Спосіб виготовлення відливок

Изобретение относится к металлургии, а именно, к литейному производству и может использоваться при изготовлении отливок, преимущественно чугунных. Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ отливки слитков, по которому в изложницу, заполненную жидким металлом или сплавом, погружают штангу, изготовленную из металла, имеющего тот же химический состав, что и металл, залитый в изложницу. При этом штангу располагают на специальном фиксирующем элементе на расстоянии от верха изложницы, равном 1,3-2,0 среднего приведенного радиуса полости изложницы, и от дна на расстоянии 1,32,0 среднего приведенного радиуса полости изложницы. Соотношение площадей поперечных сечений штанги и фиксирующего элемента равно 3-5, а соотношение весов штанги и заливаемого металла равно 0,003-0,009. Известный способ [2], за счет высокой скорости кристаллизации, может привести к появлению внутренней области отбела на месте расплавившейся или вокруг нерасплавившейся штанги, тем самым - к браку отливки. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа изготовления отливок, в котором новые условия осуществления действий, позволяют при увеличении скорости кристаллизации исключить образование внутреннего отбела в теле отливки, измельчить структур у и за счет этого повысить комплекс механических свойств. Для решения поставленной задачи в способ изготовления отливок, содержащий заливку расплава в форму, погружение в него штанги при соотношении весов штанги и заливаемого металла 0,003-0,009 в соответствии с изобретением штангу изготавливают из сплава с той же металлической основой, что и заливаемый расплав и погружают на глубину прибыльной части отливки. Положительный эффект получают за счет следующи х явлений. Известно [Скребцов A.M. Конвекция и кристаллизация металлического расплава в слитках и отливках. М., Металлур гии 1993, 144 с], что определяющим фактором при затвердевании отливок и слитков является конвекция расплава в форме: опускание холодных порций металла вниз и подъем более горячих вверх. Введение в полость формы или изложницы внутреннего холодильника (в виде штанги, ! например) приводит к образованию дополнительных контуров конвективной циркуляции расплава. Таким образом, увеличивается количество переохлажденного расплава, опускающегося, вниз. Тем самым ускоряется процесс кристаллизации, что приводит к измельчению структуры. Расплавляясь, холодильник дополнительно вносит некоторое количество центров кристаллизации, усиливая положительный эффект. Для чугунных отливок наиболее технологичным материалом холодильников -штанг является сталь в виде проволоки, прутков, лент. С другой стороны, сталь более тугоплавка, чем чугун. Это т способ исключает возможность расплавления холодильников во все х случаях и х применения. Внутри отливки образуется область отбела, являющаяся браковочным признаком. Установка чугунных литы х холодильников более дорога по сравнению со стальными прутками, проволокой и также не исключает не полного их расплавления в случае низкой температуры жидкого металла. Размещение холодильника-штанги в прибыльной части отливки предотвращает появление отбела в теле самой отливки. Расплавится штанга или нет, появится ли область отбела в прибыльной части или нет -это не имеет значения, так как эта часть литой заготовки удаляется и используется в качестве шихтового материала. Поэтому здесь нет принципиальной разницы в том, что более тугоплавкий ли материал штанги по отношению к металлу заливаемому в форму или нет. Существенным является лишь положение штанги и ее масса. Недостаточная большая масса (ниже нижнего предела) штанги не окажет сколько-нибудь заметного влияния на структуру отливки. Излишне большая масса (больше верхнего предела) штанги приведет к быстрому "замораживанию" прибыли и конвекция будет подавлена. Кроме того, под прибылью образуется усадочная раковина. И в первом и во втором случае положительный эффект от штанги будет отсутствовать. Введение штанги в прибыльную часть отливки обосновывается следующим образом. Если ввести штангу ниже прибыли, в тело отливки, то будет иметь место известное техническое решение, с известным недостатком - внутренним отбелом. Результат от изобретения получен не будет. Технический результат подтверждается испытаниями. В литейном цехе Азовского судоремонтного завода отливали 20 проб-отливок из чугуна. Отливки имели размеры: диаметр 60 мм, высоту 300 мм. Прибыльная часть отливок составляла 100 мм. Масса отливок - 6,1 кг. Химический состав чугуна, %: С - 3,5; Si - 2,0; Μη - 0,7; S - 0,2; Ρ - 0,2, остальное Fe. Температура ликвидуса этого чугуна примерно 1150°С. Металл плавили в коксовой вагранке. Все пробы были залиты из одного ковша расплавом прм температуре 1200°С. Первая группа отливок не имела внутри себя расплавляемой штанги (контрольная группа) - 5 шт. Вторая группа (5 шт.), согласно способа-прототипа, содержала внутри себя штангу, отлитую заранее из чугуна близкого по химическому составу чугуна отливок. Размеры штанги: диаметр 6 мм, длина 200 мм, масса 40,7 г (0,6β% массы отливки). Штангу располагали в форме на расстоянии 50 мм от верха и 50 мм от низа (таким образом, расстояние от верха и низа формы было равно 1,67 радиуса полости формы). Диаметр фиксирующего штангу элемента был равен 2,5 мм (т.е. отношение площади штанги и фиксирующего элемента равнялось 4, Третью группу (10 шт.) отливали по предлагаемому способу. В прибыльную часть отливок, на глубину 100 мм, погружали штангу диаметром 7 мм. Масса погруженной части штанги равнялась 30 г (0,49% от массы отливки). Температура ликвидуса стали 3, с содержанием углерода 0,3%, из которой изготовили штангу, равнялась примерно 1550°С. После затвердевания и охлаждения отливки выбирали из формы, очищали и разрезали поперек на 5 образцов каждую, толщиной 10 мм. На образцах измеряли твердость по методу Бринеля, затем их шлифовали, полировали, травили 3% раствором HNO3 и изучали под металлографическим микроскопом. В журнале наблюдений фиксировали: 1) расплавление штанги как в прибыли, так и в теле отливки; 2) величину графитовых включений чугуна (чем меньше включения, тем лучше структура); 3) наличие отбела в теле отливки. Результаты опытов сведены в таблицу. Из таблицы видно, что предлагаемое техническое решение обладает качественно более высокими показателями по сравнению с известным: качество металла выше (он обладает более высокой твердостью, более мелкозернист).