RU2063840C1

RU2063840C1 - Method of cylindrical castings production

Info

Publication number: RU2063840C1
Authority: RU
Inventors: Э.Л. Кац; С.В. Корякин; Е.В. Спиридонов; В.П. Лубенец
Original assignee: Кац Эдуард Лейбович
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1996-07-20

Abstract

FIELD: casting production, casting into metal moulds in particular. SUBSTANCE: aim is to improve quality of castings by increasing their density. Method of production of cylindrical castings of nickel refractory alloys in permanent moulds provides for mould filling under constant hydrostatic delivery of smelted metal in filling bawl proceeding from condition of maintaining required speed of mould working cavity filling. Size of calibrated hole is defined from ratio:

Description

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к методам получения отливок в кокиль. The invention relates to the field of foundry, in particular to methods for producing castings in a chill mold.

Известна технология получения отливок в постоянных металлических формах, заключающаяся в подготовке формы, заливке металла, выдержке и извлечении готовой отливки (см. например, под.ред.А.И. Вейника "Литье в кокиль", М. Машиностроение. 1980г. с.262-269)
Кроме того, известен способ получения отливок в кокиль, предусматривающий питание отливки посредством ступенчатой литниковой системы и прибыли. (см. например, Жаров Н.Т. "Автоматизация некоторых литейных процессов", М. Машиностроение, 1964г. с.247-248 прототип).The known technology for producing castings in permanent metal forms, which consists in preparing the mold, pouring the metal, holding and extracting the finished casting (see, for example, under the editorship of A.I. Veinik "Die-casting", M. Engineering. 1980. p. 262-269)
In addition, a known method of producing castings in a chill mold, providing for the power of the casting through a stepped gating system and profit. (see, for example, Zharov N.T. "Automation of some foundry processes", M. Mechanical Engineering, 1964. p.247-248 prototype).

Общим недостатком перечисленных выше способов является негарантированное качество готовых изделий отливок, выражающееся в наличии таких дефектов, как распределенная усадочная пористость и концентрированные усадочные раковины, т.е. недостаточная плотность отливок. Наличие усадочной пористости более 0,2
0,3 является недопустимым для некоторых ответственных отливок, полученных методом литья в постоянные формы, в частности мерных цилиндрических шихтовых заготовок, предназначенных для литья методом "Trucast "-процесса.A common disadvantage of the above methods is the unwarranted quality of the finished castings, expressed in the presence of defects such as distributed shrinkage porosity and concentrated shrinkage shells, i.e. insufficient density of castings. The presence of shrinkage porosity of more than 0.2
0.3 is unacceptable for some critical castings obtained by permanent casting, in particular measured cylindrical charge blanks intended for casting by the "Trucast" -process.

Цель изобретения повышение качества отливок путем увеличения их плотности. The purpose of the invention is to improve the quality of castings by increasing their density.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления отливок, включающем подготовку и сборку формы, заливку формы металлом, охлаждение и извлечение отливки, в процессе заливки сверху в заливочной чаше поддерживают постоянный уровень расплава, а заполнение формы осуществляют через калиброванное отверстие в заливочной чаше, размер которого определяется соотношением

где d_о диаметр калиброванного отверстия, м;
D диаметр рабочей полости формы, м;
Н высота столба металла в заливочной чаше, м;
μ коэффициент расхода через калиброванное отверстие.This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing castings, including the preparation and assembly of the mold, pouring the mold with metal, cooling and removing the casting, the melt is maintained at a constant level during pouring from above, and the mold is filled through a calibrated hole in the casting cup, size which is determined by the relation

where d _{about the} diameter of the calibrated hole, m;
D the diameter of the working cavity of the form, m;
N the height of the metal column in the pouring bowl, m;
μ flow coefficient through a calibrated hole.

Проведенные патентные исследования показали отсутствие в технической и патентной литературе известных технических решений, содержащих признаки, изложенные в отличительной части заявленной формулы изобретения, которые проявляли бы в известных решениях свойства, идентичные свойствам отличительных признаков предложенного способа. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия". The conducted patent studies showed the absence in the technical and patent literature of known technical solutions containing the features set forth in the characterizing part of the claimed claims that would exhibit properties identical to those of the distinguishing features of the proposed method in the known solutions. Thus, the claimed technical solution meets the criteria of the invention "significant differences".

Сущность заявленного способа состоит в следующем. Для кокиля с цилиндрической рабочей полостью изготавливают керамическую заливочную чашу, в дне которой выполняют калиброванное отверстие, размер которого определяют из соотношения (1). The essence of the claimed method is as follows. For a chill mold with a cylindrical working cavity, a ceramic pouring cup is made, in the bottom of which a calibrated hole is made, the size of which is determined from relation (1).

