Способ получения отливок из тугоплавких химически активных сплавов

Способ получения отливок из тугоплавких химически активных сплавов

Реферат

 

Использование: в области литейного производства из тугоплавких химически активных металлов и сплавов и направлено на создание малоотходного технологического процесса изготовления отливок из названных сплавов, а также на улучшение условий питания отливок и уменьшение расхода металла. Сущность изобретения: в заявленном способе в качестве газообразователя используют порошок гидрида титана с содержанием водорода 3,9 мас. Гидрид титана в количестве 0,002 0,003 от массы питаемого узла загружают в патрон с перфорированной пробкой из материала, аналогичного материалу отливки, который заглубляют в полость прибыли на 1/3 1/4 от ее высоты. 3 табл. 1 ил.

Изобретение относится к литейному производству деталей из тугоплавких химически активных сплавов и может найти применение при создании малоотходного технологического процесса изготовления отливок из названных сплавов и направлено на улучшение условий питания отливок и уменьшение расхода металла. В настоящее время используются различные способы воздействия повышенного давления на металл при питании отливок. Так, например, некоторые отливки получают методом центробежного литья. Недостатком данного метода является то, что необходимое давление, создаваемое центробежными силами, действует на отливку только до момента затвердевания питателя. После этого давление снижается до значения меньше требуемого, при этом возникают газоусадочные дефекты в отливках. Другой способ повышения давления в отливке основан на действии газов, выделяющихся в определенное время из помещаемых в прибыль газотворных веществ, таких как CaCO₃, SiO₂. В результате диссоциации газообразующего вещества, введенного в прибыль, создаются условия, при которых по мере затвердевания отливки давление в прибыли возрастает. Под действием давления газов раковина получается сосредоточенной в верхней части прибыли. Для стального литья, в качестве источника газов обычно применяют карбонат кальция. Образование газов происходит в результате диссоциации СaCO₃. Однако происходит последующее окисление элементов, входящих в состав стали. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ изготовления титановых отливок с помощью прибыли газового давления. Давление внутри прибыли отливки создается выделяющимся газом, при разложении под действием тепла отливки беспатронного газообразователя. Недостатками способа, принятого за прототип, является то, что в качестве материала газообразователя используются глиноземисто-кремнеземистая керамика (ГКК) и магнийалюминиевый сплав (МАС). Магнийалюминиевые сплавы могут быть использованы в качестве газообразователя при содержании магния 5-30% Их работа основана на испарении магния при температуре литья титана. Ввиду взрывного характера испарения магния при небольшом отклонении от технологических рекомендаций возможно вытеснение расплава парами не только из прибыли, но и из отливки. В связи с этим применение в качестве газообразователя материала (МАС) возможно только для малых прибылей и тонкостенных отливок с толщиной стенки до 5 мм. (ГКК) взаимодействует с основными компонентами титановых сплавов (титаном и алюминием). С учетом высокой химической активности титана в жидком состоянии применение глиноземисто-кремнеземистой керамики приводит к загрязнению металла прибыли в результате выделения вторичных фаз TiO₂, Ti₅Si₃. Таким образом, ГКК приводит к созданию некондиционных отходов металла. Недостатком известного решения, принятого за прототип, наряду с указанными выше является и то, что беспатронные газообразователи не создают направленного газового давления. В свою очередь это снижает эффективность работы газового заряда, так как возможен прорыв корочки затвердевшего металла выделяющимися газами и выход газов из раковины в полость формы. Целью изобретения является повышение качества отливок, уменьшение их загрязнения вредными примесями, повышение выхода годного за счет обеспечения направленного газового давления на расплав. Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления отливок из тугоплавких и химически активных сплавов, в качестве газообразователя используют гидрид титана в количестве 0,002-0,003 от массы питаемого узла отливки и в прибыльную полость его вводят в патроне с перфорированной пробкой из материала, аналогичного заливаемому, причем торец перфорированной пробки патрона располагают в прибыльной полости на 1/3-1/4 от ее высоты. Поскольку патрон легко наводороживается до концентрации 0,3-0,5 мас. возможно его многократное применение, так как известно, что наводороженный металл не приваривается к основному металлу отливки. Конструкция трубчатого патрона отличается простотой и большой технологичностью, его простановка не вызывает каких либо трудностей независимо от конфигурации отливки. После охлаждения и выбивки отливки патрон легко вынимается из тела отливки без нарушения целостности и может быть использован повторно после его донасыщения водородом до заданного предела. Применение в качестве газообразователя порошка гидрида титана не приводит к загрязнению металла прибыли и, как следствие, не происходят безвозвратные потери дефицитного материала, так как возможно повторное вовлечение металла в переплав. Это становится возможным благодаря тому, что в прибыли газового давления используют водород, который можно удалить из металла при его переплаве. Водород активно взаимодействует с титаном при температуре более 500^оС. Однако с увеличением температуры до температуры плавления растворимость его в металле резко падает. Следовательно, благодаря ограниченной глубине диффузии водорода в жидком металле прибыли водород не проникает в тело отливки. Выделение водорода из порошка гидрида титана происходит при температурах превышающих 400^оС. С увеличением температуры дегидрирования до 900^оС скорость и степень