Ступінчата (ярусна) ливникова система для виготовлення виливків з диференційованими структурою і властивостями з одного вихідного (базового) розплаву

1. Ступінчата (ярусна) ливникова система для виготовлення виливків із диференційованими структурою і властивостями з одного вихідного (базового) розплаву, що включає ливникову чашу або лійку, (воронку), стояк, зумпф, шлаковловлювач, проміжний стояк з постійним або зі змінним перерізом по висоті, розташовані на різних рівнях по висоті виливка живильники, які послідовно знизу вверх вводяться в роботу і забезпечують подачу рідкого металу послідовно в різні частини форми у міру заповнення її порожнини розплавом, проміжну проточну реакційну камеру, у яку завантажують розрахункову кількість порошкового, зернистого, гранульованого або брикетованого модифікатора, лігатури або іншої присадки для внутрішньоформеної обробки розплаву, яка відрізняється тим, що проміжна проточна реакційна камера з дрібнодисперсним порошковим, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою присадкою для внут U 2 52274 1 3 щує ливникову чашу або лійку (воронку), стояк, шлаковловлювач й спеціальну проміжну проточну реакційну камеру, яка з'єднується зі стояком і шлаковловлювачем, а також проміжний стояк з постійним або зі змінним перерізом по висоті, який з'єднується ливниковим каналом із шлаковловлювачем, і до якого примикають на різних рівнях по висоті виливка живильники, які послідовно вводяться в роботу і забезпечують подачу рідкого металу послідовно в різні частини форми по мірі заповнення її порожнини розплавом [3]. Загальними суттєвими ознаками відомої ливникової системи і тієї, що заявляється, є наявність ливникової чаші або воронки (лійки), стояка, зумпфа, шлаковловлювача, проміжного стояка з постійним або зі змінним перерізом по висоті, розташованих на різних рівнях по висоті виливка живильників, які послідовно знизу вверх вводяться в роботу і забезпечують подачу рідкого металу послідовно в різні частини форми по мірі заповнення її порожнини розплавом, проміжної проточної реакційної камери, у яку завантажують розрахункову кількість подрібненого порошкового, зернистого, гранульованого, або брикетованого модифікатора, лігатури або іншої присадки для внутрішньоформеної обробки розплаву. Проте, дана ливникова системи при заливанні ливарної форми розплавом не дозволяє одержати виливки із потрібними диференційованими структурою і властивостями в різних їхніх частинах. В основу корисної моделі поставлена задача створення ливникової системи, при використанні якої для заливання ливарної форми забезпечувалася б можливість виготовлення з одного вихідного (базового) розплаву виливків с диференційованими структурою і властивостями в різних їхніх частинах. Поставлена задача вирішується тим, що ступінчата ливникова система для виготовлення виливків із диференційованими структурою і властивостями з одного вихідного (базового) розплаву має ливникову чашу або воронку (лійку), стояк, зумпф, шлаковловлювач, проміжний стояк з постійним або зі змінним перерізом по висоті, розташовані на різних рівнях по висоті виливка живильники, які послідовно знизу вверх вводяться в роботу і забезпечують подачу рідкого металу послідовно в різні частини форми по мірі заповнення її порожнини розплавом, проміжну проточну реакційну камеру, у яку завантажують розрахункову кількість порошкового, зернистого, гранульованого, або брикетованого модифікатора, лігатури або іншої присадки для внутрішньоформеної обробки розплаву, при цьому проміжна проточна реакційна камера з дрібнодисперсним порошковим, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою присадкою для внутрішньоформеної обробки (модифікування, легування і т. і.) розплаву розміщується на окремому ступені (ярусі) або на окремих ступенях (ярусах). Внутрішньоформена обробка частини розплаву в проміжній реакційній камері окремої ступені (ярусу) ливникової системи внаслідок легуючої або модифікуючої дії присадки або окремих її компонентів (хімічних елементів або речовин), призво 52274 4 дить до формування іншої структури, а, отже, до зміни властивостей металу, що заповнює відповідну частину виливка, у порівнянні з вихідним (базовим) розплавом, який поступає в інші частини порожнини форми через канали інших ступеней (ярусів) без будь-якої додаткової обробки, завдяки чому при виключенні змішування потоків розплаву в порожнині ливарної форми досягається відмінність (диференціація) структури і властивостей металу в різних частинах виливка. Пропонована ступінчата ливникова система для виготовлення виливків із диференційованими структурою і властивостями з одного вихідного (базового) розплаву може застосовуватися для виготовлення виливків з диференційованими структурою і властивостями з будь-яких сплавів із внутрішньоформеною 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 чавуну в ливарній формі. Суть корисної моделі ілюструє Фіг.1, де зображена пропонована ливникова система для отримання в разовій ливарній формі з одного вихідного (базового) розплаву виливка 12 із диференційованими структурою і властивостями в нижній і верхній його частинах. Заливання ливарної форми здійснюється