Высоту столба жидкого металла в заливочной чаше выбирают из условия обеспечения гидростатического давления, необходимого для преодоления сил поверхностного натяжения расплава, препятствующих вытеканию его из калиброванного отверстия. Коэффициент расхода через отверстие определяется формой отверстия, длиной канала и шероховатостью стенок. The height of the liquid metal column in the casting bowl is selected from the condition of providing the hydrostatic pressure necessary to overcome the surface tension of the melt, preventing it from flowing out of the calibrated hole. The flow rate through the hole is determined by the shape of the hole, the length of the channel and the roughness of the walls.

Поддерживая в процессе заливки кокиля заранее заданный уровень металла в заливочной чаше, обеспечивают постоянный расход жидкого металла через калиброванное отверстие, а следовательно, и постоянную скорость подъема зеркала металла в форме, величина которой зависит от диаметра калиброванного отверстия, определяемого по приведенной выше зависимости. Maintaining a predetermined level of metal in the pouring bowl during the chill pouring process, they ensure a constant flow of liquid metal through a calibrated hole, and, therefore, a constant rate of rise of a metal mirror in a mold, the value of which depends on the diameter of the calibrated hole, determined by the above dependence.

Таким образом, контролируя скорость заполнения формы металлом при выполнении граничных условий вышеуказанной эмпирической зависимости, добиваются гарантированного последовательного питания отливки по всей высоте. Компенсацию усадки верхней части отливки обеспечивают за счет металла, остающегося после заполнения всей полости формы в заливочной чаше, которая выполняет функцию прибыли, что с учетом вышесказанного позволяет существенно повысить плотность получаемых отливок. Thus, by controlling the speed of filling the mold with metal under the boundary conditions of the above empirical dependence, we achieve guaranteed consistent power supply of the casting over the entire height. Shrinkage compensation of the upper part of the casting is ensured by the metal remaining after filling the entire mold cavity in the casting bowl, which performs the function of profit, which, taking into account the above, can significantly increase the density of the castings obtained.

Реализацию предложенного способа осуществляли на вакуумной плавильно-заливочной установке УППФ-ЗМ. По заявляемой технологии отливали цилиндрические заготовки длиной 500 мм и диаметром 32 мм из двух никелевых жаропрочных сплавов СЖЛ-800-1 и ЦНК-17. The implementation of the proposed method was carried out on a vacuum melting and casting plant UPPF-ZM. According to the claimed technology, cylindrical billets were cast with a length of 500 mm and a diameter of 32 mm from two heat-resistant nickel alloys SZHL-800-1 and TsNK-17.

В соответствии с техническими условиями на указанные отливки в них не допускается наличие усадочных раковин и пор, объем которых составляет более 0,2 0,3 от объема отливки. In accordance with the technical conditions for the indicated castings, shrinkage shells and pores are not allowed in them, the volume of which is more than 0.2 0.3 of the volume of the cast.

Отливки получали в неохлаждаемом чугунном кокиле. Рабочие полости кокиля были выполнены в виде семи цилиндрических отверстий диаметром 32 мм, расположенных по вершинам равносторонних треугольников. Расстояние между осями отверстий составляло 55 мм. Заливочные чаши, изготовленные из корунда, имели калиброванные отверстия, расположенные в дне чаши аналогично рабочим полостям кокиля. Размер указанных отверстий был определен по предлагаемой зависимости с учетом величины коэффициента расхода m, равного 0,2, и заданного значения высоты столба расплава в чаше H=20 мм. Крайние расчетные значения диаметра калиброванного отверстия составили 2,87 и 4,04 мм, поэтому литье заготовок осуществляли с использованием заливочных чаш, имеющих четыре типоразмера калиброванных отверстий: 2, 3, 4, и 6 мм. Заливочную чашу перед заливкой устанавливали на верхний торец кокиля таким образом, чтобы оси калиброванных отверстий в чаше и рабочих полостей кокиля совпадали. После установки заливочной чаши осуществляли заливку расплавленного металла, поддерживая в чаше заранее определенный уровень расплава путем регулирования расхода металла из разливочного тигля. Castings were obtained in uncooled cast iron chill mold. The working cavity of the chill mold was made in the form of seven cylindrical holes with a diameter of 32 mm, located at the vertices of equilateral triangles. The distance between the axes of the holes was 55 mm. Pouring bowls made of corundum had calibrated holes located in the bottom of the bowl similar to the working cavities of the chill mold. The size of these holes was determined by the proposed dependence, taking into account the value of the flow coefficient m, equal to 0.2, and a given value of the height of the melt column in the bowl H = 20 mm The extreme calculated values of the diameter of the calibrated hole were 2.87 and 4.04 mm, so the workpieces were cast using casting bowls having four sizes of calibrated holes: 2, 3, 4, and 6 mm. Before pouring, the filling cup was installed on the upper end of the chill mold so that the axes of the calibrated holes in the cup and the working cavities of the chill mold coincided. After installing the casting bowl, molten metal was filled, maintaining a predetermined melt level in the bowl by controlling the flow of metal from the casting crucible.

