Спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом

Реферат: Спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом включає виливницю, в якій встановлена одна із пластин біметалу (або пластина-основа, або плакувальна пластина), засіб для подання розплавленого металічного матеріалу і рівномірного його нанесення на встановлену у виливницю пластину. На поверхню як пластини-основи, так і плакувальної пластини, заздалегідь наносять рельєф потрібної структури та глибини, пластину у виливниці орієнтують нанесеним рельєфом у бік заливки, а розплавлений матеріал перегрівають по відношенню до температури плавлення встановленої у виливницю пластини на величину, що залежить від виду та розмірів нанесеного рельєфу, причому після заливки на рідкий метал миттєво встановлюють іншу пластину біметалу рельєфом в бік розплаву та стискують пластини біметалу. UA 99323 U (12) UA 99323 U UA 99323 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до виготовлення біметалічних матеріалів за допомогою ливарного метода та може бути використана для отримання біметалів за допомогою технологій поверхневої механічної чи лазерної обробки його пластин та їх зчеплення між собою при використанні технології ливарного виробництва. Одним із відомих способів для отримання біметалів є технологія, в основі якої лежить нанесення розплавленого металу на робочу поверхню виробу методом електрошлакової наплавки. При цьому оплавлення основного і розплавлення присадного металів відбувається за рахунок тепла, що виділяється в шлаковій ванні при протіканні через неї електричного струму [1]. Цей спосіб забезпечує рівномірність товщини і хімічного складу наплавленого плакувального шару, підвищення якості поверхні біметалічного зливка при збереженні високої міцності з'єднання шарів біметалу. Проте, при цьому способі спостерігається утворення кристалізаційних тріщин і інших дефектів в самому плакувальному шарі і на його поверхні. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб ливарного виготовлення біметалів, що включає систему отримання біметалічного зливка зі зносостійким поверхневим шаром методом ливарного плакування при поданні розплавленого металічного матеріалу одного складу (наприклад неіржавіючої сталі) у виливницю, в якій встановлена плита-основа із металічного матеріалу іншого складу (наприклад сталі 10 або 20) [2]. Порівняно з аналогом, що розглянуто, цей спосіб дозволяє отримувати на біметалі корозійностійкий шар потрібної товщини, без утворення кристалізаційних тріщин і інших дефектів в самому плакувальному шарі і на його поверхні. Проте при отриманні біметалічного зливка має місце мала глибина перехідного шару між основою та плакувальним металом, тому не досягається високий рівень міцності зчеплення шарів і виникає висока вірогідність виникнення відшаровування отриманого шару в процесі подальшого використання біметалу. Крім цього, при створенні плакувального шару в результаті охолодження та кристалізації рідкого металу на повітрі не завжди можна отримати необхідні властивості плакувального шару (мікроструктуру, зносостійкість, потрібні теплофізичні показники та ін.) та якість його зовнішньої поверхні (відсутність пор, потрібну шорсткість і т.п.). В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом, у якому використовуються плакувальна пластина біметалу з заздалегідь підібраними властивостями та забезпечується достатньо високий рівень міцності зчеплення пластин біметалу при використанні технології ливарного виробництва, щоб унеможливити відокремлення плакувальної пластини від пластини-основи в процесі подальшого використання біметалу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом, що включає виливницю, в якій встановлена або пластинаоснова, або плакувальна пластина, засіб для подання розплавленого металічного матеріалу, що містить лоток з розплавом і жолоб для рівномірного нанесення на встановлену пластину розплаву, згідно з пропонованою корисною моделлю, новим є те, що на поверхню як пластиниоснови, так і плакувальної пластини, заздалегідь наносять рельєф потрібної структури та глибини, пластину у виливниці орієнтують нанесеним рельєфом у бік заливки, а розплавлений матеріал перегрівають по відношенню до температури плавлення встановленої в виливницю пластини на величину, що залежить від виду та розмірів нанесеного рельєфу, причому після заливки на прошарок рідкого металу миттєво встановлюють іншу пластину біметалу рельєфом в бік розплаву та стискують пластини біметалу. Таким чином, спосіб стає придатним для забезпечення необхідної глибини перехідного шару між робочими пластинами біметалу та проміжним шаром розплаву для зчеплення пластин біметалу після кристалізації цього розплаву з потрібною міцністю, а плакувальна пластина заздалегідь має необхідні властивості та якість зовнішньої поверхні. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: на Фіг. 1 - пристрій для нанесення прошарку розплаву на одну із пластин біметалу; на Фіг. 2 варіанти рельєфу (вид зверху), нанесеного на пластинах біметалу, при реалізації "острівної" (а) та смугастої (б) структури; на Фіг. 3 - варіанти рельєфу по глибині; на Фіг. 4 - встановлення іншої пластини біметалу на отриманий прошарок розплаву. Спосіб реалізується таким чином. У виливницю 1 встановлюється або пластина-основа, або плакувальна пластина 2 (встановлюється пластина із більш тугоплавкого металу), яка заливається прошарком розплавленого металу 3 (наприклад такого ж складу, як і пластина-основа) для створення після охолодження та кристалізації цього розплаву зчеплення між пластинами біметалу (Фіг. 1). Для подавання розплаву 3 та рівномірного його нанесення 4 на пластину 2 служить засіб для заливки, який включає в себе лоток 5 