Спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом та подальшим стискуванням

Реферат: Спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом та подальшим стискуванням включає застосування виливниці, в якій вертикально по боках встановлені пластина основи та плакувальна пластина з потрібним зазором між ними, засіб для заливки розплавленого металу між цими пластинами та засіб для подальшого стискування пластин біметалу. На поверхню як пластини основи, так і плакувальної пластини заздалегідь наносять рельєф потрібної структури та глибини. Пластини у виливниці орієнтують нанесеним рельєфом у бік заливки, а розплавлений метал перегрівають по відношенню до вищої із температур плавлення встановлених у виливницю пластин на величину, що залежить від виду та розмірів нанесеного рельєфу. Стискування пластин біметалу виконують під час охолодження залитого розплавленого металу до температури, не нижче температури протікання пластичних процесів. UA 99372 U (12) UA 99372 U UA 99372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до виготовлення біметалічних матеріалів за допомогою ливарного метода і подальшого стискування його пластин 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 і подальшого стискування. Одним із відомих способів зварювання тиском з підігріванням є технологія, яка здійснюється таким чином. Деталі, які потрібно зварити, заздалегідь обробляються механічним методом, з'єднуються у стик, і спеціальним пристроєм стискуються. Потім починається індукційний нагрів зони з'єднання деталей. Після досягнення температури, рівної 0,6…0,8 температури плавлення деталей, що зварюються, починають інтенсифікуватися пластичні та дифузійні процеси, а досягши температури зварки, рівної 0,8…0,9 температури плавлення деталей, тиск знімається [1]. Цей спосіб може бути застосований для зчеплення пластин при виготовленні біметалів. Проте, застосування індукційного нагріву для рівномірного розігріву стику пластин біметалу досить проблематичне, що не забезпечує достатньої глибини шару зчеплення між ними. Як результат, не досягається високий рівень міцності з'єднання цих пластин і виникає висока вірогідність відшаровування однієї пластини біметалу від іншої в процесі подальшого його використання. Найбільш близьким за технічною суттю до технічного рішення, що заявляється, є спосіб ливарного виготовлення біметалів, що містить систему отримання біметалічного матеріалу із двох пластин різних металів (наприклад, пластини основи - із сталі 10 або 20 та плакувальної пластини - із неіржавіючої сталі, встановлених вертикально по боках виливниці, при поданні прошарку розплавленого металу між цими пластинами [2]. Проте, при отриманні біметалічного матеріалу має місце мала глибина перехідного шару, з однієї сторони, між пластиною основи і прошарком металу, що заливається, та плакувальною пластиною та цим прошарком, з іншої сторони. Тому не досягається високий рівень міцності зчеплення пластин біметалу і виникає висока вірогідність їх відшаровування в процесі подальшого використання біметалу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом та подальшим стискуванням, у якому забезпечується достатньо високий рівень міцності зчеплення пластин біметалу, щоб унеможливиш 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 та подальшим стискуванням, що включає застосування виливниці, в якій вертикально по боках встановлені пластина основи та плакувальна пластина з потрібним зазором між ними, засіб для заливки розплавленого металу між цими пластинами та засіб для подальшого стискування пластин біметалу, згідно з пропонованою корисною моделлю новим є те, що на поверхню як пластини основи, так і плакувальної пластини заздалегідь наносять рельєф потрібної структури та глибини, пластини у виливниці орієнтують нанесеним рельєфом у бік заливки, а розплавлений метал перегрівають по відношенню до вищої із температур плавлення встановлених у виливницю пластин на величину, що залежить від виду та розмірів нанесеного рельєфу, причому стискування пластин біметалу виконують під час охолодження залитого розплавленого металу до температури, не нижче температури протікання пластичних процесів. Таким чином, спосіб стає придатним для забезпечення необхідної глибини перехідного шару між робочими пластинами біметалу та зчеплення пластин біметалу з потрібною міцністю. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: на Фіг. 1 - пристрій для заливки прошарку розплаву між вертикально встановленими пластинами біметалу; на Фіг. 2 - варіанти рельєфу (вид зверху), нанесеного на пластинах біметалу, при реалізації "острівної" (а) га смугастої (б) структури; на Фіг. 3 - варіанти рельєфу по глибині; на Фіг. 4 - пристрій для стискування пластин біметалу. Спосіб реалізується таким чином. У виливницю 1 вподовж її бокових поверхонь вертикально встановлюються пластина основи 2 та плакувальна пластина 3 (Фіг. 1). При цьому ширина виливниці вибирається такою, щоб, з урахуванням товщини пластин 2 та 3, зазор 4 між пластинами був досить вузьким (для отримання тонкого перехідного шару), але достатнім для легкого затікання рідкого металу в цей зазор. Розплавлений метал 5 (наприклад, такого ж складу, як і пластина основи) зверху заливається в зазор 4 для створення тонкого прошарку, який після його охолодження та кристалізації забезпечить зчеплення між пластинами біметалу. Для подачі розплаву 5 та рівномірної його заливки між пластину 2 та 3 служить засіб для заливки, який містить лоток 6 та жолоб 7. Щоб в процесі заливки рідкий метал не розтікався по бокових поверхнях пластин 1 UA 99372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 біметалу ширина жолоба 7 повинна бути вужчою ширини зазору 4 між пластинами. Для запобігання надмірного охолодження розплавленого матеріалу 5 її процесі заливки виливниця 1 може