RU2090306C1

RU2090306C1 - Method for manufacture of porous metal mold

Info

Publication number: RU2090306C1
Application number: RU94044735A
Authority: RU
Inventors: П.И. Вершинин; А.И. Ковтунов
Original assignee: Тольяттинский политехнический институт
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1997-09-20
Also published as: RU94044735A

Abstract

FIELD: foundry. SUBSTANCE: method involves making model in accordance with Shaw process; placing model in box made from fire-resistant material; filling box with mixture of steel shots and activated carbon; placing weight and positioning box into furnace; heating furnace to provide diffusion welding of shots; cooling and applying heat-insulating layer to cooled surface of mold. Mold produced by such method has low thermal conductivity. EFFECT: increased efficiency and improved quality of mold. 3 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам изготовления пористых металлических форм. The invention relates to foundry, in particular to methods for the manufacture of porous metal molds.

Известен способ изготовления пористой металлической формы, включающий изготовление модели, установку опоки, заполнение опоки металлическим материалом в виде проволоки, наложение на него груза [1]
Недостаток известного способа состоит в том, что размерную точность определяет опока, которая при тепловой работе формы расширяется и сужается, что приводит к преждевременному нарушению размеров полости формы.A known method of manufacturing a porous metal mold, including the manufacture of a model, installation of the flask, filling the flask with metal material in the form of a wire, applying a load to it [1]
The disadvantage of this method is that dimensional accuracy determines the flask, which during thermal work of the form expands and narrows, which leads to premature violation of the dimensions of the cavity of the form.

Задачей изобретения является повышение качества и санитарно-гигиенических условий работы. The objective of the invention is to improve the quality and sanitary conditions.

Поставленная задача решается тем, что предварительно изготавливают модель по Шоу-процессу, на которую устанавливают опоку, изготовленную из огнеупорного материала, в опоку засыпают дисперсную смесь стальной дроби с порошком активированного угля, на верх засыпки помещают груз, после чего опоку помещают в печь для диффузионной сварки дроби, при этом количество активированного угля назначают из условия достаточности для раскисления окисной пленки на поверхности дроби. The problem is solved by first making a model according to the Show process, on which a flask made of refractory material is installed, a dispersed mixture of steel shot with activated carbon powder is poured into the flask, a load is placed on top of the charge, and then the flask is placed in a diffusion furnace welding fractions, while the amount of activated carbon is prescribed from the condition of sufficiency for deoxidation of the oxide film on the surface of the fraction.

На фиг. 1 и 2 дана конструкция кокиля, вид сверху; на фиг. 2 то же, разрез А-А; на фиг. 3 форма для получения кокиля, вертикальный разрез. In FIG. 1 and 2 give the design of the chill mold, top view; in FIG. 2 the same, section AA; in FIG. 3 mold for chill mold, vertical section.

Половинки 1 и 2 разъемного кокиля (фиг. 1 и 2) выполнены из дроби 3, сваренной между собой по контактирующим точкам. Для выпора 4 и литникового стержня 5 выполнены гнезда, образованные листовыми фигурными вставками 6 и 7, сваренными со слоем дроби 3. На поверхность полости кокиля нанесен плазменный окисный слой 8, который, заполняя промежутки между дробью, выравнивает шероховатость поверхности полости кокиля. Halves 1 and 2 of the detachable chill mold (Fig. 1 and 2) are made of shot 3 welded together at the contacting points. For the bulge 4 and the sprue rod 5, nests are formed formed by curly sheet inserts 6 and 7, welded with a layer of shot 3. A plasma oxide layer 8 is applied to the surface of the chill mold, filling the gaps between the shot, smoothing the surface roughness of the mold.

Последовательность операций изготовления кокиля состоит в следующем: на огнеупорную подмодельную плиту 9 (фиг. 3) устанавливают модель 10, изготовленную методом Шоу-процесса, и листовые полые фигурные вставки 6 и 7 (фиг. 1) для стержней под стояк и выпор, ставят опоку 11 и засыпают дробь 3 в дисперсной смеси с порошком активированного угля до верхней плоскости опоки 11, разравнивают и ставят груз 12. Затем опоку помещают в печь с температурой 970-1080^oC. Производят с учетом прогрева до рабочей температуры печи выдержку в течение 30-60 часов.The sequence of operations for manufacturing the chill mold is as follows: a model 10 made by the Show process is installed on the refractory model plate 9 (Fig. 3), and hollow curly shaped inserts 6 and 7 (Fig. 1) for the rods under the riser and support are placed in a flask 11 and fill up the fraction 3 in a dispersed mixture with activated carbon powder to the upper plane of the flask 11, level and put the load 12. Then the flask is placed in a furnace with a temperature of 970-1080 ^o C. Produce taking into account heating to the operating temperature of the furnace, exposure for 30- 60 hours.

При высокотемпературной выдержке протекают следующие процессы: дробь находится в упругопластичном состоянии, так как имеет температуру примерно на 250^oC ниже точки Т_сол, и зазоры между дробью сохраняются. При взаимодействии с кислородом воздуха активированного угля образуется оксид углерода, который восстанавливает железо из оксида железа на поверхности дроби. По точкам контакта дроби шаров происходит взаимная диффузия атомов и создаются необходимые условия для диффузионной сварки дроби и образования единого монолита-кокиля со свободными порами. Далее опоку извлекают из печи и охлаждают на воздухе, разбирают и исправляют поверхностные дефекты на моделях. Затем на кокиль наносится газоплазменный или плазменный теплоизоляционный слой, и полуформа (полукокиль) готова к эксплуатации.During high-temperature exposure, the following processes occur: the shot is in an elastoplastic state, since it has a temperature of about 250 ^o C below the point T _sol , and the gaps between the shot are maintained. When activated carbon interacts with atmospheric oxygen, carbon monoxide is formed, which reduces iron from iron oxide on the surface of the shot. At the points of contact of the fraction of balls, mutual diffusion of atoms occurs and the necessary conditions are created for diffusion welding of the fraction and the formation of a single monolith-chill mold with free pores. Next, the flask is removed from the furnace and cooled in air, disassemble and repair surface defects on the models. Then a gas-plasma or plasma heat-insulating layer is applied to the chill mold, and the half-mold (half-chill mold) is ready for operation.

