Формовочная смесь для дифференцированного охлаждения отливок

Формовочная смесь для дифференцированного охлаждения отливок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

В. Г. Горенко и А. В. Литвинвнко

s с

/ (7t) Заявитель

Институт проблем литья АН Украин (54) ФОРМОВОЧНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам смесей для дифференцированного охлаждения отливок, преимущественно из черных сплавов.

Для регулирования скорости эатвердевания и охлаждения отливок известно использование чугунных или стальных холодильников (1 ).

Кроме того, известно применение

1Ф для указанных целей силикокарбидных кирпичей или забивка в местах, требующих повышенной скорости охлаждения, специальных металлических конусных шпилек (2 $

М

Характерной особенностью металлических холодильников или кирпичей из материалов с повышенной теплопро- . водностью является то, что эти материалы практически не деформируются в процессе охлаждения и усадки отливок и поэтому в охлаждаемых частях отливок возникают повышенные остаточные напряжения и часто образуются тре" щины.

Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней, преимущественно оболочковых, содержащая огне1 упорный наполнитель в виде алюминия или его сплавов с размером частиц

0,1-0,4 мм и связующее, например синтетическую смолу (3 ).

Данная смесь обладает высокой теплопроводностью, однако ввиду своей пониженной огнеупорности она не применима для получения. отливок из желе-. эоуглеродистьас сплавов.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является формовочная смесь для дифференцированного охлаждения отливок, содержащая огнеупорный наполнитель, например кварцевый песок, стружку или дробь из желеэоуглеродистых сплавов, например чугунную дробь, огнеупорную глину или бентонит, свя859004

15-45

В качестве огнеупорного, наполнителя смеси могут использоваться. кварцевый песок, шамот, хромомагнезит и дру; гие формовочные материалы. Они вводят» ся для регулирования охлаждающей способности смеси. Оптимальное.их количество составляет 10-357. При меньшем содержании огнеупорного наполнителя смесь имеет большую теплопроводзующее, например жидкое стекло и воду. Данная смесь обеспечивает полу.чение прочности в сыром состоянии

0,2 — 0,3 кгс/см (4).

Однако при нагреве укаэанной смеси ни один из ее компонентов не изменяет своего агрегатного состояния, поэтому она мало изменяет свои теплофиэические и физико-механические свойства, особенно пористость и податливость в процессе усадки отливки.

Это приводит к значительному градиенту по плотности, микроструктуре и механическим свойствам металла в тонких и толстых частях отливок и по сечению стенок отливок.

Цель изобретения — повышение теплопроводности смеси в процессе получе-, ния отливки, легирование поверхностного слоя отливок модифицирующими элементами, снижение различий по микроструктуре и механическим-свойствам металла в тонких и толстых частях отливок и по сечению стенок отливок.

Указанная цель достигается тем, что формовочная смесь для дифференци. рованного охлаждения отливок, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, включающая огнеупорный наполнитель, стружку или дробь из железоуглеродистых сплавов, огнеупорную глину или бентонит, связующее и воду, дополнительно содержит крупку алюминия или его сплава с температурой плавления менее 850 С при следующем .соотношении ингредиентов, вес.%:

Огнеупорный наполнитель 10-35

Стружка или дробь из желеэоуглеродистых сплавов

Огнеупорная глина или бентонит б-15

Связующее 5,0-8,5

Вода 0,5-18,0

Крупка алюминия или его сплава с температурой плавления менее 8 0 С 5,0-22,0

О ность и в поверхностных .слоях стенок чугунных отливок появляется структурно-свободный цементит. При содержании наполнителя больше 357. теплопроводность смеси получается малой и в стенках отливок появляется пористость, Стружка или дробь иэ железоуглеродистых сплавов, в первую очередь из углеродистых сталей и чугуна, спо.собствуют значительному повьппению теплофизических свойств смеси. При их содержании менее 157 теплопроводность смеси не обеспечивает необходимую скорость затвердевания и охлаждения стенок отливок, а при содержании их вьппе 457. скорость охлаждения металла отливок получается больше оптимальной и это приводит к ухудшению микроструктуры и уменьшению свойств металла отливок.

