Спосіб лиття двошарових виливків

Реферат: Спосіб лиття двошарових виливків полягає в заливанні на першому етапі розплаву в ливарну форму, витримці його в ливарній формі для формування зовнішнього робочого шару виливка необхідної товщини із заданою структурою, наступному заливанні через сифонну ливникову систему розплаву для промивки ливарної форми, причому для заливання ливарної форми використовується один базовий розплав і при заливанні промивочний (базовий) розплав, який витісняє із внутрішньої частини виливків залитий на першому етапі розплав, що не закристалізувався, проходить внутрішньоформову обробку (модифікування, легування або ін.) дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою, розміщеною в каналах сифонної ливникової системи. UA 106815 U (12) UA 106815 U UA 106815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме до ливарного виробництва, й може бути використана при виготовленні двошарових і багатошарових виливків, переважно чавунних прокатних валків. Відомі способи одержання двошарових виливків методом промивки або напівпромивки в стаціонарних металевих формах, які включають заповнення ливарної форми вибіленим легованим чавуном, витримку розплаву у формі до закінчення кристалізації зовнішнього шару виливка й наступну заливку через сифонну ливникову систему сірого чавуну, який витісняє із внутрішньої частини виливка білий легований чавун, який не закристалізувався [1]. Відомі також способи лиття двошарових чавунних прокатних валків, що включають заливання в ливарну форму металу робочого шару валка, витримку розплаву у формі до закінчення кристалізації й формування твердого зносостійкого зовнішнього робочого шару й наступне заливання у форму металу серцевини, при яких із метою покращення якості валків, підвищення твердості й зносостійкості зовнішнього робочого шару, підвищення міцності, службових характеристик і експлуатаційної стійкості валків, розплав, що заливають для формування зовнішнього робочого шару валка, або промивочний розплав, або обидва розплави до заливання в ливарну форму, або в процесі заповнення форми піддають модифікуючій, легуючій або іншій обробці, або в розплав вводять різні добавки [2-4]. Найбільш близьким за технічною суттю й результатом, що досягається, аналогом до технічного рішення, що заявляється, прийнятим за прототип, є спосіб лиття двошарових прокатних валків, який включає заповнення ливарної форми знизу розплавом чавуну, витримку для формування робочого шару валка й введення в ливарну форму в процесі її заливки кремнійвміщуючої лігатури, у якому з метою підвищення твердості робочого шару валка, витрата промивочного чавуну знижується на 5-6 % від маси розплаву, що заливається, на кожні 0,05 % лігатури, що вводиться, причому як кремнійвміщуючу лігатуру використовують переважно феросилікобарій з розмірами часток 0,5-3,0 мм в кількості 0,1-0,2 % від загальної маси валка [5]. Загальними суттєвими ознаками відомого способу й того, що заявляється, є заливання на першому етапі розплаву в ливарну форму, витримка розплаву у формі для формування зовнішнього робочого шару виливка необхідної товщини із заданою структурою й наступна заливка через сифонну ливникову систему для промивки ливарної форми розплаву, який витісняє із внутрішньої частини виливка залитий на першому етапі розплав, який не закристалізувався. Недоліком відомого способу виробництва двошарових виливків із диференційованими властивостями в зовнішньому робочому шарі й у серцевині є необхідність використання для заливання ливарної форми двох різних за складом і властивостями сплавів. Це викликає необхідність установки двох плавильних агрегатів для виплавки двох різнорідних сплавів, або ж використання одного плавильного агрегату для виплавки базового сплаву, але з наступним попереднім, до заливання в ливарну форму, доведенням частини розплаву до заданого складу в іншому плавильному агрегаті, окремому міксері, або ж шляхом модифікування, легування, або іншої обробки частини розплаву в ковші, автоклаві, або іншому агрегаті. Усе це ускладнює й здорожує технологічний процес і веде до збільшення собівартості литва. Крім цього, для реалізації способу потрібна чітка синхронізація процесів виплавки й підготовки двох різних сплавів та процесу заливання підготовлених розплавів у ливарну форму. При модифікуванні в ковші, автоклаві або в іншому агрегаті можливе перемодифікування розплаву (втрата модифікуючого ефекту) при витримці модифікованого розплаву до заливки у форму протягом значного часу. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу одержання двошарових виливків із заданими диференційованими структурою й властивостями металу в зовнішньому (поверхневому) робочому шарі й у серцевині з використанням для заливання ливарної форми одного базового розплаву, який забезпечить можливість використання лише одного базового розплаву, виплавленого в одному плавильному агрегаті, спрощення й здешевлення процесу лиття й розширення технологічних можливостей виготовлення двошарових виливків. Поставлена задача вирішується тим, що для виготовлення двошарових виливків із диференційованими структурою й властивостями в зовнішньому робочому й внутрішньому шарах використовується виплавлений в одному плавильному агрегаті, один вихідний (базовий) розплав, який заливається в порожнину ливарної форми, витримується для формування зовнішнього робочого шару виливка заданої товщини, після чого проводиться наступна заливка через сифонну ливникову систему для промивки ливарної форми цього ж базового розплаву, який витісняє із внутрішньої частини виливків залитий на першому етапі розплав, який не закристалізувався. 