CS225624B1

CS225624B1 - Reduction of the residual stress in castings of the grey cast iron

Info

Publication number: CS225624B1
Application number: CS671281A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Ing Csc Exner; Jaroslav Ing Csc Cech
Original assignee: Jaroslav Ing Csc Exner; Jaroslav Ing Csc Cech
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1984-02-13

Description

Vynález se týká výroby odlitků ze šedých litin a jeho předmětem je způsob snížení zbytkového pnutí v odlitoích již v průběhu jejich chladnutí z krystalizaěních teplot řízením režimu uvolňování odlitků z forem s následným doehlazováním odlitků vzduchem.The present invention relates to the production of gray iron castings and to a method for reducing residual stress in castings as they cool down from crystallization temperatures by controlling the mold release mode with subsequent air refinement of the castings.

Dosud známá způsoby snižování zbytkových pnutí v odlitoích se zakládají zpravidla na žíhání pro odstranění pnutí, přičemž vychladlé odlitky se znovu ohřívají v žíhaoíoh pecích na teplotu 550 až 600 °C. Při táto žíhaoí teplotě se odlitky udržují až do celkového vyrovnání teplot v celám objemu hmoty odlitku a pak se nechají pomalu chladnout v peci zpravidla až do teplot 200 až 150 °C podle rozměrů, tvarové složitosti a materiálu odlitků. Nejvyšší účinnosti snižování zbytkového pnutí se dosahuje po žíhání odlitků předem obrubovaných. Časový průběh žíhání odlitků na odstranění pnutí závisí na hmotnosti, tvarové složitosti a členitosti, tloušťkách stěn a druhu materiálu odlitku. Nevýhodou tohoto způsobu je poměrně zdlouhavý ohřev a zejména ochlazování odlitků, s tím spojená vyšší pracnost, značná spotřeba energií, nutnost pořízení nebo udržování nákladných žíhaoíoh zařízení, výrobních a skladovacích ploch.The known methods for reducing residual stresses in castings are generally based on stress relief annealing, the cooled castings being reheated in annealing furnaces to a temperature of 550 to 600 ° C. At this annealing temperature, the castings are maintained until the temperature is completely equal to the entire volume of the casting mass and then allowed to slowly cool in the furnace, as a rule up to 200 to 150 ° C, depending on the dimensions, shape complexity and casting material. The highest residual stress reduction efficiency is achieved after annealing of pre-crimped castings. The stress-relief annealing of castings depends on the weight, complexity and segmentation, the wall thicknesses and the type of casting material. The disadvantage of this method is the relatively lengthy heating and, in particular, the cooling of the castings, with the consequent higher labor, considerable energy consumption, the need to acquire or maintain expensive annealing equipment, production and storage areas.

Dále je znám způsob umělého řízení ochlazování tlustých průřezů odlitků ve formě přímým prouděním vzduchu, řízeným průtokem vody zaformovanými chladiči apod. tak, aby se dosáhlo oo nejmenšíoh teplotních rozdílů mezi tlustými a tenkými průřezy a tím co nejmenších zbytkových pnutí, Nevýhodou tohoto způsobu je značná pracnost a vhodnost pouze pro tvarově jednoduché odlitky. Účinnost tohoto způsobu se projevuje více jako prostředek k zabráněníFurthermore, it is known to artificially control the cooling of thick sections of castings in the form of direct air flow, controlled flow of water formed by coolers and the like so as to achieve the smallest temperature differences between thick and thin sections and thus the least residual stresses. and suitability only for simple castings. The effectiveness of this method is more manifested as a means of preventing

225 624225 624

225 624 vzniku prasklin než přímé ovládání velikosti zbytkového pnutí.225 624 cracks than direct residual stress control.