Ввод в состав смеси огнеупорной глины или бентонита обеспечивает получение необходимой прочности, в первую очередь в сыром состоянии.При их содержании менее 6% величина сырой прочности смеси получается низкой, а при содержании их больше 157 дальнейшего повьнпения прочностных свойств не происходит при одновременном сни30 женин охлаждающей способности смеси.

Присутствие в составе смеси органического или неорганического связующего обеспечивает получение оптимальных прочностных свойств в сухом состоянии. Нижний предел оптимальной величины прочностных свойств получается при содержании в смеси 5,0% связующего. Увеличение содержания связующего более 8,5% нецелесообразно ввиду достаточности достигнутых прочностных свойств смеси.

Дополнительный ввод в состав смеси крупки из алюминия или его сплава с о температурой плавления менее 850 С

4 позволяет значительно повысить охлаждающие свойства смеси. Это объясняется тем, что алюминий, являющийся основой сплава крупки, имеет коэффициент теплопроводности значительно боль50 ший, чем огнеупорный наполнитель или стружка, или дробь из железоуглеродистых сплавов. Кроме того, благодаря низкой температуре плавления сплавов на основе алюминия при прогреве поSS верхностных слоев смеси происходит оплавление крупки, что сопровождается дополнительной затратой тепла на оплавление. Оплавление крупки дает

859004

25 возможность проводить дифференцированное охлаждение эатвердевакнцего ме талла. Чем толще охлаждаемая стенка отливки, тем быстрее происходит прогрев охлаждающей смеси и тем больше тепла тратится на оплавление крупки, т.е. имеет место процесс саморегулирования отвода тепла.

В процессе прогрева формы при заливке расплавленный сплав крупки заполняет поры смеси, уменьшает ее пористость и значительно увеличивает теплопроводность. Кроме того, расплавленный сплав вытесняется на поверхность соприкосновения смеси с жидким металлом и модифицирует поверхностный слой затвердевающего или затвердевшего чугуна модифицирующими элементами (алюминием, кремнием и др.) и препятствует образованию структурно-свободного цементита.

Положительное влияние на охлаждающие свойства смеси, модифицирование поверхностного слоя отливок и ликвидацию структурно-свободного цементита проявляется при содержании в смеси крупки 5Х. При увеличении ее содержа,ния более 22Х поверхность форм в ус1ловиях избытка расплавленной крупки сильно деформируется и теряется геометрическая точность отливки.

Содержание воды зависит от природы и количества используемого связующего. Если используется жидкое стекло, то содержание воды достаточно

0,5Х, а при использовании органических связующих, например декстрина, содержание воды должно выбираться по верхнему пределу.

В табл. 1 приведены составы предлагаемых и известной смесей, а в табл. 2 — их свойства.

Алюминиевая крупка, входящая в состав смеси, имеет следующий химический состав, вес.Х.: кремний 11„36; медь 0,26; магний 0,19; алюминий остальное.

Из данных табл. 2 видно, что предлагаемая смесь имеет более высокие прочностные свойства на сжатие в сыром состоянии и на разрыв в сухом состоянии при практически близких ко величине прочностных свойствах на сжатие образцов в сухом состоянии, а также более высокую газопроницаемость в сухом состоянии. Кроме того, она имеет также меньший объемный вес за счет частичной замены чугунной дроби алюминиевой крупкой.

10 !

Теплопроницаемость предлагаемой охлаждающей смеси в интервале темпео ратур 20-1350 С по сравнению с теплспроницаемостью известной смеси выше, что объясняется более высоким коэффициентом теплопроводности алюминиевой крупки и расходом тепла на ее плавление.

Эффективность действия охлаждающих смесей (табл. 1) исследуют при изготовлении разностениых корпусов насосов из высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита марки

ВЧН50-10. Преобладающая толщина стенок отливок 9 мм. Толщина обрабатываемых фланцев н приливов 35-40 мм.

Для уменьшения пористости утолщенных мест отливок используют стержни иэ смесей, составы которых приведены в табл. 1.

Исследование гидроплотности отливок и плотности металла в тонких и толстых стенках отливок показывает. что в случае изготовления отливок без охлаждающих стержней в 70-80Х отливок наблюдаются течи и потение стенок, особенно в местах перехода тонких стенок в утолщенные приливы и фланцы. При применении охлаждающих стержней иэ известной смеси брак по гидроплотности составляет 12-14Х, а при применении стержней из предлагае мой смеси 2,5-3,8Х.

