PL239064B1

PL239064B1 - Sposób otrzymywania preformy ceramiczno-metalowej do wytwarzania warstw kompozytowych w odlewach ze stopów żelaza

Info

Publication number: PL239064B1
Application number: PL420492A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Kilarski; Agnieszka Dulska; Andrzej Studnicki; Czesław Baron; Jan Szajnar; Jacek Suchoń
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2021-11-02
Also published as: PL420492A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania preformy ceramiczno - metalowej do wytwarzania warstw kompozytowych w odlewach ze stopów żelaza, który polega na tym, że pojemnik z metalowej siatki (1) wypełnia się ziarnami ceramicznymi o wymiarach 1,0 - 3,5 mm z grupy elektrokorundów Al2O3 i/lub dodaje się do 30% karborundu SiC w postaci luźnej 100% usypowego wypełnienia pojemnika, i/lub dodaje się zlepki regularnych płytek pełnych lub ażurowych o grubości do 20 mm i objętości do 100 cm3 100% wypełnienia pojemnika z zachowaniem odstępu między płytkami równego 0,5 - 1,0 grubości płytki, i/lub dodaje się nieregularne zlepki ziaren ceramicznych o masie 2 - 15 gramów 100% usypowego wypełnienia pojemnika, następnie pojemnik umieszcza się w piaskowej formie odlewniczej i zalewa ciekłym stopem żelaza.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania preformy ceramiczno-metalowej do wytwarzania warstw kompozytowych w odlewach ze stopów żelaza.

Znane są sposoby wytwarzania warstwy odpornej na ścieranie w odlewach polegające na wtapianiu w procesie zalewania w odpowiednich miejscach odlewu specjalnych wkładek wykonanych z żeliw i staliw odpornych na ścieranie, węglików i węglikoazotków spiekanych oraz ceramiki tlenkowej spiekanej.

Ponadto znane są również metody wytwarzania warstwy odpornej na ścieranie na powierzchni odlewów przez nawęglanie, azotowanie, cyjanowanie, naborowywanie oraz napawanie i napylanie odpornymi na ścieranie elektrodami czy proszkami. Każda z powyższych metod posiada jednak pewne niedogodności. Stosowanie wkładek metalowych może powodować pękanie odlewów lub pękanie zalewanych wkładek. Metody obróbki cieplnej powierzchniowej i cieplno-chemiczne pozwalają utwardzić powierzchnię odlewu tylko do kilku milimetrów, a napawanie do kilkunastu milimetrów.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 167197 znany jest warstwowy materiał o osnowie metalowej, zawierający składnik ceramiczny (elektrokorund) tylko w stopach aluminium, który otrzymuje się w procesie zalewania dużych ziaren ceramicznych umieszczonych na dnie lub rusztowaniu wnęki formy. Ziarnistość ceramiki mierzona wzdłuż jednej osi kryształów wynosi od 20-30 mm.

Ponadto z polskiego opisu patentowego nr PL189446 znany jest zespolony element roboczy, składający się z odlewanej metalowej matrycy, której powierzchnia robocza zawiera wstawki o bardzo dobrej odporności na ścieranie. Wstawki składają się z co najmniej jednej wkładki ceramicznej o składzie jednorodnego roztworu stałego AI2O3 i ZrO2, które zostają zaimpregnowane ciekłym metalem podczas odlewania.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania preformy ceramiczno-metalowej do wytwarzania w odlewach warstw kompozytowych odpornych na zużycie ścierne zbudowanych z ziaren ceramicznych umieszczonych w odlewniczym stopie żelaza.

Sposób otrzymywania preformy według wynalazku polega na tym, że pojemnik z metalowej siatki wypełnia się ziarnami ceramicznymi o wymiarach 1,0-3,5 mm z grupy elektrokorundów AI2O3 w postaci luźnej 100% usypowego wypełnienia pojemnika, i/lub w postaci zlepek regularnych płytek pełnych lub ażurowych o grubości do 20 mm i objętości do 100 cm³ 100% wypełnienia pojemnika z zachowaniem odstępu między płytkami równego 0,5-1,0 grubości płytki, i/lub w postaci nieregularnych zlepek ziaren ceramicznych o masie 2-15 gramów 100% usypowego wypełnienia pojemnika, następnie pojemnik umieszcza się w piaskowej formie odlewniczej i zalewa ciekłym stopem żelaza.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest łatwy sposób wykonania pojemnika, który wypełniony ziarnami ceramicznymi w prosty sposób jest mocowany we wnęce formy dając po zalaniu odlew miejscowo zbrojony warstwą kompozytową metalowo - ceramiczną o bardzo wysokiej odporności na ścieranie przewyższającej znane dotychczas lane stopy żelaza. Ponadto następuje całkowita (luźne ziarna) lub częściowa eliminacja (zlepki ziaren) szkodliwych produktów (gazów, wtrąceń stałych) powstałych podczas rozpadu preform ceramicznych otrzymywanych na drodze spajania różnymi klejami ziaren ceramicznych.

