Спосіб виготовлення виливків з диференційованими структурою і властивостями

Спосіб виготовлення виливків з диференційованими структурою і властивостями, що включає заливання вихідного (базового) розплаву в ливарну форму через загальний стояк і канали ярусної (поверхової) ливникової системи, коли одна частина виливка заливається вихідним (базовим) розплавом через загальний стояк і канали першого (нижнього) ярусу (поверху) ливникової системи, у той час, як інша частина виливка, яка залишилась не заповненою, заливається тим же вихідним (базовим) розплавом через загальний стояк і канали 3 37319 іншою добавкою [2]. Загальними суттєвими ознаками відомого способу і того, що заявляється, є заливання вихідного (базового) розплаву в ливарну форму через загальний стояк і канали ярусної (поверхової) ливникової системи, коли одна частина виливка заливається вихідним (базовим) розплавом через загальний стояк і канали першого (нижнього) ярусу (поверху) ливникової системи, у той час, як інша частина виливка, яка залишилась не заповненою, заливається тим же вихідним (базовим) розплавом через загальний стояк і канали другого (верхнього) ярусу (поверху) ливникової системи, де розплав, що заливається, на шляху руху до виливка проходить внутрішньоформову обробку (модифікування, легування і т. і.) дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою. Недоліком відомого способу виготовлення виливків з диференційованими властивостями є необхідність використання для заливання ливарної форми тільки такого базового розплаву, який після затвердіння буде характеризуватися хімічним складом, структурою і властивостями, що повністю відповідають всім вимогам тієї частини виливка, яка заливається через канали першого нижнього ярусу (поверху) ливникової системи, а також який зможе забезпечити після внутрішньоформової обробки потрібні структур у і властивості др угої частини виливка, яка заповнюється через другий (верхній) ярус (поверх) ливникової системи. Це викликає необхідність виплавки базового розплаву строго фіксованого складу, а також виключає можливість впливати на структур у і властивості металу першого шару виливка, який заповнюється розплавом без будь-якої обробки. В основу корисної моделі поставлена задача усунення вказаних недоліків і розширення технологічних можливостей виготовлення багатошарових, включаючи біметалеві, виливків із заданими диференційованими структурою і властивостями металу в об'ємі, у різних частинах, зонах, перерізах або на окремих поверхнях виливка з використанням для заливання ливарної форми одного базового розплаву, а також створення більш широких можливостей впливу і цілеспрямованої дії на структур у і властивості металу різних шарів виливка з урахуванням хімічного складу розплаву при заливанні конкретної ливарної форми. Поставлена задача вирішується тим, що для виготовлення виливків з диференційованими властивостями в об'ємі, в різних їхніх частинах, зонах, перерізах або на різних поверхнях використовується виплавлений в одному плавильному агрегаті, один ви хідний (базовий) розплав, що беззупинно (безперервно) або з визначеним тимчасовим інтервалом, заливається в порожнину ливарної форми через канали ливникової системи з загальним стояком та живильниками і іншими каналами, розташованими на різних рівнях по висоті виливка, що підводять розплав до різних частин виливка на різних рівнях по висоті. Одержання диференційованих властивостей металу в об'ємі, в різних частинах, зонах, перерізах або на окремих поверхнях виливка, в тому 4 числі відмінних від властивостей вихідного сплаву, досягається за рахунок того, що рідкий метал, що заповнює одну частину виливка, надходить у ливарну форму через канали першого (нижнього) ярусу (поверху) ливникової системи, де вихідний (базовий) розплав проходить внутрішньоформову обробку (модифікування, легування або ін.) одним (першим) дрібнодисперсним, дробленим, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою, поміщеною в ливарній формі в каналах ливникової системи на шляху руху рідкого металу, у той час як іншу частину виливка, яка залишилася не заповненою, заливають тим же розплавом через загальний стояк і канали другого (верхнього) ярусу (поверху) ливникової системи, де розплав, що заливається, проходить внутрішньоформову обробку (модифікування, легування або ін.) іншим за функціональним призначенням і дією на властивості і стр уктуру металу в порівнянні з першим, дрібнодисперсним, дробленим, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою. Заливання здійснюється без перерви або залита попередня порція розплаву витримується визначений час до початку заливання наступної порції для утворення твердої або твердо-рідкої кірки на дзеркалі металу, що буде бар'єром, який перешкоджає перемішуванню рідкого металу в об'ємі виливка. Різна внутрішньоформова обробка розплаву внаслідок легуючого або модифікуючого впливу добавки, або окремих її компонентів (хімічних елементів або речовин), призводить до формування різної структури, а, отже, до зміни властивостей металу, що заповнює різні частини виливка, завдяки чому, у випадку не змішування розплавів, що заповнюють різні частини виливка, досягається диференціація властивостей металу в об'ємі, в різних частинах, зонах, перерізах або на різних поверхнях виливка. Пропонований спосіб може застосовуватися для виготовлення виливків з диференційованими