Способ биметаллического литья

Способ биметаллического литья

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскив

Социалистинеск их

Республик р>789227 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 041278 (21) 2691999/22-02 (я)м. кл. с присоединением заявки №вЂ”

В 22 О 13/00

В 22 D 19/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231280. Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 2312.80 (5Э) VPX 621. 74. .042(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Г.Горенко, В.Ф»Злобин, В.Е.Яковчук и кер (71) Заявитель

Институт про лем литья АН Украинской СС (54 ) СПОСОБ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИТЬЯ

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии локальной наплавки части рабочей поверхности деталей жидким металлом, преимущественно для изготовления отливок способом центробежного литья.

Известен способ получения двухслойных иэделий при использовании центробежного метода литья, заключающийся

В заливке второго слоя на чугунную заготовку с температурой 800-850оС или стальную заготовку с температуррй 1320-1350оС, в последовательной заливке первого металла, шлака, второго шлака с рафинирующим действием 15 и второго металла и др. (1 .

Наиболее близким к предлагаемому является способ центробежного литья биметаллических заготовок заключающийся в том, что заливку очередного 2ц слоя металла осуществляют после охлаждения ранее залитого металла до температуры ниже солидуса на 100350 С (2g.

Недостатком способа является то, что заливку второго слоя металла проводят на затвердевшую поверхность первого металла и .это не позволяет проводить л>скальную наплавку части рабочей поверхности детали жидким ме- 30 таллом с повышенными специальными свойствами, например термостойкостью или износостойкостью. Наплавка всей внутренней поверхности отливок металлом с особыми свойствами, содержащим в значительных количествах дорогостоящие легирующие элементы, экономически не целесообразна, так как максимальной нагрузке подвергается не вся рабочая часть детали, а только ее часть, составляющая обычно

5-ЗОЪ от общей площади. Примером таких отливок служат изложница для отливки центробежным способом труб, гильз двигателей и др.

Цель изобретения — разработка способа получения биметаллических деталей, преимущественно при использовании центробежного метода литья, обеспечивающего локальную наплавку части рабочей поверхности деталей и экономия дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов.

Поставленная цель. достигается тем, что заливку наплавляемого металла проводят после охлаждения первого слоя жидкого металла до температуры выше ликвидуса на 30-90 С и затвердевания с наружной поверхности корочки толщиной 10-30Ъ от общей толщины

789227 стенки отливки, заливают второй металл .с удельной скоростью в 1,5-2,5 раза меньшей, чем при заливке первого металла, и подают металл в наплавяемую зону под углом 60-85 к оси ращения изложницы.

Предложенный способ наплавки деталей применим для повышения ресурса гильз цилиндров двигателей, изложниц для отливки труб или заготовок и других деталей, изготовляемых методом центробежного литья.

Известно, что наибольший износ изложниц, используемых для отливки труб и цилиндрических заготовок, наблюдается в месте поступления жидкого металла в изложницу. Остальная внутренняя поверхность изложницы имеет небольшую и равномерную сетку разгара, которая мало влияет на стойкость изложницы. Отсюда ясно, что часть поверхности изложницы на которую поступает жидкий металл необходимо выполнять из более термостойкого материала.

Аналогичную картину износа получаем на гильзах двигателей. В зоне максимальных давлений и температур износ гильз в 2,5-5,0 раз больше, чем средний износ на остальной поверхности гильзы. Зона максимального износа составляет 20-25Ъ от общей длины гильзы, поэтому применение предлагаемого способа наплавки деталей позволяет сократить объем наплавки в 3,5-4,5 раз и значительно уменьшить расход дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов.

Пределы по температуре охлаждения первого слоя металла выбраны в связи с тем, что если те 4пература выше определенных пределов, то вторая порция металла интенсивно перемешивается с первой и легирующие элементы распределяются почти по всему сечению стенки гильз. При начале заливки наплавляемого металла после охлаждения жидкого металла первого слоя до температур ниже температуры ликвидуса плюс 30 С, происходит эатвердевание, с наружной поверхности гильзы, .корочки толщиной больше 30,0% от общей толщины стенки отливки. В этом случае жидкоподвижность металла первого слоя получается низкой и он слабо вытесняется заливаемым металлом.

Поэтому наплавляемый слой получается тонким, не всегда превышает толщину прйпуска на механическую обработку, и он распространяется на длину большую, чем длина части отЛивки, подвергающейся максимальноП нагрузке, что приводит к нерациональному использованию легирующих элементов.