Przedmiot wynalazku objaśniono na rysunku, na których fig. 1 przedstawia pojemnik otwarty z luźnymi ziarnami elektrokorundu, fig. 2 przedstawia pojemnik zamknięty z aglomeratami, a fig. 3 pojemnik zamknięty z płytkami ceramicznymi.

P r z y k ł a d 1

Sposób otrzymywania preformy ceramiczno-metalowej wg Fig. 1 do wytwarzania warstwy kompozytowej o grubości 15 mm w odlewie płyty żeliwnej odpornej na zużycie ścierne o wymiarach 200 x 400 x 40 mm:

Pojemnik w kształcie otwartej prostopadłościennej tacki o wymiarach 190 x 390 x 5,5 mm wykonany z siatki stalowej o średnicy drutu 0,35 mm i wielkości oczek 1,8 mm, wypełnia się równomiernie luźnymi ziarnami elektrokorundu AI2O3 o wielkości ziarna F8 wg standardu FEPA w ilości 0,8 kg. Tak otrzymaną preformę umieszcza się w dolnej połówce formy odlewniczej i po zamknięciu zalewa przegrzanym ciekłym żeliwem. W wyniku tego uzyskuje się pełną infiltrację ciekłego metalu w preformę tworząc w odlewie warstwę kompozytową odporną na ścieranie ceramiczno-metalową o grubości:

do 15 mm w przypadku pojemników wypełnionych luźnymi ziarnami ceramicznymi (Fig. 1),

PL 239 064 B1 do 50 mm w przypadku pojemników wypełnionych aglomeratami (agregatami) o masie do 10 gramów każdy (Fig. 2), powyżej 50 mm w przypadku pojemników wypełnionych płytkami lub dużymi aglomeratami (agregatami) o masie 10-15 gramów (Fig. 3).

P r z y k ł a d 2

Sposób otrzymywania preformy ceramiczno-metalowej wg Fig. 2 do wytwarzania warstwy kompozytowej o grubości 40 mm w odlewie belki (listwy) kruszarki o wymiarach przekroju roboczego 300 x 1000 mm i grubości 100 mm:

Pojemnik w kształcie zamykanego prostopadłościanu o wymiarach 990 x 290 x 40 mm, wykonany z siatki stalowej o średnicy drutu 0,5 mm i wielkości oczek 4 mm, wypełnia się równomiernie nieregularnymi zlepkami (aglomeratami) ziaren elektrokorundu AI2O3 o wielkości ziarna F8 wg standardu FEPA i masie pojedynczego aglomeratu do 10 gramów. Masa całkowita aglomeratów wynosi 10 kg. Tak otrzymaną preformę umieszcza się w górnej połówce formy odlewniczej belki i po zamknięciu zalewa przegrzanym ciekłym staliwem.

P r z y k ł a d 3

Sposób otrzymywania preformy ceramiczno-metalowej wg Fig. 3 do wytwarzania warstwy kompozytowej o grubości 100 mm w odlewie bijaka (młotka) kruszarki o wymiarach przekroju roboczego 200 x 50 mm i wysokości 500 mm:

Pojemnik w kształcie zamykanego prostopadłościanu o wymiarach 190 x 40 x 100 mm, wykonany z siatki stalowej o średnicy drutu 0,5 mm i wielkości oczka 5 mm, wypełnia się równomiernie płytkami o grubości 15 mm i wysokości 100 mm z ziaren elektrokorundu AI2O3 o wielkości ziarna F8 wg standardu FEPA. Masa całkowita płytek wynosi około 1 kg. Tak otrzymaną preformę umieszcza się w górnej połówce formy odlewniczej odtwarzającej część roboczą bijaka i po zamknięciu zalewa przegrzanym ciekłym staliwem.

Pojemnik zamknięty może mieć kształt: sześcianu, prostopadłościanu, torusa, pierścienia, walca lub innej bryły przestrzennej, dostosowanej do wymiarów i kształtu wzmacnianej części odlewu. Pojemnik otwarty może mieć kształt: talerza, tacki, koszyka lub innej otwartej powłoki przestrzennej, dostosowanej do wymiarów i kształtu wzmacnianej części odlewu.

Zastrzeżenie patentowe

1. Sposób otrzymywania preformy ceramiczno-metalowej do wytwarzania warstw kompozytowych w odlewach ze stopów żelaza, znamienny tym, że pojemnik z metalowej siatki (1) wypełnia się ziarnami ceramicznymi o wymiarach 1,0-3,5 mm z grupy elektrokorundów AI2O3 w postaci luźnej 100% usypowego wypełnienia pojemnika, i/lub w postaci zlepek regularnych płytek pełnych lub ażurowych o grubości do 20 mm i objętości do 100 cm³ 100% wypełnienia pojemnika z zachowaniem odstępu między płytkami równego 0,5-1,0 grubości płytki, i/lub w postaci nieregularnych zlepek ziaren ceramicznych o masie 2-15 gramów 100% usypowego wypełnienia pojemnika, następnie pojemnik umieszcza się w piaskowej formie odlewniczej i zalewa ciekłym stopem żelaza.