Пример реализации способа. An example implementation of the method.

Методом распыления получают дробь из жидкого расплава, отсеивают дробь диаметром 3-4 мм. В качестве материала для дроби используют, например, сплав Х18Н9Т. Методом Шоу-процесса изготавливают модели полости кокиля и литник (питатель). Изготавливают листовые вставки под стержень для стояка и выпора. Модели и вставки размещают на огнеупорной плите. Засыпают дробь и угольный порошок, равномерно перемешанные, до верхней кромки опоки. На верхнюю плоскость засыпки ставят груз из жаростойкого чугуна с размерами в свету на 10-15 мм меньше размеров опоки. Высоту груза назначают 0,14 м, что соответствует удельному давлению 0,1 атм. Указанное нагружение преследует цель облегчить диффузионную сварку швов. Производят нагрев и выдержку при Т 970-1080^oC, в течение 30-60 часов. (Время выдержки уточняется экспериментально). Опоку с моделями и засыпкой извлекают из печи и охлаждают на воздухе до температуры воздуха. Полукокиль продувают воздухом для удаления остатков порошка угля. Разбирают систему, модели исправляют и оставляют до следующего использования, а на полукокиль наносят плазменный или газоплазменный окисный слой. Полуформа готова для эксплуатации.By spraying, a fraction is obtained from a liquid melt, a fraction 3-4 mm in diameter is screened out. As the material for the shot, for example, X18H9T alloy is used. Using the Show process method, models of the mold of the chill mold and the sprue (feeder) are made. Sheet inserts are made under the rod for the riser and uptake. Models and inserts are placed on a refractory stove. Fill and coal powder, evenly mixed, fall asleep to the upper edge of the flask. A load of heat-resistant cast iron with dimensions in the light 10-15 mm less than the size of the flask is placed on the upper plane of the backfill. The height of the cargo is assigned 0.14 m, which corresponds to a specific pressure of 0.1 atm. The indicated loading is aimed at facilitating diffusion welding of welds. Produce heating and aging at T 970-1080 ^o C, for 30-60 hours. (The exposure time is specified experimentally). The flask with models and backfill is removed from the furnace and cooled in air to air temperature. A half-chill is purged with air to remove residual coal powder. The system is disassembled, the models are fixed and left until the next use, and a plasma or gas-plasma oxide layer is applied to the semi-coil. The half-mold is ready for operation.

Плиту 9 и опоку 11 изготавливают из шамота, груз 12 из жаропрочного чугуна. Plate 9 and flask 11 are made of fireclay, cargo 12 is made of heat resistant cast iron.

При нанесении окисного покрытия стараются уменьшить шероховатость поверхности полости формы, нанося на промежутки между дробью увеличенную толщину слоя. When applying an oxide coating, they try to reduce the surface roughness of the mold cavity by applying an increased layer thickness to the gaps between the shots.

Преимущества способа. The advantages of the method.

При тепловой работе кокиля каждая дробина может расширяться самостоятельно за счет промежутков между ними, что исключает образование больших температурных напряжений, при этом достигается высокая долговечность кокиля и качество отливок. During the thermal work of the chill mold, each pellet can expand independently due to the gaps between them, which eliminates the formation of high temperature stresses, while achieving a high durability of the chill mold and the quality of castings.

Теплопередача через стенку кокиля идет по толще дроби и через контактные прослойки, то есть тепловые линии в контактных точках сгущаются, а в промежутках разрежаются. За счет этого эффективная теплопроводность кокиля λ_эф снижается, при этом λ_эф у сплава Х18Н9Т при рабочих температурах кокиля и без того не выше 18 Вт/м K, а с учетом окисного покрытия скорость охлаждения отливки будет ненамного выше скорости охлаждения отливки в сухой песчано-глинистой форме.The heat transfer through the chill wall is thicker than the shot and through the contact layers, that is, the heat lines at the contact points are condensed, and in the gaps are rarefied. Due to this, the effective thermal conductivity of the chill mold _λeff decreases, while the λeff of the _X18H9T alloy at the working temperature of the chillie is already no higher than 18 W / m K, and taking into account the oxide coating, the cooling rate of the casting will be slightly higher than the cooling rate of the casting in dry sand clay form.

Это обстоятельство позволяет использовать предложенное техническое решение в массовом производстве отливок из СЧ, ВЧ в автостроении. This circumstance allows us to use the proposed technical solution in the mass production of castings from midrange and high frequency in automotive industry.

Claims

A method of manufacturing a porous metal mold, including manufacturing a model, installing a flask, filling the flask with metal material, applying a load onto it, characterized in that the model is made according to the Show process, and the flask of refractory material, using a dispersed mixture as the metal material to fill the flask steel shot with activated carbon, after applying the load, the flask is placed in the furnace for diffusion welding of shot, while the amount of activated carbon is selected from the condition of sufficiency for I am deoxidizing the oxide film on the surface of the fraction.