Если заливку наплавляемого металла проводить после охлаждения жидкого металла первого слоя до температур выше температуры ликвидуса плюс

90 С, то с наружной поверхности отливки происходит затвердевание корочки толщиной меньше 10,0% от общей толщины стенки гильзы. В этом случае жидкоподвижность металла первого слоя значительная и заливаемый ме,талл второго слоя интенсивно переме5! шивается с металлом первого слоя.

Большое значение при осуществлении предложенного способа наплавки имеют параметры заливки наплавляемого металла. Если секундная скорость заливки наплавляемого металла меньше скорости заливки металла первого слоя менее, чем в 1,5 раза, то это приводит к повышенному перемешиванию металлов, а если скорость заливки вто15 рого металла меньше скорости заливки первого слоя более, чем в 2,5 раза, то поступивший в форму металл распространяется по внутренней поверхности гильзы, в основном по поверхности

Щ первого слоя металла. Поэтому, во втором случае часть отливки, подвергающаяся максимальным нагрузкам, содержит в рабочем слое значительно меньшее количество легирующих элементов .

Подача легированного металла в наплавляемую зону под углом 60-85 к оси вращения изложницы обусловлена тем, что подача металла в изложницу на определенное место под углом больЗо ше 85 затруднена, а при подаче металла под углом меньше 60.0 второй металл распространяется Ifo длине значительно большей, чем требуется для повышения эксплуатационной стойкости гильз.

35 Исследование преимущества и недостатков изготовления биметаллических гильз, согласно известному и предлагаемому способам проводят в условиях литейного цеха. В качестве объекта

4ц исследований выбрали гильзы двигателя СМД-14, изготовленные центробежным способом.

Химический состав чугунов, используемых для формирования первого слоя и наплавки, приведен в табл. 1.

Содержание серы О,ОЗЪ и фосфора

0,08-0,09%.

Чугуны выплавляются в индукционных печах ИСТ-0,16.

gp В качестве форм используются чугунные изложницы с двухслойным теплоизоляционным покрытием. При заливке формы вращаются со скоростью

1100 об/мин.

Первый метвлл заливается температурой 1340+15 С, температура заливки второго металла находится в пределах

1330-1360 С.

При изготовлении биметаллических гильз согласно известному способу, 40 после заливки первого слоя металла и охлаждения его до температур яа

120-280 С ниже температуры солидуса чугуна, проводят заливку второго слоя, охлаждают полученную отливку до 50065 600 С, извлекают из изложницы и даль789227 значительное перемешив ание металлов обоих слоев, да:ке при уменьшении удельной скорости заливки второго металла больше, чем в 2,5 раза. Значительное перемешивание на большую глубину также наблюдается при угле наклона струи к оси вращения изложницы больше 85 (11). В то же время, при уменьшении этого угла до величин меньше 60 (11) наблюдается смыв металла с зоны наплавки и распространение его на длину значительно превышающую зону максимальных нагрузок в гильзе.

Исследование темплетов гильз метал- лографическим методом показало, что

35 применение предлагаемого способа наплавки деталей позволяет получать совершенно здоровые отливки без спаев и включений в переходйой зоне.

Исследование износа гильз, полу".

2О ченных различными способами, проводят непосредственно на двигателях, установленных на тракторах. Анализ данных износа показал, что величина износа в части гильзы с максимальной

2 1нагруэкой самая малая (10-14 мк) в

)гильзах, полученных по известному способу, и максимальная в гильзах серийно выпускаемых Киевским заводом им. Лепсе (26-35 мк). В то же время износ в остальной части гильзы во всех случаях отличается мало и находится в пределах 6-9 мк.

Исследования показали, что гильзы изготовленные по предлагаемому способу, имеют на 10-2ОЪ более высокий моторесурс.

Предварительный расчет ожидаемого зкономического эффекта от использования предлагаемого способа наплавки

gP деталей показывает, что за счет сокращения расхода легированного металла в 1,5-2,5 раза, происходит повышение качества и моторесурса гильз на

10-20Ъ.

Т1аблица1

Назначение чугуна

Ъ по весу угле- крем- мар- хром род ний ганец

Для формирования наружного 3,56слоя -3,64

2, 05-2,08

0,81-0,84

0,02

0,0 3 Сл. Сл.

Для наплавки рабочей 3,36поверхности -3,39

1, 73-1,76

О, 32-0,37

О, 78-0,82 нейшее охлаждение проводят на воздухе. Секундная скорость заливки обоих слоев металла находится в пределах

2,8-3,6 кг/сек.