1 UA 106815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Одержання диференційованих властивостей металу в поверхневому робочому шарі виливка й у його серцевині досягається за рахунок того, що рідкий метал, що заливається в ливарну форму на першому етапі надходить у ливарну форму без будь якої обробки (вихідний) і з нього формується поверхневий зовнішній робочий шар виливка, у той час як розплав, який використовується для промивки форми проходить внутрішньоформову обробку дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, або іншою добавкою, розміщеною в ливарній формі в каналах ливникової системи на шляху руху рідкого металу до виливка. При цьому можливе розміщення дрібнодисперсного порошкоподібного, зернистого, гранульованого або брикетованого модифікатора, лігатури, або іншої добавки в спеціальній порожнині - проточній реакційній камері, яка виконується по відповідній моделі при виготовленні форми, або введення добавки за допомогою газифікованої моделі із замішаним порошком, або за допомогою спеціальної оболонки, виконаної у вигляді газифікованої (наприклад пінополістиролової) моделі, яку вставляють у ливарну форму при збиранні форми, або за допомогою газифікованої моделі із замішаним порошком, яка вставляється в ливарну форму при формовці і вона водночас виконує роль проміжної проточної реакційної камери, де в процесі заливання протікає переміщування розплаву з частками добавки. Внутрішньоформова обробка розплаву 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 внутрішню область виливка, у порівнянні зі структурою й властивостями вихідного базового розплаву, з якого формується зовнішній робочий шар виливка, завдяки чому досягається диференціація структури й властивостей металу в зовнішньому робочому й внутрішньому шарах виливка. Пропонований спосіб може застосовуватися для виготовлення двошарових виливків, наприклад прокатних валків, з диференційованими структурою й властивостями в зовнішньому робочому й внутрішньому опорному шарах із будь-яких сплавів із внутрішньоформовою обробкою промивочного розплаву будь-якими дрібнодисперсними порошкоподібними, зернистими, гранульованими або брикетованими добавками, у тому числі для виробництва двошарових виливків, наприклад чавунних прокатних валків із використанням технології графітизувального або сфероїдизувального модифікування чавуну в ливниковій системі ливарної форми. Розглянемо реалізацію способу на прикладі отримання двошарового чавунного виливка, зовнішній шар якого повинен мати структуру й властивості твердого зносостійкого білого чавуну, тоді як внутрішня зона виливка виконується із сірого чавуну із пластинчастим графітом. Приклад 1. Для отримання в лабораторних умовах двошарового чавунного виливка типу вертикального циліндра діаметром 100 мм і висотою 150 мм, який повинен мати структуру й властивості твердого зносостійкого білого чавуну в зовнішньому шарі й сірого чавуну із пластинчастим графітом у внутрішньому опорному шарі виливка, разову ливарну форму, виготовлену з піщано-глинистої формувальної суміші, у яку при виготовленні форми вставлялась сталева гільза з товщиною стінки 10 мм, яка виконувала роль металевого кокілю для формування виливка, заливали в два етапи. Спочатку, на першому етапі заливку проводили зверху базовим (вихідним) чавуном доевтектичного складу, схильним до кристалізації з вибіленням, відповідно до метастабільної діаграми стану залізо-цементит. Залитий розплав витримували в ливарній формі протягом 40 с для кристалізації розплаву в поверхневому шарі виливка й формування твердого поверхневого шару певної товщини. Після витримки через сифонну ливникову систему в ливарну форму знизу подавали другу порцію (промивочну) такого ж базового чавуну, який на шляху руху по ливниковій системі до виливка піддавався внутрішньоформовій обробці модифікуючою добавкою, розміщеною в спеціальній проміжній проточній реакційній камері ливникової системи, і, поступаючи знизу в виливок витісняв із центральних областей (зон) розплав першої порції, який не закристилізувався, заміщуючи його. Вихідний (базовий) чавун доевтектичного складу, схильний до кристалізації з вибіленням, виплавляли в індукційній печі типа ІСТ-006. Заливання ливарної форми проводили ручним поворотним розливним ковшем конічного типу при температурі 1430…1450 °C. Як графітизувальну добавку, яка розміщувалась в проміжній проточній реакційній камері ливникової системи, використовувався дроблений феросиліцій ФС75 з розмірами часток 1,0…2,5 мм у кількості 2,0 % від маси рідкого чавуну, що проходить через реакційну камеру. Маса розплаву промивочної порції складала