По предлагаемому способу было изготовлено по 300 шт. отливок из каждого сплава. According to the proposed method, 300 pieces were made. castings from each alloy.

Кроме того, было отлито по 100 шт. заготовок по известной технологии, принятой в качестве базовой (способ-прототип). Для этой цели использовали чугунный разъемный кокиль, в котором получали одновременно по 6 заготовок. Заливку кокиля осуществляли сверху через ступенчатую литниковую систему и прибыль. In addition, 100 pieces were cast. blanks by known technology adopted as the base (prototype method). For this purpose, a cast iron chill mold was used, in which 6 blanks were obtained simultaneously. Chill pouring was carried out from above through a stepped gate system and profit.

Плотность полученных отливок определяли методом гидростатического взвешивания, а размеры пор-металлографическими методами на вырезанных из заготовок темплетах. Результаты исследования приведены в таблице. The density of the obtained castings was determined by hydrostatic weighing, and the pore sizes by metallographic methods on templates cut from blanks. The results of the study are shown in the table.

Полученные результаты свидетельствуют о повышенной осевой распределенной усадочной пористости и наличии усадочных раковин размером до 3 мм по всей высоте отливок, полученных по известному способу. The results indicate an increased axial distributed shrinkage porosity and the presence of shrinkage shells up to 3 mm in size over the entire height of the castings obtained by the known method.

При использовании заливочных чаш, имеющих диаметр отверстий меньше, чем нижний предел расчетного значения (d_o=2 мм) полученные отливки имели большое количество дефектов в виде недоливов и спаев, что связано с недостаточной скоростью заполнения формы расплавом. Указанные отливки не удовлетворяли требованиям технических условий, в связи с чем анализ их плотности не проводился.When using casting bowls having a hole diameter less than the lower limit of the calculated value (d _o = 2 mm), the obtained castings had a large number of defects in the form of underfillings and junctions, which is associated with insufficient melt filling speed. These castings did not meet the requirements of the technical conditions, and therefore their density analysis was not carried out.

Как видно из таблицы, при увеличении диаметра калиброванного отверстия свыше верхнего расчетного значения (d_о=6 мм) в отливках наблюдалось существенное повышение объемной пористости (более 0,5) и максимального размера пор (более 1,5 мм).As can be seen from the table, with an increase in the diameter of the calibrated hole above the upper calculated value (d _о = 6 mm), a significant increase in volume porosity (more than 0.5) and maximum pore size (more than 1.5 mm) was observed in the castings.

Отливки, полученные по предлагаемому способу, имели лишь незначительные дефекты усадочного характера размером до 0,25 мм, что удовлетворяет требованиям технических условий на указанные отливки. Castings obtained by the proposed method had only minor shrinkage defects up to 0.25 mm in size, which meets the technical requirements for these castings.

Анализ результатов гидростатического взвешивания показал, что пористость отливок, полученных по предлагаемому и по известному способам, составила соответственно 0,1-0,3% и 0,5 -1,0% что свидетельствует о существенном повышении плотности отливок, изготовленных по заявленному способу по сравнению с известным. Analysis of the results of hydrostatic weighing showed that the porosity of the castings obtained by the proposed and known methods amounted to 0.1-0.3% and 0.5-1.0%, respectively, which indicates a significant increase in the density of castings made according to the claimed method according to compared to the famous.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить качество цилиндрических отливок из никелевых жаропрочных сплавов путем повышения их плотности, а следовательно, и эксплуатационные характеристики отливок. Thus, the proposed method can significantly improve the quality of cylindrical castings of nickel heat-resistant alloys by increasing their density, and hence the operational characteristics of the castings.

Предлагаемый способ прошел опытное опробование и готов к внедрению на Ступинском металлургическом комбинате. ТТТ1 The proposed method has passed experimental testing and is ready for implementation at the Stupino Metallurgical Plant. TTT1

Claims

A method of manufacturing cylindrical castings, mainly from heat-resistant nickel alloys in constant forms, including preparing and assembling the mold, casting the mold with metal, cooling and removing the casting from the mold, characterized in that, in order to improve the quality of the castings by increasing their density, in the process of pouring from above in the pouring bowl maintain a constant level of the melt, and filling the form is carried out through a calibrated hole in the pouring bowl, the dimension d _{0 of} which is determined by the ratio:

where D is the diameter of the working cavity of the form, m;
H the height of the metal column in the pouring bowl, m;
μ flow coefficient through a calibrated hole.