та жолоб 6. Для запобігання надмірного охолодження 1 UA 99323 U 5 10 15 20 25 розплавленого матеріалу 3 в процесі заливки виливниця 1 повинна рухатися 7 відносно засобу для заливки зі швидкістю, як правило, рівною швидкості вільного розтікання рідкого металу 3 по пластині 2. Оскільки глибина проникнення розплаву в твердотілу металічну пластину за звичайних умов незначна, то потрібної міцності зчеплення шарів біметалу досягти не вдається. Тому потрібен попередній набір дій, який при заливці приведе до створення перехідного шару 8 потрібної глибини між пластиною та розплавленим металом. Для цього заздалегідь на одній із поверхонь як пластини-основи, так і плакувальної пластини створюється спеціальний рельєф 9 у вигляді, наприклад, окремих "острівків" чи смуг та борозен між ними (Фіг. 2) з розмірними параметрами, які підбираються, виходячи із наступних умов. По-перше, ширина борозни X 2 повинна бути достатньою, щоб в неї зміг затекти розплав, що наноситься. Експериментальні дослідження показують, що борозни, шириною 0,3…1,0 мм задовольняють цій умові. По-друге, глибина борозни Н - достатньою, щоб товщини створюваного перехідного шару 8 між пластиною та розплавленим металом вистачало для їх надійного зчеплення. Експериментально встановлено, що при Н=0,2…0,7 мм (не залежно від товщини пластини та прошарку розплаву) таке зчеплення має місце. І насамкінець, ширина "острівку" чи смуги X1 вибирається із наступних міркувань: тепла рідкого металу, що заповнив борозну X 2 , повинно бути достатньо, щоб розплавити весь "острівок" чи смугу шириною X1 . Очевидно, що при цьому розплав повинен бути декілька перегрітий по відношенню до температури плавлення встановленої у виливницю пластини. За рахунок механізму теплопровідності відбувається поступове розплавлення "островків" або смуг. Завдяки ж вільній тепловій конвекції і перемішуванню рідкого металу прошарку та розплаву, що утворюється на пластині при плавленні "острівків" або смуг, виникає перехідний сплав 8, який (після охолодження та кристалізації) і забезпечить високий рівень міцності зчеплення між прошарком та пластиною біметалу. Нескладні розрахунки показують, що залежність, яка зв'язує величину перегріву прошарку розплаву ΔT, та температуру плавлення пластини Tm з розмірними параметрами "острівків" та борозен, а також смуг та борозен, відповідно, має вигляд: X1 2X1 T  Tm та T  Tm . Так, при перегріві в 100 °C (при X 2 2  X 2 X1  X 2 2  X 2 X1  температурі плавлення пластини ≈1500 °C) для "острівкової" структури маємо, що X1 =1/3 X 2 , а для смугастої - Х1=1/6 X 2 . При перегріві ж в 200 °C: для "острівкової" – Х1≈1/2 X 2 , а смугастої 30 35 40 45 50 Х1≈1/4 X 2 . Слід зазначити, що в залежності від методу виконання борозни, може бути отримана умовно її прямокутна, трапецієподібна чи трикутна форма (Фіг. 3). Так, наприклад, прямокутна форма при отриманні борозни фрезою чи шліфувальним кругом, трапецієподібна - токарним або стругальним різцем, а трикутна - лазерним променем. При цьому при розрахунках температури перегріву треба враховувати коефіцієнт форми Кф, значення якого для кожної із форм борозни приведені на Фіг. 3. Так, якщо для прямокутної форми ця температура складає 100 °C, то для трикутної (при інших рівних умовах) - вже 200 °C. Щоб забезпечити потрібну висоту та рівномірність рідкого прошарку 3 на пластині 2 може бути використаний шкребок 10, виконаний з тугоплавкого матеріалу, який можна розмістити, наприклад, на лотку 5. Після закінчення заливки на прошарок рідкого металу миттєво встановлюють іншу пластину 11 біметалу рельєфом в бік розплаву. Отриманий "сандвіч" із двох пластин та рідкого прошарку між ними теж миттєво виштовхують із виливниці та стискують (наприклад ручним пресом) так, щоб рідкий метал прошарку зайшов в борозни верхньої пластини 11. В цій пластині теж створюється перехідний шар 8 потрібної глибини. Частки рідкого металу, що виступили при стисканні на бокових поверхнях пластин, можуть бути видалені ще в рідкому стані спеціальним скребком. При необхідності після охолодження біметалу його бокові сторони можуть бути прошліфовані обдирним шліфувальним кругом. Пропонований спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом істотно розширює можливості свого застосування за рахунок забезпечення заздалегідь потрібних властивостей поверхні плакувальної пластини біметалу та досягнення високого рівня міцності зчеплення шарів біметалу, що забезпечує низьку вірогідність його руйнування в процесі експлуатації. 1. Патент РФ № 2193071, кл. С22В 9/20; заявл. 05.06.2000; опубл. 20.11.2002. 2 UA 99323 U 2. Кобелев А.Г., Лысак В.И., Чернышев В.Н., Быков А.А., Востриков В.П. Производство металлических слоистых композиционных материалов. - М.: изд. "Интермет Инжиниринг", 2002. - С. 82-88. 5 10 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом включає виливницю, в якій встановлена одна із пластин біметалу (або пластина-основа, або плакувальна пластина), засіб для подання розплавленого металічного матеріалу і рівномірного його нанесення на встановлену у виливницю пластину, який відрізняється тим, що на поверхню як пластини-основи, так і плакувальної пластини, заздалегідь наносять рельєф потрібної структури та глибини, пластину у виливниці орієнтують нанесеним рельєфом у бік заливки, а розплавлений матеріал перегрівають по відношенню до температури плавлення встановленої у виливницю пластини на величину, що залежить від виду та розмірів нанесеного рельєфу, причому після заливки на рідкий метал миттєво встановлюють іншу пластину біметалу рельєфом в бік розплаву та стискують пластини біметалу. 3 UA 99323 U 4 UA 99323 U Комп’ютерна верстка М. Шамоніна 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 5