Способ получения отливок Советский патент 1979 года по МПК B22D27/20 B22D7/06 

1 .

Изобретение относится к области /1итейного производства, преимущественно к изготовлению деталей металлургического оборудования, и может быть использовано при изготовлении отливков,,подвергающихся воздействию термоциклических и механических нагрузок, например, мульдаа мартеновских печей.

Технология получения таких отливок предусматривает изготовление формы и заливку is нее расплава, например стали. В последнее время с целью устранения литейных дефектов усадочного происхождения и повыления механических свойств металла при заливке непосредственно в вводят микрохолодильники - стальную или чугунную дробь (1.

Отливки, получаемые суспензионным методом (с вводом в жидкий металл микрохолодильников с соблюдением требований чистоты их поверхности от окислов), характеризуются повыиенными механическими свойствами в связи с благоприятным влиянием шикрохолсдильников на процесс кристаллизации расплава). Способ получения отливок с вводом в расплав микрохолодильников - железного порсяика, например, марок ПЖ-1К, ПЖ-2К, или металлической восстановленной дроби со свободной от окислов поверхностью, позволяет получать качественную структуру металла с меха- нйческими свойствами, приближающимися к свойствам деформируемого металла. Несмотря на это повысить длительность эксплуатации отливок, ра0ботающих в условиях теплосмен, не удается.

Известен также способ получения стальных отливок с вводом или заливке форме железного порошка

5 ПЖ-:2К 2 . При этом достигается . увеличение плотности отливок, приближак)щейся к значению этого показателя для поковок ипроката.

Однако суспензионный способ полу0чения отливок, один из объемов которых в процессе эксплуатации подвергается циклическим нагревам и последующим охлаждениям, а другой - механическим воздействиям, не обеспе5чивает повышения долговечности отЛивок.