базовим (вихідним) розплавом через канали ступінчатої (ярусної) ливникової системи із загальними ливниковою чашею (лійкою) 1, стояком 2, зумпфом 3, горизонтальними з'єднувальними каналами 4, 6, шлаковловлювачем 5, проміжним стояком постійного або перемінного перерізу 7 і двома ступенями (ярусами) каналів - нижнім 8 і верхнім 9, 10, 11, які забезпечують підведення розплаву відповідно в нижню і верхню по заливці частини виливка (порожнини форми). Живильник 8 нижнього ярусу ливникової системи забезпечує підведення вихідного (базового) розплаву в нижню частину виливка (порожнини форми) 12. У складі каналів верхнього ярусу ливникової системи разом зі сполучним каналом 9 і живильником 11, який підводить розплав в верхню частину виливка 12, на шляху руху рідкого металу до цієї частини виливка передбачена проміжна проточна реакційна камера 10, де розміщена дрібнодисперсна порошкова, зерниста, гранульована або брикетована модифікуюча, легуюча або інша присадка для внутрішньоформеної обробки розплаву, який направляється в верхню частину ливарної форми під час заливання. При проходженні через реакційну камеру 10 розплав піддається внутрішньоформеній обробці (модифікуванню, легуванню і т. і.), після чого через живильник 11 подається в верхню частину виливка 12. Розглянемо реалізацію способу на прикладі отримання двошарового чавунного виливка типу вертикальної плити, одна (нижня) частина якого повинна мати структуру і властивості твердого зносостійкого білого чавуну, тоді як інша (верхня) частина виливка виконується з сірого чавуну з пластинчастим графітом. 5 Приклад 1. Для отримання двошарового чавунного виливка 12 (Фіг.1) типу вертикальної плити розмірами 200 200 30мм, 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 ступінчатої (ярусної) ливникової системи базовим (вихідним) доевтектичним чавуном, схильним до кристалізації з вибіленням відповідно до метастабільної діаграми стану залізо-цементит. Нижня за положенням в формі частина виливка заливалася через живильник першого (нижнього) ярусу 8 ливникової системи базовим (вихідним) чавуном без будь-якої додаткової його обробки. Після тимчасової витримки впродовж 60 с залитого металу для утворення твердої або твердо-рідкої кірки на його дзеркалі з метою запобігання в подальшому перемішуванню розплавів порожнина ливарної форми, формуюча верхню частину виливка, заповнювалася через канали 9, 10, 11 другого (верхнього) ярусу ливникової системи, де в спеціальній проміжній реакційній камері 10 на шляху руху рідкого металу до виливка розміщувалася зерниста графітизувальна добавка для внутрішньоформеної обробки розплаву під час заливки ливарної форми з метою отримання структури і властивостей сірого чавуну з пластинчастим графітом. Вихідний (базовий) чавун доевтектичного складу (2,6...3,0%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 вибіленням, виплавляли в індукційній печі типу ІСТ-006. Заливання ливарної форми проводили ручним розливним ковшем конічного типу при температурі 1450...1470 С. В якості графітизувальної добавки, яка розміщувалась в проміжній проточній реакційній камері верхнього ярусу ливникової системи, використовувався дроблений феросиліцій ФС75 з розмірами часток 1,0...2,5мм 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 52274 6 одержаного виливка від формувальноїсуміші, 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 при використанні пропонованої ливникової системи на зламі одержаного виливка чітко виявляються дві характерні зони: нижня зона товщиною приблизно 45...50мм білого чавуну і зона темно-сірого кольору сірого чавуну з пластинчастим графітом в верхній частині виливка (Фіг.2). Мікроструктура чавуну в нижній частині виливка (Фіг.3 - не травлений мікрошліф і Фіг.4 - мікрошліф після травлення 4%- ним розчином азотної кислоти в етиловому спирті) практично не відрізняється від структури вихідного чавуну і складається з продуктів розпаду первинних кристалів аустеніту і ледебуритної евтектики з твердістю 380...410НВ. У верхній частині виливка, яка заповнювалася чавуном, модифікованим у формі феросиліцієм ФС75, закристалізувався типовий сірий чавун перліто-феритного класу (Фіг.5 - не травлений мікрошліф, Фіг.6 - травлений мікрошліф) з металічною матрицею, яка характеризується балом П70(Ф30), з включеннями пластинчастого графіту прямолінійної ПГф1 і гніздоподібної ПГф4 форми з довжиною пластин графіту ПГд180 і кількістю включень ПГ10. Твердість чавуну в цій зоні складає 210...230НВ. Між двома характерними зонами, які відповідають чавунам різних типів, спостерігається досить чітка межа розділу з вузькою перехідною зоною. Джерела інформації 1. Дубицкий Г. М. Литниковые системы. - М. Свердловск: Машгиз, 1962. - 256 с. 2. McCaulay J.L. Production of nodulagraphite iron casting by the inmold-process. -Foundry trade journal, 1971, №4, p. 327-332, 335. 3. Патент № 41783 U 2008 14684, B22C 9/00. Ступінчата ливникова система для модифікування чавуну в ливарній формі // Фесенко М. А., Заявл. 22.12.2008, опубл. 10.06.2009. Бюл. № 11, 2009 р. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 52274 8 Підписне Тираж 26 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