приблизно 7 кг. Виливок затвердівав і охолоджувався в ливарній формі, після чого проводилась його вибивка з форми. З отриманого виливка на половині його висоти вирізали диск товщиною 20 2 UA 106815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мм. Диск розбивався на дві частини для вивчення характеру зламу й виготовлення зразків для дослідження мікроструктури та визначення твердості по Бринелю в різних точках перетину виливка. Як показують результати проведених експериментів з реалізації пропонованого способу отримання двошарового виливка, на зламі одержаного виливка чітко виявляються дві характерні зони: поверхнева зона товщиною близько 10 мм білого чавуну, а також зона темносірого кольору сірого чавуну з пластинчастим графітом у центральній області виливка. Мікроструктура чавуну в поверхневій робочій зоні виливка, яка кристалізувалася з вихідного чавуну, складається з продуктів розпаду первинних кристалів аустеніту й ледебуритної евтектики з твердістю 370…380 НВ. У внутрішній частині виливка, яка заповнювалась промивочним чавуном, який піддавався внутрішньоформовій модифікуючій обробці феросиліцієм ФС75, розміщеним у проточній реакційній камері сифонної ливникової системи, закристалізувався сірий чавун перліто-феритного класу з твердістю біля 200 НВ. Таким чином, використання пропонованого способу дозволяє одержувати виливки з різними (диференційованими) структурою й властивостями в поверхневому робочому шарі виливка й у його серцевині з одного базового розплаву, що усуває необхідність виплавки й попередньої підготовки двох різнорідних сплавів і забезпечує спрощення технологічного процесу лиття й зниження собівартості литва за рахунок зниження матеріальних, енергетичних і трудових витрат. Джерела інформації: 1. Кривошеев А. В. Литые валки. - М., 1957. - С. 293-303. 2. Авторское свидетельство СССР № 1337191 A1. B22D25/06, 27/20. Способ получения чугунных двухслойных прокатных валков / Л.Б. Гольдштейн, И.А. Балаклеец, Р.Л. Билярчик и др. - Заявл. 13.01.86. - Опубл. 15.09.87, Бюл. № 34, 1987 г. 3. Авторское свидетельство СССР № 1585067 A1. B22D27/00. Способ отливки двухслойных чугунных прокатных валков / Л.Б. Гольдштейн, Р.Л. Билярчик, И.А. Балаклеец и др. - Заявл. 11.07.1988. - Опубл. 15.08.1990, Бюл. № 30, 1990 г. 4. Авторское свидетельство СССР № 1540935 A1. B22D27/00. Способ получения двухслойных прокатных валков / В.И. Комляков, О.В. Пузырьков-Уваров, В.А. Рямов и др. Заявл.08.12.1987. - Опубл. 07.02.1990, Бюл. № 5, 1990 г. 5. Авторское свидетельство СССР №1565575 A1. B22D19/00. Способ отливки двухслойных прокатных валков / В.Т.Калинин, В.И. Комляков, О.В. Пузырьков-Уваров, и др. - Заявл. 16.06.1987. - Опубл. 23.05.1990, Бюл. № 19, 1990 г. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб лиття двошарових виливків, який полягає в заливанні на першому етапі розплаву в ливарну форму, витримці його в ливарній формі для формування зовнішнього робочого шару виливка необхідної товщини із заданою структурою, наступному заливанні через сифонну ливникову систему розплаву для промивки ливарної форми, який відрізняється тим, що для заливання ливарної форми використовується один базовий розплав і при заливанні промивочний (базовий) розплав, який витісняє із внутрішньої частини виливків залитий на першому етапі розплав, що не закристалізувався, проходить внутрішньоформову обробку (модифікування, легування або ін.) дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою, розміщеною в каналах сифонної ливникової системи. 2. Спосіб лиття двошарових виливків за п. 1, який відрізняється тим, що добавка для внутрішньоформової обробки (модифікування, легування або ін.) промивочного розплаву розміщується в проміжній проточній реакційній камері сифонної ливникової системи. 3. Спосіб лиття двошарових виливків за п. 1, який відрізняється тим, що добавка для внутрішньоформової обробки (модифікування, легування або ін.) промивочного розплаву вводиться в розплав на шляху його руху до виливка за допомогою газифікованої моделі із замішаним порошком, яка розміщується в проміжній проточній реакційній камері сифонної ливникової системи. 4. Спосіб лиття двошарових виливків за п. 1, який відрізняється тим, що для внутрішньоформової обробки розплаву розрахункову кількість дрібнодисперсної порошкоподібної, зернистої, гранульованої або брикетованої добавки (модифікатора, лігатури або іншої) попередньо завантажують у спеціальну оболонку, виконану у вигляді газифікованої (наприклад пінополістиролової) моделі, що вставляють у ливарну форму при збиранні форми. 3 UA 106815 U 5 5. Спосіб лиття двошарових виливків за п. 1, який відрізняється тим, що для внутрішньоформової обробки розплаву розрахункову кількість дрібнодисперсної порошкоподібної, зернистої, гранульованої або брикетованої добавки (модифікатора, лігатури або іншої) вводять за допомогою газифікованої моделі із замішаним порошком, яка встановлюється в ливарну форму при формовці й вона водночас виконує функції проміжної реакційної камери, у якій у процесі заливання протікає переміщування розплаву з частками добавки. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4