При изготовлении гильз согласно редложенного способа проводят заливу первого слоя металла, охлаждают

его до температур выше температуры. ликвидуса данного состава чугуна на

20-100ОС и затвердевания с наружной поверхности корочки толщиной 8-34Ъ от общей толщины стенки гильзы, а затем заливают второй металл в наплавляемую зону под углом 55-87 к оси вращения изложницы с секундной скоростью 1,1-2,45 кг/сек. .В табл. 2 приведены параметры технологии получения биметаллических . гильз, по которым легко определить оптимальные параметры технологии наплавки (стр. 9-11).

Из данных табл. 2 видно, что технология получения биметаллических отливок согласно параметрам с обозначением 1-3 соответствует известному способу, с обозначением 4 имеет. бЗлее высокую температуру (t + 100 С) охлаждения первого слоя металла, чем предусмотрено предлагаемым способом, а с обозначением 9 более низкую тем-. пературу (t + 20 ). Параметры технологического процесса с обозначением

5-8 соответствуют предлагаемому способу наплавки деталей.

В той же таблице представлены данные по влиянию на качество наплавки секундной (удельной) скорости и угла наклона струи при заливке второго слоя чугуна (10 и 11) °

Из данных табл. 2 видно, что применение предложенного способа позволяет в 1,5-2,5 раза уменьшить расход легированного металла при обеспечении высокого качества наплавки. При наличии заливки второй порции чугуна после охлаждения первой порции до температур выше t„ + 90 С (4) наблюдается медь ни- молиб- титан кель ден

0,28-. О, 38- О, 42- О, 16

-О, 34 -О, 45 -О, 48

789227

Т а б л и ц а 2

99 пп

Вес чугу на для формирования

1-го слоя кг

Секундная скорость заливки первого чугуна, кг/сек.

Вес чу гуна для

Формировани

2-ro слоя к

Угол на клона струи к оси вра щения изложни при заливке второго чугуна, градус емпература хлаждения еталла ервого лоя перед аливкой торого, С екундая коость. аливки торого угуна, г/сек. римечание

1. 6,2

tcoa

2,8 3,4

2,8

3,4

3,2

6,2 соь

3,4

3,6

4. 7,2

+ 100

3,40

1,10

2,4

2,1 1,13

5. 7,5

3,40

+ 90

85 6.

7, 8.

1,60

2,00

2,40

2,43

7,7

7,85

8,0

8,0

1,9

1 75

1,6

1,65 сд+ 70

+ 50

tp+ 30

+ 20

3,40

3,40 .3, 40

3,40

10 ° .7, 7

+ 70

3,40 .. 2g0

3,40 2,0

3,40 2,0

1,15

2,00

2,40

1,75

1,40 87

11. 7,7

3,40 л+ 70

1,60

1,75

3,40

1,80

1,75

3,40

6, 2 tcos 200 3 2

Формула изобретения

Способ-биметаллического литья, преимущественно при центробежном методе изготовления отливок, включающий вращение изложницы и заливку очередного слоя металла после охлаждения ранее залитого металла, о т л иНормальная наплавка по всей длине гильзы

Появляются отдельные неспаи между слоями

Появляются неспаи между слоями

Значительное перемешивание металлов обоих слоев

Нормальная наплавка в месте максимальных нагрузок в гильзе

Н апл авляемый металл проникает в тело отливки только на величину припуска на механическую обработку

Нормальная наплавка в месте максимальных нагрузок в гильзе

Перемешивание металлов на большую глубину

Нормальная наплавка в месте максимальных нагрузок в гильзе

Смыв металла на большую длину, чем рабочая зона ч а ю шийся тем, что, с целью локальной наплавки части рабочей поверхности отливки и экономии .легирующих элементов, ранее залитый металл охлаждают до температуры выше ликвидуса на 30-90 С и затвердевания с наружной поверхности корочки толщиной

789227

Составитель В. Васехин

Редактор A.Øèøêèíà Техред М. Кузьма Корректор М. Выгула

Заказ 8936/10 .Тираж 889 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ФиЛиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

10-30% от общей толщины стенки отливки, заливают второй металл с удельной скоростью в 1,5-2,5 раза меньшей, чем при заливке первого металла, н подают металл под углом 60-85 к оси вращения изложницы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 386704, кл. В 22 0 13/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 358074, кл. В 22 0 13/00, 1969.