Je znám i způsob snižováni zbytkového pnutí odlitků vibracemi o vhodné frekvenci a amplitudě, které jsou úměrné zejména převažující velikosti a tvaru odlitku. Nevýhodou tohoto způsobu je rozdílnost výsledků snížení zbytkového pnutí v různě hmotnýoh a tlustých částech odlitků a dále nutnost pořízení nebo udržování náročných vibračních zařízení.It is also known to reduce residual stresses of castings by vibrations of suitable frequency and amplitude, which are proportional in particular to the prevailing size and shape of the casting. The disadvantage of this method is the difference in the results of the reduction of the residual stress in the different mass and thick parts of the castings and the necessity to purchase or maintain demanding vibrating devices.

Je rovněž znám způsob odstraňování zbytkového pnutí v odlitcích podle čs. patentu č. 139 324, vyznačeného tím, že po odlití se odlitek ochladí na teplotu nad hranici elastických deformací, načež se v celém jeho průřezu teplota vyrovná a po jejím vyrovnání se ochlazuje rychlostí 20 až 80 °C za hodinu na teplotu 300 až 50 °C, Charakteristickým rysem tohoto způsobu výroby odlitků je použití alespoň jedné průchozí peoe pro vyrovnání teplot a regulace chladnutí odlitků. Nevýhodou tohoto způsobu je nutnost vyhřívání prvního pásma peoe na 600 °C pro vyrovnání teplot v odlitku, nutnost pořízení nebo udržování této průchozí pece, jejíž rozměry a energetický příkon musí být přizpůsobeny určitému typu a velikosti odlitků s předpokladem oo největěi plynulosti výroby.It is also known to remove residual stresses in castings according to U.S. Pat. No. 139,324, characterized in that after casting, the casting is cooled to a temperature above the elastic deformation limit, whereupon the temperature is equalized over its entire cross-section and, after equalization, is cooled at a temperature of 20 to 80 ° C per hour to 300 to 50 ° C. A characteristic feature of this method of casting production is the use of at least one through hole to equalize temperatures and control the cooling of the castings. The disadvantage of this method is the necessity of heating the first zone of the pee to 600 ° C to equalize the temperatures in the casting, the necessity to acquire or maintain this through furnace, the dimensions and energy input of which must be adapted to the type and size of castings.

Výše uvedené nevýhody řeší způsob snížení zbytkového pnutí v odlitoíoh ze šedých litin do hmotnosti 1 000 kg podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se odlitek z formy vyjímá v tepelném intervalu mezi teplotou eutektoidní přeměny A1 a nejnižěí teplotou plastických deformací šedých litin 600 °C.The above-mentioned disadvantages are solved by the method of reducing the residual stress in gray iron castings up to 1000 kg according to the invention, which consists in removing the casting from the mold in the thermal interval between the eutectoidic conversion temperature A1 and the lowest plastic deformation temperature of 600 ° C.

Postupem podle vynálezu se docílí značného vyrovnání teplot v odlitku využitím přirozeného průběhu chladnutí v okolí teplot eutektoidní přeměny A1 již v průběhu ochlazování, případná pnutí vyvolaná význačnými teplotními rozdíly různých míst odlitku se při teplotách mezi eutektoidní přeměnou A1 a nejnižší teplotou plaatiokýoh deformací ještě poměrně snadno vyrovnají plastickou deformací a tím se dosáhne výrazného snížení zbytkového pnutí.The process according to the invention achieves a considerable equalization of the casting temperatures by utilizing the natural cooling process in the vicinity of the temperatures of the eutectoidic transformation A1 already during cooling; any stresses induced by significant temperature differences of the casting plastic deformation and thus a significant reduction of residual stress is achieved.

Postupem podle vynálezu se docílí nejen výrazného snížení zbytkového pnutí po oohlazení odlitku ze šedé litiny na normální teplotu, ale současně i zlepšení strukturálních poměrů zvýšením podílu perlitu v základní kovové hmotě a tím i zvýšení pevnosti a částečně tvrdosti, zejména v nejpomaleji chladnoucích průřezech odlitku.The process according to the invention not only significantly reduces the residual stress after cooling the gray iron casting to normal temperature, but also improves the structural conditions by increasing the proportion of perlite in the base metal mass and thereby increasing the strength and partially hardness, especially in the slowest cooling cross sections.