разложения гидрида титана значительно возрастают. При температурах выше 900^оС происходит интенсивное спекание порошка. В патроне, установленном в форме, при заливке металлом гидрид титана прогревается до температуры свыше 1000^оС. После извлечения титанового патрона из отливки спеченный порошок легко удаляется из него. Исследования показали, что при исходном содержании водорода в гидриде титана 3,9 мас. остаточное содержание водорода в газообразователе после его разложения при работе прибыли составило 0,43 мас. Соответственно 3,47% водорода выделилось из гидрида титана при работе газового патрона внутри отливки. В результате направленного газового давления, создаваемого водородом, внутри прибыли образуется концентрированная усадочная раковина эллипсовидной формы, направленная в сторону отливки. При увеличении давления расплав впрессовывается в междендритные пространства, в результате чего отливка и часть прибыли не имеют усадочной пористости. Это подтверждается рентгеновским анализом. Так как в усадочной раковине создано давление, ее поверхность становится гладкой, что является характерной особенностью усадочных раковин, возникающих при повышенном давлении. Подвижность жидкого металла от давления водорода повышается и он легко продавливается в зону затвердевания. Исследования микротвердости металла поверхности раковины показали, что глубина наводороженного слоя составила 0,3 мм. Это подтверждает предварительно сделанные расчеты. По имеющимся у авторов сведениям существенные признаки, указанные в отличительной части формулы изобретения, не обнаружены в других отраслях промышленности, что позволяет считать предлагаемое техническое решение соответствующим критерию "Существенные отличия". Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема простановки газотворного патрона в литейной форме. Патрон 7 изготавливается из титановой трубки путем обжатия свободного конца. Затем патрон подвергается наводороживанию до содержания водорода порядка 0,3-0,5% по массе. С рабочей стороны засыпается порошок гидрида титана 1 и устанавливается перфорированная титановая пробка 8. Для простановки газотворного патрона в литейной форме 6 выполняют паз при формовке. Патрон устанавливают в форму таким образом, чтобы заглубление составляло 1/3-1/4 от высоты прибыли 2, питающей отливку 4. Исследования эффективности способа получения плотных отливок трубчатой формы из сплава Вт 20Л, проведенные в промышленных условиях в цехе титанового литья БЛМЗ, с использованием прибыли газового давления на основе газотворного патрона (сплав Вт 5Л) диаметром 8 мм и с содержанием водорода до 0,6 мас. заполненного порошком гидрида титана в количестве 1,0 г с содержанием водорода 3,9 мас. и с установленной перфорированной пробкой позволили определить оптимальные параметры простановки газотворного патрона и выявить преимущества разработанного способа. Результаты представлены в таблицах. Таким образом, заглубление патрона на 1/5 от высоты прибыли приводит к тому, что корка твердого металла закрывает перфорированную пробку патрона и перекрывает выходные отверстия для газа. Несмотря на то, что плотность металла у прототипа получена такой же как у заявляемого способа, использование принятого за прототип способа является нежелательным, поскольку применение данного газообразователя приводит к загрязнению металла прибыли окислами, а следовательно, к образованию некондиционных отходов дорогостоящего металла. По сравнению с прототипом в отливке, полученной заявляемым способом, не наблюдается газоусадочной пористости и снижается содержание кислорода в металле в три раза. Ниже приведен пример влияния граничного значения концентрации водорода в патроне на качество отливки. В случае, когда содержание водорода в патроне выше 0,5 мас. отливка получается неплотная вследствие того, что выделяемый водород при разложении гидрида титана уходит через зазор между патроном и телом прибыли. Зазор образуется в результате усадки патрона после выделения из него водорода. В случае, когда содержание водорода в патроне ниже 0,3 мас. происходит частичное приваривание патрона к металлу прибыли. Извлечение патрона в этом случае затруднено. Таким образом, по сравнению с лучшим результатом прототипа разработанный способ изготовления плотных отливок из тугоплавких химически активных сплавов позволяет экономить 100% металла прибыли. Металл в прибыли газового давления прототипа обычно считается некондиционным и не используется в повторном переплаве. Предлагаемый способ позволяет экономить до 20% металла от заливаемой формы. На 1 т годного литья (при литье выход годного составляет в среднем 0,25 в условиях титанового производства) экономия металла составит около 800 кг (4 т заливаемого в формы металла). Внедрение данного способа изготовления плотных отливок из тугоплавких химически активных сплавов позволяет повысить экономическую эффективность производства указанных сплавов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СПЛАВОВ, включающий размещение в прибыльной полости литейной формы газообразователя, заливку литейной формы расплавом и последующие кристаллизацию и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества отливок, уменьшения их загрязнения вредными примесями, повышения выхода годного за счет обеспечения направленного газового давления на расплав, в качестве газообразователя используют гидрид титана в количестве 0,002 0,003 от массы питаемого узла отливки и в прибыльную полость его вводят в патроне с перфорированной пробкой из материала, аналогичного заливаемому, причем торец перфорированной пробки патрона располагают в прибыльной полости на 1/3 1/4 от ее высоты. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью многократного использования патрона и повышения экономичности процесса, патрон с перфорированной пробкой используют предварительно наводороженным до концентрации водорода 0,3 0,5 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002