властивостями з будь-яких сплавів із внутрішньоформовою обробкою розплаву будь-якими порошкоподібними, зернистими, гранульованими або брикетованими добавками, в тому числі для виробництва біметалевих або багатошарових виливків з використанням технології графітизувального, карбідостабілізувального і сфероїдизувального модифікування чавуна в ливарній формі. Розглянемо реалізацію способу на прикладі отримання двошарового чавунного виливка типу вертикальної плити, одна частина якого повинна мати структур у і властивості твердого зносостійкого білого чавун у, тоді як інша частина виливка виконується з високоміцного чавун у з кулястим графітом. Приклад 1. Для отримання двошарового чавунного виливка 1 (Фіг.1) типу вертикальної плити розмірами 200х200х30мм, який повинен мати структур у і властивості твердого зносостійкого білого чавун у в нижній частині і високоміцного чавун у з кулястим графітом у верхній по заливці частині виливка, разову ливарну форму, виготовлену 5 37319 з піщано-глинистої формувальної суміші, заливали через канали ярусної (поверхової) ливникової системи базовим (вихідним) чавуном евтектичного, або близького до евтектичного складу, схильним до кристалізації з графітизацією відповідно до стабільної діаграми стану залізо-вуглець. Нижня за положенням в формі частина виливка заливалася через загальний стояк 2 і канали першого (нижнього) ярусу (поверху) 3 ливникової системи, де в спеціальній проміжній реакційній камері 4 на шляху руху рідкого металу до виливка розміщувалася зерниста карбідостабілізувальна добавка 5 для внутрішньоформової обробки розплаву базового (вихідного) чавун у під час заливки ливарної форми з метою отримання структури і властивостей твердого зносостійкого білого чавуну з карбідами заліза і інших легуючи х елементів. Після тимчасової витримки впродовж 60...80 с залитого металу для утворення твердої або твердо-рідкої кірки на дзеркалі залитої порції порожнина ливарної форми, формуюча верхню частин у виливка, заповнювалася через загальний стояк 2 і канали другого (верхнього) ярусу (поверху) 6 ливникової системи, де в спеціальній проміжній реакційній камері 7 на шляху р уху рідкого металу до виливка розміщувалася зерниста сфероїдизувальна добавка 8 для внутрішньоформової обробки розплаву базового (вихідного) чавуну під час заливки ливарної форми з метою отримання структури і властивостей порівняно м'якого пластичного високоміцного чавун у з кулястим графітом. Вихідний чавун евтектичного або близького до евтектичного складу (3,6...3,8%С; 0,4...0,6%Si; 0,3.. .0,4%Мп; до 0,020%S; до 0,040%Р; решта Fe), схильний до кристалізації з графітизацією, виплавляли в індукційній печі типу ІСТ-006. Заливання ливарної форми проводили ручним розливним ковшем конічного типу при температурі 1480...1500°С. В якості карбідостабілізувальної добавки, яка розміщувалась в проміжній реакційній камері першого (нижнього) ярусу ливникової системи, використовувався дроблений нікельмагнієвий сплав НМг15 з розмірами часток 1,0...5,0мм в кількості 2,0% від маси рідкого чавуну, який проходить через реакційну камеру. В якості сфероїдизувальної добавки, яка розміщувалась в проміжній реакційній камері другого (верхнього) ярусу ливникової системи, використовувався дро 6 блений модифікатор ФСМг7 з розмірами часток 1,0...5,0мм в кількості 2,0% від маси рідкого чавуну, який проходить через реакційну камеру цього ярусу (поверху) ливникової системи. Виливок затвердівав і охолоджувався в ливарній формі, після чого проводилась його вибивка з форми. Після очищення одержаного виливка від формувальної суміші, він розбивався на дві приблизно рівні частини перпендикулярно основи. Якість одержаного двошарового чавунного виливка оцінювали по характеру і кольору зламу, мікроструктурі і твердості по Бринеллю в різних точках перетину виливка. Як показують результати проведених експериментів з реалізації пропонованого способу отримання виливка з диференційованими властивостями, на зламі одержаного виливка чітко виявляються дві характерні зони: нижня зона товщиною 30...40мм білого чавуну і зона сріблястого кольору високоміцного чавуну з кулястим графітом (Фіг.2). Мікроструктура чавуну в нижній частині виливка (Фіг.3 - не травлений мікрошліф і Фіг.4 - мікрошліф після травлення 4% розчином азотної кислоти в етиловому спирті) яка заповнювалася чавуном, модифікованим у формі нікель-магнієвою лігатурою НМг15, складається з продуктів розпаду первинних кристалів аустеніту і ледебуритної евтектики з окремими включеннями кулястого графіту і з твердістю 370...380НВ. У верхній частині виливка, яка заповнювалась вихідним чавуном, обробленим сфероїдизувальною добавкою ФСМг7, закристалізувався високоміцний чавун перліто-феритного класу (Фіг.5 - не травлений мікрошліф, Фіг.6 - травлений мікрошліф) з твердістю біля 200...230НВ. Джерела інформації: 1. Thompson Earl А. Пат. США №3412721. Casting machines; casting composite articles. March 26, 1963 [April 2, 1962], No/11834/63. Heading B3F. 2. Рішення про видачу деклараційного патенту на корисну модель № u 2008 00725, B22D 27/00, патент №32113(26.05.2008). Спосіб виготовлення виливків з диференційованими структурою і властивостями з одного базового розплаву // Фесенко A.M., Фесенко М.А., Косячков В.О. Заявл.21.01.2008. 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 37319 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601