Как правило, объемы деталей, подвергающиеся значительным механическим нагрузкам, конструктивно выполняются достаточно массивными, с ъ.ольшим запасом прочности, в то время как для объемов, работаймих в условиях теплоомен, это является про Ивопокаэ анным. :-- В процессе теплосмен в связи с большими градйентаШ циклических температур в объеме детали возникают термические напряжения, приводящие к короблению, образованию трещин и дальнейшему интенсивному их развитию до браковочных пределов Термические напряжения, превышающие пределы прочностиматериала, ускоряют разрушение детали. Наиболее чувствительными к раэ;рушению являк5тся гранйцнг е&пряжеЖкя массивных и тонкостенных объемов деталей (в этих участках на материал воздействуют не только термические и г ехайические кгаЩзгШШшя каяодае 1й6тдёл ьЙости, но h совместно). Несмотря на высокое качество металла, достигаемое вводом микрохолодильников со свободной от окислив по зёрхностью, трещины . термическ ого характера на упомянутой границе зарождаются и pacnpoCJTраняются вглубь материала почти с такой же скоростью, как ив металле без ввода микрохолодильников, Основ ной причиной такого поведения материала Является сохранение на том же Уровнё значёний тепл6п;Е ов6дности и коэффициента линейногЬ рЖ аЁЩэШйий материала и соответственно уровня действующих термических напряжений. В этих условиях возникающие термические трещины, являющиеся надрезами - концёнтрагбрййй напряжений и интенсивно развивающиеся до браковочных пределов, быстро вйвойят деталь, из строя. Целью изобретения является повышение срока службы; отливрк за счет y фньulёнйятёмпёjpa.тypы, возникающей в процессе теплового воздействия пр эксплуата1щи на границе сопряжения объёма, подвергающегося .воздействию теплосмен, с объемом, подвергающимся воздействию механических нагрузок.-,--:.- -. - --; - --- : /- :: Поставленная цель Достигается те ЧТО используют микрохолоДйЛ&йй кй с .внутренними пустотами,, заполненными инертным или восстановительным гаэом. Эти микрохолодильники при ввод в жидкий металл расплавляются, а Со держащийся в их пустотах инертньгй и восстановительный газ уносится жидким металлом в форму. Поскольк у мик рохолодильники вводятся в жидкий ме талл равномерно, это приводит к рав номернетлу распределению в жи;1ксяи ме талле газовых объёмов-ячеек, заполненных инертным или восстановительH№ii . В участках отливки с тон кой стенкой металл в форме быстро затвердевает и образукодиёся газовые ячейки-пустоты фиксируются. В толст стенных участках металл длительное время находится в жидком состоянии 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 пустот-ячеек. Поскольку теплопроводность такого м«талла значйтё /1ьно ниже, чем сплошнолитого, то на границу сопряжения объемов тонкостенного участка с толстостенным теплопередача резко уменьшается, что, в свою очеуедь, ведет к сохранению повышенных прочностных характеристик металла. При этом создаются благоприятные услоВИЯ для снижения скорости зарождения и роста трещин, замедляется разрушение металла и, соответственно, длительность эксплуатации деталей возрастает. Пример . Изготовляют заготовки толщиной 30 мм, шириной 100 мм и высотой 160 мм (без учета высоты прибыли) из стали.марки 35 Л, При изготовлении ртливков в процессе заливки формы вводили микрохоподильники без наличия в них пустот, а при изготовлении опытных - с наличием в мйкрбхолбдйльниках пустот, заполненных иглертным газом (аргоном). Поверхность микрохолодильников очищали от окислов методом восстановления. Количество вводимых микрохолодильников - 3,5% от веса металла в форме, размер гранул микрохолодильников без пустот 0,5-3 мм, с пустотами - 4-5мм. Пустоты в микрохолодильниках получали в процессе распыления жидкой стали - крупные гранулы микрохолодильников, как правило, при распылении образуются пустотелыми с наличием в пустотах инертного или .восстановительйого газа, применяемого при распылении жидкой стали. Из металла отливрк.изготовляли образцы в видестержней 10 мм и высотой 150 мм. Один из концов образцов нагревали в шахтной электрической печи с температурой в шахте 1000 С и одновременно измеряли температуру концов образцов потенциометром -с точностью +5%. На поверхностях нагреваемого и прртивоположного концов монтировали (приваривали) термопары из термоэлектродной проволоки 6,2 мм хромель-алюмель. Проведенный эксперимент показал, что температура на поверхности образца, отлитого по предлагаемому способу почти ,на 100° меньше, чем в сравнит ельнрм мётапле, Сортветствёййй : значения температур в сравнительнсяч замере (при вьщержке нагреBqieMoro торца в печи в течение 180 с) составили 840°С и 921С. Это обусл лено уменьшением эффективного коэффициента теплопроводности металла. Последний может быть оценен по сле дующей формуле и в каждом конкретно случае зависит от размера , их равномерности и частоты распределе ния; .а--ЛС9-п5,к)г градиент температуры; ХА- коэффициент теплопровод ности ; число ячеек; коэффициент равномерност распределения ячеек; площсщь сечения тела; усредненная площадь ячее Естественно, что значенияCg при t 840°С и 3щ при t 921° С существенно различны. Например, для 840°С стали СтЗОЛ (0,26% С) . 8 составляет 6,7 кг/мм,а прк (Зъ t - 4,3 кг/мм . Естественно что исследуемая способность метешла в зоне соеданения объема теплосмен и объема механического нагружения в случае использования опытного металла будет почти в 1,6 раза выше, что и предопределяет повышенную дол говечность работы отливки в целом. Как сказано въяае, размеры ячеек Хпустот) должны быть строго определенными, равномерно распределенными в объеме, Величина ячейки газового пузыря обусловлена комплексом факторов к основным из которых следует отнести температуру заливаемого металла, особенности затвердевания его, а также количество вводимых микрохолодильников с газовыми пустотами . Наиболее благоприятные условия для,сохранения введенных в жидки.й металл объемов газа создаются при невысоких перегревах жидкого металла над ликвидусом (50-60°С) а также при ускоренной кристаллизации жидкого металла, что имеет место в песчаной форме при наличии тонких стенок в отливке. Чем больше перегрев жидкого металла и больше масса металла, тем больше времени металл находится в жидком соетоянии благодаря чему вводимый газ успевает выделиться. Повышение количества вводимых микрохолодильников с газовыми пустотами ведет к увеличению количества га,зовых пустот в металле. Использование предложенного способа получения отливок7 объемы которых каждый в отдельности в процессе э ссплуатации подвергается воздейст-. Ёию циклических односторонних нагревов-охлаждений и механическим нагрузкам обеспечит по сравнению с известньйи способами следующие преимущества: снизит теплопередачу к границе сопряжения объемов с различным характером воздействия, уменьшит температуру в sTcav участке и соответственно снизит температурные напряжения, а также совместное действие температурных и механических напряжений. Экономический эффект по металлургическому заводу им. Ильича (г. Жданов) составляет 100 тыс.-руб. Формула изобретения Способ получения отливок, включающий заливку в литейную форму жидкого сплава и введение в него микрохолодильников, отличающ и и с я тем, что, с целью noBbaiJ,eния срока службы отливок в условиях переменных тепловых нагрузок, микрохолодильники используют с внутренними пустотами, заполненными Инертньм или восстановительным газом. Источники информации, принятые во внимание при экспертиз.е 1.Рыжиков А.А, Гаврилин И. В. Расчет и применение суспензионной разливки, Литейное производство , 1970 8, с. 11. 2.Светлова П. Н. и др. Свойства стальных отливок при суспензионном методе литья Сб. Литейные свойства сплавов, ИПЛ АН УССР, К., 1972, с. 136-137.