Спосіб виготовлення виливків з диференційованими структурою і властивостями

Спосіб виготовлення виливків з диференційованими властивостями, що включає послідовне заливання розплаву в ливарну форму через дві 3 розплаву в ковші, автоклаві або іншому агрегаті. Усе це ускладнює і здорожує технологічний Процес і веде до збільшення собівартості литва. Крім того, для реалізації способу потрібна чітка синхронізація процесів виплавки двох сплавів або виплавки і наступного доведення окремих порцій розплаву шляхом додаткової обробки в печі, міксері, ковші, автоклаві або іншому агрегаті для одержання різних властивостей металу після затвердівання виливка. В основу корисної моделі поставлена задача виключення необхідності попереднього, до заливання ливарної форми, приготування двох різних сплавів, а отже виключення необхідності установки двох плавильних агрегатів, спрощення і здешевлення процесу лиття і розширення технологічних можливостей виготовлення багатошарових, включаючи біметалеві, виливків із заданими диференційованими структурою і властивостями металу в об'ємі, у різних частинах, зонах, перетинах або на окремих поверхнях виливка з використанням для заливання ливарної форми одного базового сплаву. Поставлена задача вирішується тим, що для виготовлення виливків з диференційованими властивостями в об'ємі, в різних їхніх частинах, зонах, перетинах або на різних поверхнях використовується виплавлений в одному плавильному агрегаті, один вихідний (базовий) розплав, що послідовно, безупинно або з визначеним тимчасовим інтервалом, заливається в порожнину ливарної форми через незалежні один від одного (автономні) ливникові системи, що підводять розплав до різних частин виливка на одному або різних рівнях. Одержання диференційованих властивостей металу в об'ємі, в різних частинах, зонах, перетинах або на окремих поверхнях виливка досягається за рахунок того, що рідкий метал, що заповнює одну частину виливка, надходить у ливарну форму через канали першої ливникової системи, де розплав проходить внутрішньоформову обробку дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою, поміщеною в ливарній формі в каналах ливникової системи на шляху руху рідкого металу, в той час як верхня частина порожнини форми, що залишилася не заповненою на попередній стадії заливання, заповнюються через канали другої незалежної від першої (автономної) ливникової системи тим же розплавом без будь-якої обробки. 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. Внутрішньоформова обробка розплаву першої залитої порції внаслідок легуючого або модифікуючого впливу добавки, або окремих її компонентів (хімічних елементів або речовин), приводить до формування іншої структури, а, отже, до зміни властивостей металу, що заповнює цю частину виливка, в порівнянні зі структурою і властивостя 41383 4 ми вихідного (базового) розплаву, завдяки чому, у випадку не змішування сплавів, що заливаються, досягається диференціація властивостей металу в об'ємі, в різних частинах, зонах, перетинах або на окремих поверхнях виливка. Пропонований спосіб може застосовуватися для виготовлення виливків з диференційованими структурою і властивостями з будь-яких сплавів із внутрішньоформовою обробкою розплаву будьякими 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 горизонтального бруса, одна частина якого повинна мати структуру і властивості твердого зносостійкого білого чавуну з карбідами заліза і інших легуючих елементів в структурі, тоді як інша частина виливка виконується з сірого чавуну з пластинчастим графітом. Приклад 1. Для виготовлення двошарового чавунного виливка 1 (Фіг.1) типу горизонтального бруса розмірами 240*120*50мм і масою 10кг, який повинен мати структуру і властивості твердого зносостійкого білого чавуну в нижній частині і сірого чавуну з пластинчастим графітом у верхній по заливці частині виливка, разову ливарну форму, виготовлену з піщано-глинистої формувальної суміші, заливали через канали двох незалежних (автономних) ливникових систем 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 вихідним чавуном через канали першої ливникової системи 2, де в спеціальній проміжній реакційній камері 3 на шляху руху рідкого металу до виливка розміщувалася зерниста карбідостабілізувальна добавка 4 для внутрішньоформової обробки розплаву базового (вихідного) чавуну під час заливки ливарної форми з метою отримання структури і властивостей твердого зносостійкого білого чавуну з карбідами заліза і інших легуючих елементів. Після тимчасової витримки впродовж 30...45с залитого металу для утворення твердої або твердо-рідкої кірки на його дзеркалі порожнина ливарної форми, формуюча верхню частину виливка, що залишилися не заповненими на попередній стадії заливання, заповнювалася через канали другої, не залежної від першої, автономної ливникової системи 5 тим же вихідним чавуном без будь-якої додаткової обробки. Вихідний чавун евтектичного або близького до евтектичного складу (3,8...4,0% С; 0,6...0,8% Si; 0,3...0,4% Мn; 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 ковшнем конічного типу при температурі 1480...1500°С. В якості карбідостабілізувальної 5 добавки, яка розміщувалась в проміжній реакційній камері першої ливникової системи, використовувався дроблений нікель-магнієвий сплав НМг15 з розмірами часток 1,0...5,0мм в кількості 2,0% від маси рідкого чавуну, який проходить через реакційну камеру. 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 10...15мм білого чавуну і верхня зона темносірого кольору сірого чавуну з пластинчастим графітом (Фіг.2). 41383 6 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 380...390 НВ. У верхній частині виливка, яка заповнювалась вихідним чавуном без будь-якої обробки, закристалізувався сірий чавун перліто-феритного класу (Фіг.5 - не травлений мікрошліф, Фіг.6 - травлений мікрошліф) з твердістю біля 180...190НВ. Джерела інформації: 1. Лузан П.П. Способ получения многослойных литых деталей. Авторское свидетельство №195065, кл.31, с.17; заявл. 21.12.65, опубл. в оф. бюллет. изобр. 1967, №9. 2. Thompson Earl А. Пат. США №3412721. Casting machines; casting composite articles. March 26, 1963 [April 2, 1962], No/11834/63. Heading B3F. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 41383 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601