рухатися 8 відносно засобу для заливки зі швидкістю, як правило, рівною швидкості цільного розтікання рідкого металу 5 в зазорі 4. Оскільки глибина проникнення розплаву 5 в твердотілі металічні пластини 2 та 3 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 9 між кожною із пластин біметалу та прошарком розплавленого металу 5. Для цього заздалегідь на одній із поверхонь як пластини основи 2, так і плакувальної пластини 3 створюється спеціальний рельєф 10 у вигляді, наприклад, окремих "острівків" чи смуг виступів та впадин між ними (Фіг. 2) з розмірними параметрами, які підбираються, виходячи із наступних умов. Поперше, ширина впадини Х2 повинна бути достатньою, щоб в неї зміг затекти розплав, що заливається. Експериментальні дослідження показують, що впадини, шириною 0,3-1,0 мм задовольняють цій умові. По-друге, глибина впадини Η має бути достатньою, щоб товщини створюваного перехідного шару 9 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 виступу Х1 вибирається із наступних міркувань: тепла рідкого металу, що заповнив впадину Χ2, повинно бути достатньо, щоб розплавити весь "острівок" чи смугу виступу шириною Х1. Очевидно, що при цьому розплав повинен бути декілька перегрітий по відношенню до температури плавлення більш тугоплавкої із пластин біметалу. 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 виступів, виникає перехідний шар 9, який (після охолодження та кристалізації) і забезпечить високий рівень міцності зчеплення між прошарком та пластинами біметалу. Нескладні розрахунки показують, що залежність, яка зв'язує величину перегріву прошарку розплаву ΔТ та температуру плавлення більш тугоплавкої пластини Тm з розмірними параметрами "острівків" та впадин, а також смуг виступів та впадин, відповідно, має вигляд: ΔТ = (Х1/(2 + Х2/Х1))Тm та ΔT = (2 Ч 1(2+X2/X1))Tm. Так, при перегріві в 100 °C (при температурі плавлення пластини  1500 °C) для "острівкової" структури маємо, що Х1 = 1/3Χ2, а для смугастої – X1 = 1/6Х2. При перегріві ж в 200 °C: для "острівкової" - Х1 1/2Х2, а смугастої Х1  1/4Х2. Слід зазначити, що в залежності від методу виконання впадини, може бути отримана умовно її прямокутна, трапецієвидна чи трикутна форма (Фіг. 3). Так, наприклад, прямокутна форма - при отриманні борозни фрезою чи шліфувальним кругом, трапецієвидна - токарним або стругальним різцем, а трикутна - лазерним променем. При цьому при розрахунках температури перегріву треба враховувати коефіцієнти форми Кф, значення яких для кожної із форм впадини приведені на Фіг. 3. Так, якщо для прямокутної форми ця температура складає 100 °C, то для трикутної (при інших рівних умовах) - вже 200 °C. Через певний проміжок часу після закінчення заливки, достатній для початку кристалізації прошарку рідкого металу по краях біметалу (встановлюється експериментально), отриманий "сандвіч" із двох пластин та прошарку між ними виймають із виливниці та встановлюють в пристрій для стискування (Фіг. 4), наприклад, під ручний або гідравлічний прес. Поступове стискування пластин біметалу дає можливість, з однієї сторони, рідкому металу прошарку повністю заповнити всі пори, які могли утворитися в перехідному шарі 9. З іншої сторони, враховуючи, що метал перехідного шару 9 ще розігрітий вище температури аустенізації, то в результаті стискання відбувається пластичне деформування цього шару, дифузійні процеси в ньому та, як результат, формування більш міцного шару зчеплення між пластинами біметалу. І насамкінець, стискування встановлює потрібну товщину прошарку зчеплення. Кінцева товщина перехідного шару 9 між пластинами біметалу встановлюється такою, щоб вона мана потрібні експлуатаційні показники, але не була достатньо великою (зазвичай, 1-3 мм в залежності від товщини пластин біметалу). Під тиском біметал деякий час охолоджується, щоб набрав міцності шар зчеплення. Для скорочення часу охолодження пристрій для стискування може мати спеціальні накладки 12, які можуть додатково охолоджуватись, наприклад, проточною водою 13. Частки рідкого металу, що виступають при стискуванні на бокових поверхнях пластин у вигляді ґрат 14, 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 та подальшим стискуванням істотно розширює можливості свого застосування за 2 UA 99372 U 5 рахунок забезпечення заздалегідь потрібних властивостей поверхні плакувальної пластини біметалу та досягнення високою рівня міцності зчеплення шарів біметалу, що забезпечує низьку вірогідність його руйнування в процесі експлуатації. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2202455, кл. В23 К 20/00; заявл. 19.06.2001; опубл. 20.04.2003. 2. Голованенко С.А., Меандров Л.В. Производство биметаллом. - Μ.: Металлургия, 1966. 304 с. - рис. 80, в. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Спосіб виготовлення біметалів при зчепленні його пластин ливарним методом та подальшим стискуванням, що включає застосування виливниці, в якій вертикально по боках встановлені пластина основи та плакувальна пластина з потрібним зазором між ними, засіб для заливки розплавленого металу між цими пластинами та засіб для подальшого стискування пластин біметалу, який відрізняється тим, що на поверхню як пластини основи, так і плакувальної пластини заздалегідь наносять рельєф потрібної структури та глибини, пластини у виливниці орієнтують нанесеним рельєфом у бік заливки, а розплавлений метал перегрівають по відношенню до вищої із температур плавлення встановлених у виливницю пластин на величину, що залежить від виду та розмірів нанесеного рельєфу, причому стискування пластин біметалу виконують під час охолодження залитого розплавленого металу до температури, не нижче температури протікання пластичних процесів. 3 UA 99372 U 4 UA 99372 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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