залиеке литейной fJjOjr/ibi, где предварительно размеидены армируюнгие стержни с металлической фольгой на HonefjXHocTn, быстрорежущей стали нро11сходи: расплавлот е фольги и образоэа;- ие по)еход1- огс слоя между жидкой быс роре:т;уще - ста/:ыо и гЕ юрдок основой армиру;01:;его стержня, причем, из-за перемепп/изания а дальнейгиам и диффузионного обмена, этот переходный слой будет перемеги- ый химический состав,вклю Пюгций элементы быстрорежущей стали и DHonb- oбpaзoвaвuJиecя карбиды эле-ментоБ группы В, N, V, Zr, Nb, Из-за вь сокой жидлотекучеоти переходного слоя происходит глчмывание окислов и подплавление поверхности стер,жня, что в конечном итоге приводит к образооанию металлической связи между матрицей и стержнег-г

he (ччсока ; длительность асьнцения .еталлическо т фольги элементаг/и группы 3, N, V, Zr, Nb, отсутствие необходимости в епециальнсг.1 оборудовании, небольшая занимаемая г :)оизводстоенная пло1цадь поза о л я е т с и и 3 и т ь трудозатраты при подготопке стержня и получения биметаллической отлизки. Образование между матри дей и стержнем плавного переходного слоя, связанного со стержнем металлической сиязьч) позволяет в дальнейшем деформиройоть отливки даже с оь сокой CTe -LribiO Ьез пояпгсния треидин и других

дефектов между ними, что расширяет технологические возможности способа.

П р и м е р. В условиях сталеплавильной лаборатории ДПИ изготовлена опытно-промышленная партия отливок диаметром 65 мм, длиной 320 мм из стали Р18. армированных сталью 10. Степень армирования составляла 6%. Для получения биметаллической заготовки по заявляемому способу использовали металлическую фольгу из стали 08кп толщиной 0.05; 0,1; 0.35; 0,7 и 1,0 мм. Насыщение фбльги элементами ряда 3, N, V, Zr, Nb, проводили следующим образом; азотирование в электропечи в атмосфере аммиака при температуре 650-750°С в течение 8-10 ч. Борирование - в среде диборана (ВбНб) при температуре 850-900°С. Насыщение фольги остальными элементами группы (V, Zr, Nb) проводили в порошках этих элементов с добавлением инертных добавок (на полните ля) А120з и небольшими добавками (3-8%) хлористого аммония, при температуре 1000-1200°С в течение 8-10 ч. В табл. приведены данные по распределению элементов в зависимости от толщины фольги. Армирующие стержни диаметром 5 мм из СтЮ очищали от окалины и обезжиривали, после чего на их поверхность накладывали фольгу насквозь насыщенную, по крайней мере двумя элементами группы В, N, V, Zr, Nb, причем после подготовки армирующие стержни закреплялись в литейной форме и заливались жидкой быстрорежущей сталью Р18. После охлаждения слитки извлекали из формы, разрезали в поперечном направлении и изучали макро- и микроструктуру. Изучение переходного слоя показало, что он содержит карбиды элементов вольфрама, хрома, титана и сложные карбиды, содержащие элементы группы В, N, V, Zr, Nb (в зависимости от того, чем была насыщена фольга). (В случае использования пакета из слоев фольги наблюдали более высокую концентрацию элементов азота и

бора). В дальнейшем слитки подвергали горячей деформации на 85-95%, при этом трещин и расслоений обнаружено не было. Все это подтверждает, что заявляемый способ

имеет высокие технологические возможности.

Была изготовлена отливка по способу прототипа. Армирующие стержни из стЮ диаметром 5 мм покрывали галогенидами

кальция, кремния и алюминия (в качестве флюса), обматывали алюминиевой фольгой толщиной 0,1 мм. Нагревали стержни до температуры 350-400°С и подпрессовывали под давлением 10 МПа. Полученные вставки

размещали в изложнице и заливали жидкой сталью Р18, После кристаллизации и выбивки слиток разрезали и изучали макро- и микроструктуру в поперечном сечении.

Деформирование отливки, изготовленной по способу прототипа показало, что уже при степени 50-70% появля.ются отслоения вставок от матрицы в местах присутствия в переходном слое отливки алюминия. Это говорит о том, что данный способ обладает

низкими технологическими возможностями,

Формула изобретения Способ получения биметаллических отливок из сплавов на основе железа, преимущественно заготовки для инструмента, включающий очистку поверхности твердой основы от загрязнений и окислов, размещение на поверхности твердой основы перед

установкой ее в литейную форму промежуточного покрытия в виде фольги толщиной не более 0,7 мм, заливку сплава на основе железа с последующим охлаждением, отличающийся тем, что, с целью снижения

трудозатрат и расширения технологических возможностей, фольгу используют из низкоуглеродистой стали толщиной не менее 0,1 мм, насыщенной по меньшей мере, двумя элементами из ряда В, N, V, Zr, Nb,

Использование: при производстве армированных и биметаллических заготовок и слитков, в частности для изготовления инструмента. Сущность изобретения: способ включает размещение на поверхности твердой основы перед установкой ее D литейную форму промежуточного покрытия в виде фольги из низкоуглеродистой стали толщиной 0,1-0,7 мм насыщенной, по меньшей мере, двумя элементами из ряда В, N, V, Zr, Nb, заливку сплава на основе железа с последующим охлаждением.