Установлено, что различие плотности металла в тонких и толстых стенках . при использовании известной смеси составляет 3,8-5,1Х, а при использовании предлагаемой смеси только

1,9-3,2Х.

В смесях по изобретению наблюдается интенсивное оплавление алюминиевой крупки на глубину 22-27 мм от поверхности раздела стержень-отливка, что обуславливает интенсивное увеличение теплопроницаемости смеси при темпео ратуре прогрева выше 655 С (температура плавления алюминиевой крупки).

Повышение содержания алкн04иия и кремния в поверхностных слоых отливок благоприятно влияет иа подавление выпадания структурно-свободного цементита. Повышение их содержания при" мерно соответствует количеству алюминиевой крупки в смеси.

Как видно из данных табл. 2, использование предлагаемой смеси позволяет лучше выравнять механические свойства металла в тонких и толстых стенках отливок.

859004

Таким образом, предлагаемая смесь обладает повыщенной теплопроводностью и "е печнвает легирование поверхностного слоя отливок из келезоуглеродистых сплавов модифицирующими элементами (алюминием, кремнием). Это в свою очередь позволяет по микроструктуре свойствам металла снизить градиент и механическим в тонких и толстых и по сечению т.е. повысить сечениях отливок

S стенок отливок, их качество.

Т а б л и ц а 1

Предлагаемая

Известная

Ингредиенты

Кварцевый песок

1Иамот

18,0 27,0—

Чугунная дробь

Огнеупорная глина 6,0 12,0 12,0 15,0 8,0 15,0 15,0 9,1

Крупка из алюминиевокремниевого сплава

5,0

5,0—

Вода

Жидкое стекло

Сульфитная барда

Декстрин

Содеркание ингредиентов, вес.йд в смесях

1 2 3 4 . 5 6 7 8

1ОэО 25эО 20эО 30эО 35,0 27э25

45,0 30,0 35,0 15,0 37,0 27,0 18,0 54,5

22,0 20,0 13,0 20,0 5,0 18,0 18,0—

6,5 6,0 8,5 7,0 5,0 - - 6,4

10,5 7,0 11,5 13,0 10,0 17,0 17,0 2,75

859004

10 о

СЧ

I . о

Ch о !

3/

СЧ.

Ф л

ИЪ

00

СЧ л о

I ь

Ю л

I е

1 л

° 1 о о

I иЪ

an

1 о

an л

I о л л

Ф

1 О

Ю О

С Ъ

Ъ>

1 СЪ

МЪ

МЪ л

6 ф»Ф4 о о

I» C»

С»

О О

v v

А

I. V

v fv о и х (I ф л о э ф

lO и

О»0

v v о о и и

СЧ

» !

1

--»1

1

Э»

vt

Э» 1

Х» I

v!

1 1

0»1 1

11 1 э!

Ж» 1 о!

C0 I I о»

Ч э »1

c6 I с01

c0 I

»С» о!

I 1

1 С Ъ 1

1 — -4

1

1

I (СЧ

1

1 ! I

)

1

0» I (l v

С Ъ

СЧ

A о и.

С Ъ л

D о юЪ л о

I ф

СЧ л

Ю

С Ъ л

Ю

I л

СЧ л

С0

СЧ

Ю о

t сО

СЧ

Ю ь сО.

СЧ

A о

2

СЧ л о

С»

СЧ л о ! О

СЧ

A ь.

С0

СЧ л

О

1 л

СЧ л

CV

I сС» л

0»1 сО

Ю

СЧ

Ю фЪ О л

I л

Ю ф\ о

СЧ

00 л

С» СЪ

0»ь

СГЪ

СЪ л

С Ъ о

СЪ

Ф

С>

1иЪ

° ь сО

ССЪ

СЧ л

1 о л

СЪ О

Ф

С/Ъ

I о

° Ь иЪ

D а сО

1 иЪ

СЧ л

1

ctI ф

o,o v

1 3 ° й") дно о

an О л

Ch

I иЪ

СЪ

Ф

Ch о

Ф

С Ъ

МЪ

СЧ л

С Ъ

Щ

ВГ л

С Ъ

3СЪ

РЪ

A (Ъ

Ю л

Ф

РЪ

О

С »