Režim chladnutí nejpomaleji chladnoucích průřezů odlitku je rozhodující pro stanovení doby vyjímání odlitků z forem v teplotním intervalu dle vynálezu. Poměrně úzké pásmo teplot a časů pro uvolňování odlitků z forem musí být pro každý konkrétní případ odlitku a technologie předem stanoveno - nejlépe proměřením teplotního režimu chladnutí rozhodujících průřezů a částí odlitku - a dále ověřeno případně měřením úrovně zbytkových pnutí.The cooling mode of the slowest cooling cross-sections of the casting is critical for determining the removal time of the castings from the molds within the temperature interval of the invention. The relatively narrow temperature and time zone for mold casting release must be predetermined for each particular casting and technology case - preferably by measuring the temperature regime of cooling of the critical cross-sections and casting parts - and further verified if necessary by measuring residual stress levels.

Snížení zbytkového pnutí v odlitcích podle vynálezu lze aplikovat jen v případech takových odlitků, u nichž rozložení hmot a tlouštěk stěn, použitý druh odlévaného materiálu, formovacích a jádrových směsí a způsob výroby forem a jader vytváří teplotní rozdíly rozhodujících průřezů odlitků menší než cca 120 °C,The residual stress reduction in the castings according to the invention can only be applied in the case of castings in which the mass and wall thickness distribution, the type of casting material, molding and core mixes used and the mold and core production process produce temperature differences of critical cross-sections of less than approx. ,

Příkladem konkrétního využití vynálezu je pracovní postup pro chladnutí, uvolňování z forem a doohlazování odlitků bloků váloů ze šedé litiny ČSN 42 2420 pro šestiválcový řadový automobilní motor o hmotnosti odlitku 300 kg, odlévaných do pískové formy.An example of a particular application of the invention is a working procedure for cooling, mold release and finishing of cast iron block castings of cast iron blocks CSN 42 2420 for a six-cylinder in-line engine with a casting weight of 300 kg cast in sand mold.

Po odlití ztuhlý odlitek chladnul ve formě 160 min,, načež se vyjmul při teplotě nejpomaleji chladnoucích průřezů 720 °0 a ochlazoval na vzduchu 4,5 hodiny na teplotu 300 °CAfter casting, the solidified cast was cooled in the mold for 160 min, then removed at the slowest cooling cross-section temperature of 720 ° 0 and cooled to 300 ° C in air for 4.5 hours.

225 624 průměrnou rychlostí 93 °C za hodinu. Po zchlazení na normální teplotu se odlitek již ne žíhal, čímž bylo dosaženo úspory plynu 0,94 GJ na 1 tunu odlitků bloků válců, dále úspory investio, pracovních sil, výrobních, skladovacích a manipulačních prostor, Sasu, apod.225 624 at an average rate of 93 ° C per hour. After cooling to normal temperature, the casting was no longer annealed, resulting in gas savings of 0.94 GJ per ton of cylinder block castings, as well as savings in investio, labor, manufacturing, storage and handling space, Sass, etc.

Ztíženou manipulaci s vyjímáním odlitků z forem v intervalu teplot podle vynálezu lze odstranit dálkově ovládanou nebo plně mechanizovanou manipulací s formami a odlitky.Difficult handling of mold castings removal in the temperature range according to the invention can be eliminated by remotely controlled or fully mechanized mold and cast handling.

Claims

Method of reducing residual stress in gray iron castings up to 1000 kg, which after casting are cooled in the mold and, after removal from the mold, cooled uniformly by air at an average rate of 30 to 100 ° C per hour to a temperature below 300 ° C, The method is characterized in that the casting is removed from the mold in the thermal interval between the eutectoid conversion temperature A1 and the lowest plastic deformation temperature of gray cast iron of 600 ° C.