Спосіб лиття двошарових виливків

Реферат: Спосіб лиття двошарових виливків полягає в попередньому заповненні ливарної форми розплавом з одночасним модифікуванням розплаву в процесі заливки, витримці розплаву у формі до закінчення кристалізації й формування зовнішнього робочого шару виливка із заданою структурою й наступному заливанні через сифонну ливникову систему для промивки ливарної форми розплаву, який витісняє із внутрішньої частини виливка залитий на першому етапі розплав, що не закристалізувався. Для заливання ливарної форми використовується один базовий розплав і при попередньому заливанні (базовий) розплав проходить внутрішньо формову обробку (модифікування, легування або ін.) дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою. Добавка розміщується в каналах ливникової системи на шляху руху рідкого металу до виливка. UA 107806 U (54) СПОСІБ ЛИТТЯ ДВОШАРОВИХ ВИЛИВКІВ UA 107806 U UA 107806 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 одержання чавунних двошарових прокатних валків, переважно з використанням телуру для модифікування низькокремнистого чавуну, який включає заповнення ливарної форми вибіленим низькокремнистим чавуном, витримку для формування робочого шару і промивку сірим висококремнистим чавуном, при цьому з метою підвищення якості валків модифікування низькокремнистого чавуну телуром проводять в процесі заповнення ливарної форми [5]. Загальними суттєвими ознаками відомого способу й того, що заявляється, є попереднє заповнення ливарної форми розплавом з одночасним модифікуванням розплаву в процесі заливки, витримка розплаву у формі до закінчення кристалізації й формування зовнішнього робочого шару виливка 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, що 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 того, для реалізації способу потрібна чітка синхронізація процесів виплавки й підготовки двох різних сплавів та процесу заливання підготовлених розплавів у ливарну форму. При модифікуванні розплаву в процесі заповнення форми виникають проблеми з вводом модифікатора в розплав і забезпеченням рівномірності його засвоєння металом. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу лиття 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 виплавки базового розплаву 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 цього ж базового розплаву, який витісняє із внутрішньої частини виливків залитий на першому етапі розплав, що не закристалізувався. 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 порожнину ливарної форми після внутрішньоформової обробки дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим 1 UA 107806 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 або брикетованим модифікатором, або іншою добавкою, розміщеною в ливарній формі в каналах ливникової системи на шляху руху рідкого металу до виливка, і з нього при кристалізації формується поверхневий зовнішній робочий шар виливка, у той час як розплав, який використовується для промивки ливарної форми надходить без будь-якої обробки (вихідний), і він витісняє з центральних областей виливка розплав, залитий на першому етапі, що не за кристалізувався. При цьому можливе розміщення дрібнодисперсного порошкоподібного, зернистого, гранульованого або брикетованого модифікатора, лігатури або іншої добавки в спеціальній порожнині проточної реакційної камери, 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, з якого формується зовнішній робочий шар виливка, у порівнянні зі структурою й властивостями вихідного базового розплаву, яким промивають форму і з якого формується центральна область 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 розплаву будь-якими дрібнодисперсними порошкоподібними, зернистими, гранульованими або брикетованими добавками, у тому числі для виробництва двошарових виливків, наприклад чавунних прокатних валків із використанням технології карбідостабілізувального 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 базовим (вихідним) сірим чавуном, який на шляху руху по ливниковій системі до виливка піддавався внутрішньо формовій обробці зернистою добавкою, розміщеною в спеціальній проміжній проточній реакційній камері ливникової системи. Залитий розплав витримували в ливарній формі протягом 30 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, надходячи знизу в виливок витісняв із центральних областей (зон) розплав першої порції, який не закристилізувався, заміщуючи його. Вихідний (базовий) чавун близького до евтектичного складу, схильний до кристалізації з виділенням вільного графіту, виплавляли в індукційній печі типу ІСТ-006. Заливання ливарної форми проводили ручним поворотним розливним ковшем конічного типу при температурі 14301450 °C. Як карбідостабілізувальну добавку для внутрішньоформової обробки базового чавуну на першому етапі заливки, яка розміщувалась в проміжній проточній реакційній камері ливникової системи, використовувалася суміш телуру (Т-1) і ферохрому (ФХ200) з розмірами часток 1,0-2,5 мм в кількості відповідно 0,002 % і 1,5 % від маси рідкого чавуну, що проходить через реакційну камеру. Виливок затвердівав і охолоджувався в ливарній формі, після чого проводилась його вибивка з форми. З отриманого виливка на половині його висоти вирізали диск товщиною біля 20 мм. Диск розбивався на дві частини для вивчення характеру зламу й виготовлення зразків 2 UA 107806 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 для дослідження мікроструктури та визначення твердості по Бринелю в різних точках перерізу 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 8-10 мм білого чавуну, а також зона темно-сірого кольору сірого чавуну з пластинчастим графітом у центральній області виливка. Мікроструктура чавуну в поверхневій робочій зоні виливка, яка кристалізувалася з чавуну, який пройшов внутрішньоформову обробку карбідостабілізувальними добавками, розміщеними в проміжній проточній реакційній камері ливникової системи, складається з продуктів розпаду первинних кристалів аустеніту й ледебуритної евтектики з твердістю 380-400 НВ. У внутрішній частині виливка, яка заповнювалась вихідним промивальним чавуном через сифонну ливникову систему без будь-якої обробки, закристалізувався сірий чавун перліто-феритного класу з твердістю 180-190 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. Патент України №36314 А. В22D25/06, В22D27/20. Спосіб лиття двошарових чавунних прокатних валків / М.А. Будаг'янц, Л.Б. Гольдштейн, І.А. Балаклієць та інші. -Заяв.01.12.1999. Опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3, 2001 р. 3. Авторское свидетельство СССР №1585067 Al. 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 Al. 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 №1337191 Al. 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб лиття двошарових виливків, який полягає в попередньому заповненні ливарної форми розплавом з одночасним модифікуванням розплаву в процесі заливки, витримці розплаву у формі до закінчення кристалізації й формування зовнішнього робочого шару виливка із заданою структурою й наступному заливанні через сифонну ливникову систему для промивки ливарної форми розплаву, який витісняє із внутрішньої частини виливка залитий на першому етапі розплав, що не закристалізувався, який відрізняється тим, що для заливання ливарної форми використовується один базовий розплав і при попередньому заливанні (базовий) розплав проходить внутрішньоформову обробку (модифікування, легування або ін.) дрібнодисперсним порошкоподібним, зернистим, гранульованим або брикетованим модифікатором, лігатурою або іншою добавкою, при цьому добавка розміщується в каналах ливникової системи на шляху руху рідкого металу до виливка. 2. Спосіб лиття двошарових виливків за п. 1, який відрізняється тим, що добавка для внутрішньоформової обробки (модифікування, легування або ін.) розплаву, з якого кристалізувався робочий поверхневий шар виливка, розміщується в проміжній проточній реакційній камері ливникової системи. 3. Спосіб лиття двошарових виливків за п. 1, який відрізняється тим, що добавка для внутрішньоформової обробки (модифікування, легування або ін.) розплаву, з якого кристалізувався робочий поверхневий шар виливка, вводиться в розплав на шляху його руху до виливка за допомогою газифікованої моделі із замішаним порошком, яка розміщується в проміжній проточній реакційній камері 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 3 UA 107806 U 5 або іншої) попередньо завантажують у спеціальну оболонку, виконану у вигляді газифікованої (наприклад пінополістиролової) моделі, що вставляють у ливарну форму при збиранні форми. 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. 10 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