Ф

С Ъ

О

СЧ л

6Ъ

I о

° \

С Ъ

ИЪ

С Ъ

4ГЪ сп

С Ъ о

Ю

С Ъ

I о

cC) л

РЪ о

С Ъ

I о

5ГЪ о

СФЪ

Ю

О

С Ъ

D

С Ъ о

СЧ

» ь

СЧ о сО

Щ

1 о

Ю

С Ъ о

Ch

С"Ъ

I о сО

С Ъо О

РЪ

Ю

Ch

О

I С » о

СЧ

С Ъ

Ю

С Ъ (Ч) Ю о э act с0 ЭО

О. 0» Ь„

О 0 и

1 I Э эо5Ф

»ч g »0 IO

1 1! 1

>О ф

E 1

С 4 л л

>Г1

С Ъ л

vD л

ГГ) л л

1

CO о! 1

Э I

1 оО

Х 1 о

tf о

CV л

Ch

>Г\

I л

СО о (71 л

С 1 л! л

ГГ) л л1

1 1

1. 1 О

1 О

<:31 и

I л

ОО

>л

Гл) > ю

О\ л

СЧ

>Г>

M л О

Ю л ь л о л ь

СЧ

C) л о

< 1 л О

С> л о ь л

С>>

>Г

СО л л

>Г !

СО л

Г >

>/1 о л

<.Ь ь л ь

Р1 л О и

l л .> и л

Г

1 О л л

>Г л ь л

Ю о

1

1 <41

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

I I

I 1 !

I ь л О

>ГЪ

I л

Г> ) Щ л л

О1

>Г

I л

0Q

CO

С>

С>!

1 о и

>Ж!

Ф1 и!

Э1

Xl л! и!

I>: I

1 1 — Ч

tg

III I

I l

uI

Ф! о!

I>I I

611

Ф1

Х1 Ml о!

Е" I 1

1 — 4 1

1

Ф 1

I>I 1

E" 1

О 1

> о

1>!

Ю л сч о л о о л ! В ока мою

III I 5

moo о ж - Х Э ж сто

Э Э

859004

Cl I

О !л 3 и >л> Э Э д >>> g u 1Г>

О .Ь III

А 4 о

Ел Î с0 ожЫ

О Г. УО

Рю Ф И О л

Г>

I.» л л л (Д1 л

СО

О.

l л л л и О л (4 ц1! л (! о (4 л О л

1 о л л

859004 14

Огнеупорная глина или беитонит

Связующее

Вода

5 Крупка алюминия илч его сплава с температурой плавления менее

850 C

6-15

5,0-8, 5

0,5-!8,0

Формовочная смесь для дифференцированного охлаждения отливок, включающая огнеупорный наполнитель, стружку или дробь из желеэоуглеродистых сплавов, огнеупорную глину или бентонит, связующее и воду, о т л и ч а ю щ а— я с я тем, что, с цеяью поввинения теплопроводности смеси в процессе по- лучения отливки, легирования поверхностного слоя отливок модифицирующими элементами, повышения однородности микроструктуры и механических свойств металла в тонких и толстых частях отливок и по сечению стенок отливок, она дополнительно содержит крупку алюминия или его сплава с температурой о плавления менее 850 С при следующем соотношении ингредиентов, вес.X:

Огнеупорный наполнитель 10-35

Стружка нли дробь из железоугперодистых сплавов 15-45

5-22

- Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

t. Буталов В. А. Модельщик, М., Машгиз, 1959.

2. Додин Я.Л. Современная техно-. логия производства станочного литья

Специальное приложение.к журналу

"Литейное производство". М., Машгиэ, Э1 1957.

3. Авторское свидетельство СССР

11 593647, кл. В 22 С 1/00, 1974.

4. Справочник литейщика "Чугунное литье". Под ред. проф. Рубцова Н.Н.

M., Машгиз, 1961, с. 419.

Составитель С. Тепляков

Редактор Ю. Ковач Техред А Ач Корректор В. Синицкая

Заказ 7416/21 Тираж 869 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4