Способ получения отливок Советский патент 1979 года по МПК B22D27/20 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к изготовлению деталей металлургического оборудования, и может быть использовано при изготовлении отливок подвергающихся воздействию термоцик лических и механических нагрузок, например мульды мартеновских печей. Технология получения таких отливок предусматривает изготовление фо кы и заливку в нее чугунного распла ва, например стал::. В последнее вре мя с целью устранения литейных дефектов усадочного происхождения и повышения механических свойств меТс1лла при заливке непосредственно в форму вводят микрохолодильнйки - стальную или чугунную дробь 1. Отливки, получаел«ые суспензионными методами с вводом в жидкий металл микрохолодильников с соблюдением требований чистоты к их поверх ности от окислов, характеризуются повышенными механическими и служебными свойствами в связи с благоприятным влиянием микрохолодильников на процесс кристаллизации расплава. Поэтому известный способ получения отливок преобретает в последнее вре мя все большее распространение. Спо соб получения отливок с вводом в расплав микрохолодильников - железного порошка, например, марок ПЖ-1К, ПЖ-2К или металлической восстановленной дроби со свободной от окислов поверхностью, позволяют получать качественную структуру металла и механические свойства, приближающиеся к свойствам деформируемого металла. Несмотря на это повысить длительность эксплуатации отливок, работающих в условиях теплосмен, не удается. Известен способ получения стальных отливок с вводом при заливке форм железного порошка ПЖ-2К 2. При этом достигается увеличение плотности отливок, приближающейся к значению этого показателя для поковок и проката. Однако суспензионный способ получения отливок, один из объемов ко-торых в процессе эксплуатации подвергается циклическим нагревам и последующим охлаждениям, а другой - механическим воздействиям, не обеспечивает существенного повышения срока службы отливок. Как правило, объемы деталей, подвергающиеся значительным механичесИМ нагрузкам, конструктивно выполяются достаточно массивными, с больим запасом прочности, в то время ак для объемов, работающих в услоиях теплосмен, это противопоказано.

В процессе теплосмен в связи с ольшими градиентами циклических емператур в объеме детали возникают ермические напряжения, приводящие короблению, образованию трещин и альнейшему интенсивному их развитию о браковочных пределов. Термические апряжения, превьвиающие пределы прочности материала, ускоряют разрушение детг1ли. Наиболее чувствительными к разрушению являются границы сопряжения массивных и тонкостенных объемов деталей (в этих участках воздействуют на материал не только термические и механические напряжения каждый в отдельности, но и совместно) . Несмотря на высокие качество металла, достигаемое вводом микрохолодильников со свободной от окислов поверхностью, трещины термического характера на упомянутой границе зарождаются и распространяются вглубь материала почти с такой же скоростью, как и в металле без ввода микрохолодильников. Основной причиной такого поведения материала является сохранение на том же уровне значений теплопроводности и коэффициента линейного расширения материала и, соответственно, уровня действующих термических напряжений. В этих условиях возникающие термические трещины, являющиеся надрезами - концентраторами напряжений и интенсивно развивающиеся до браковочных пределов, быстро приводят к выходу из строя деталей.

Целью изобретения является повышение срока, службы отливок за счет уменьшения температуры, возникающей в процессе теплового воздействия при эксплуатации на границе сопряжения объема, подвергающегося воздействию теплосмен, с объемом, подвергаюйдамся воздействию механических нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что на микрохолодильники предварительно наносят пленку толщиной 0,005-0,1 мм из материала, разлагающегося при взаимодействии с зашиваемым сплавом с выделением углекислого газа, азота или хлора,например из окислов железа. Пленка, соприкасаясь с жидким металлом, разлагается и приводит к образованию ячеек - газовых пустот требуемого размера, равномерно распределяющихся в объеме. В участках отливки с тонкой стенкой меташл в форме быстро затвердевает и образующиеся газовые ячейки-пустоты фиксируются. В толстостенных участках металл длительное время находится в жидком со.стоянии, и газы в значительном количестве успевают выделиться, в результате чего металл в основной своей массе затвердевает монолитным.

Таким образом, металл тонкостенных участков детали, подвергающейся воздействию теплосмен, затвердевает с наличием газовых ячеек-пустот. Поскольку теплопроводность такого металла значительно ниже, чем сплошнолитого, то на границу сопряжения объемов тонкостенного участка с толстостенным теплопередача резко уменьшается, что ведет к сохранению повышенных прочностных характеристик металла. При этом создаются благоприятные условия для снижения скорости зарождения и роста трещин, замедляется разрушение материала и, соответственно, длительность эксплуатации деталей возрастает.

В опытном производстве института проблем литья Ml УССР изготовляют заготовки диаметром 110 и высотой 160 мм (без учета высоты прибыли)из стали марки 35Л. При изготовлении отливок с исходным металлом в процессе заливки формы вводят микрохолодильники из той же стали с очищенной поверхностью гранул от окислов железа методом восстановления,а при изготовлении опытных - с предварительно нанесенной пленкой окислов железа толщиной до 0,05-0,08 мм. Пленку окислов железа наносят за счет коррозии материала микрохолодильников, помещенных в емкость с повышенной влажностью. Количество вводикых холодильников составляет 3% от веса металла в форме, размер гранул 0,5-3 мм.

Из металла отливок изготовляют образцы в виде стержней диаметром 10 и высотой 150 мм. Один из концов образцов нагревают в шахтной электрической печи с температурой в шахте 1000°С и одновременно измеряют температуру концов образцов потенциометром с точностью ±5%. На поверхностях нагреваемого и противоположного концов образцов монтируют (приваривают) термопары из термоэлектродной проволоки диаметром 0,2 мм хромель-алюмель.

Проведенный эксперимент показывает, что температура на поверхности образца, отлитого по предлагаемому способу, почти на 100°С меньше известного. Соответственные значения температур в сравнительном замере (при выдержке нагреваемого торца в печи в течение 180 с) составляет 830 с опытного металла, 917°С известного металла. Это обусловлено уменьшением эффективного коэффициента теплопроводности металла. Последний может быть оценен по следующей формуле и в каждом конкретном случае зависит от разме