RU2117548C1

RU2117548C1 - Method of centrifugal casting of bimetal cast iron blanks

Info

Publication number: RU2117548C1
Application number: RU98103587A
Authority: RU
Inventors: Г.С. Мирзоян; Р.Х. Гималетдинов; А.В. Копьев; П.В. Семенов; В.Г. Тиняков; Л.С. Капустина; С.П. Павлов; С.В. Цыбров; В.Л. Бурков; В.Н. Носарев; А.Г. Мирзоян
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Кушвинский завод прокатных валков"; Товарищество с ограниченной ответственностью "Фирма ЦНИИТМАШметалл"
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: foundry. SUBSTANCE: applied to internal surface of ingot mold is heat-insulating layer whose thickness equals 3.0-7.0% of thickness of metal exterior layer. Metal of exterior layer is poured into mold rotating round its horizontal axis. Beginning from 10-15% of time from beginning of casting and ending 10-15% of time before casting ending; introduced into metal stream is flux in the amount equalling 1.5-2.5% of weight of cast iron of exterior layer. EFFECT: reduced reject caused by cracks, nonfusing or washing out of blank layers. 1 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к центробежному литью биметаллических чугунных заготовок. The invention relates to foundry, in particular to centrifugal casting of bimetallic cast iron billets.

Известен способ получения биметаллических чугунных заготовок, в том числе прокатных валков, заключающийся в том, что форму располагают вертикально, заливают чугуном, соответствующим по составу рабочему слою, а после затвердевания его в полости бочки на нужную толщину осуществляют вытеснение залитого еще жидкого металла чугуном другого состава, необходимого для формирования сердцевины бочки и шеек валка. A known method of producing bimetallic cast iron billets, including rolling rolls, which consists in the fact that the mold is placed vertically, cast iron, the composition of the working layer, and after hardening it in the cavity of the barrel to the desired thickness, the still molten metal is replaced by cast iron of a different composition required to form the core of the barrel and the necks of the roll.

Этот способ очень дорог (двойной расход металла, в том числе легирующих элементов), не обеспечивает стабильной толщины рабочего слоя по высоте и ее соответствия заданной. This method is very expensive (double consumption of metal, including alloying elements), does not provide a stable thickness of the working layer in height and its compliance with a given one.

Известен другой способ, в котором рабочий слой получают методом центробежного литья, затем заливают после затвердевания наружного металла и его охлаждения еще на 20-49^oC ниже t_сол первую порцию расплава внутреннего слоя при увеличении частоты вращения на 10-15% от номинальной, поворачивают форму в наклонное положение (угол 30-45^o) и после снижения частоты вращения до 0,05-0,20 от номинала заливают вторую порцию расплава внутреннего слоя, далее форму переводят в вертикальное положение, останавливают и заливают оставшуюся часть металла внутреннего слоя (авт. свид. СССР N1156835 кл. B 22 D 13/00, 1985).Another method is known, in which the working layer is obtained by centrifugal casting, then it is poured after hardening the outer metal and cooling it another 20-49 ^o C below t _{sol the} first portion of the melt of the inner layer with an increase in the rotational speed by 10-15% of the nominal, rotate the mold in an inclined position (angle 30-45 ^o ) and after reducing the rotation speed to 0.05-0.20 from the nominal, fill in the second portion of the melt of the inner layer, then the mold is put into a vertical position, the remaining part of the inner metal is stopped and filled layer (ed. certificate of the USSR N1156835 class B 22 D 13/00, 1985).

Этот способ имеет недостатки, один из них в том, что слой окислов, образующийся на стыке металлов, не позволяет стабильно обеспечить хорошее сваривание, устранить возможное размывание рабочего слоя и образование в нем трещин. Для чугуна, используемого в качестве наружного слоя валков, интервал температуры солидус меняется в пределах разбега состава по марке от 1013 до 1136^oC.This method has drawbacks, one of which is that the oxide layer formed at the junction of metals does not consistently provide good welding, eliminate possible erosion of the working layer and the formation of cracks in it. For cast iron, used as the outer layer of rolls, the temperature range of solidus varies within the range of the composition for the brand from 1013 to 1136 ^o C.

Расчетная температура t_сол составляет 1074,5^oC.The estimated temperature t _sol is 1074.5 ^o C.

Рекомендуемая температура наружного слоя при заливке металла сердцевины (t_сол 20-49^oC) лежит внутри интервала этих температур (1136-1013^oC), т.е. такой предел не обеспечивает заливку чугуна на уже затвердевший металл рабочего слоя и делает возможным его размывание и переход хрома в металл сердцевины, что также недопустимо.The recommended temperature of the outer layer when pouring the core metal (t _sol 20-49 ^o C) lies within the range of these temperatures (1136-1013 ^o C), i.e. such a limit does not provide cast iron casting on the already hardened metal of the working layer and makes it possible to erode and the transition of chromium into the core metal, which is also unacceptable.

Наиболее близким к изобретению является способ центробежной отливки биметаллических чугунных заготовок, включающий заливку в форму металла наружного слоя при вращении изложницы вокруг горизонтальной оси, подачу в струю заливаемого металла флюсообразующей смеси, поворот формы в вертикальное положение после затвердевания наружного слоя, при снижении температуры наружного слоя на 30-350^oC ниже температуры солидуса заливку металла внутреннего слоя (авт. свид. СССР N 448056, кл. B 22 D 13/00, 1974).Closest to the invention is a method for centrifugal casting of bimetallic cast iron billets, including pouring the outer layer into the metal mold when the mold is rotated around the horizontal axis, feeding the flux-forming mixture into the metal stream being cast, turning the mold into a vertical position after the outer layer has hardened, while lowering the temperature of the outer layer by 30-350 ^o C below the solidus temperature pouring the metal of the inner layer (ed. Certificate of the USSR N 448056, CL B 22 D 13/00, 1974).

Недостатком способа является образование трещин в заготовке, несваривание и размывание слоев заготовки ввиду нестабильности процесса ввода флюса. Отсутствие теплоизоляционного слоя на поверхности не обеспечивает заданную твердость и структуру рабочего слоя валка. The disadvantage of this method is the formation of cracks in the workpiece, non-welding and erosion of the layers of the workpiece due to the instability of the flux injection process. The absence of a heat-insulating layer on the surface does not provide the specified hardness and structure of the working layer of the roll.

Задачей изобретения является сокращение брака по трещинам, несвариванию и размыванию слоев заготовки, улучшение структуры заготовки. The objective of the invention is to reduce marriage by cracks, non-welding and erosion of the layers of the workpiece, improving the structure of the workpiece.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что на внутреннюю поверхность изложницы наносят слой теплоизоляции толщиной 3,0 - 7,0% от толщины наружного слоя металла, флюс в количестве 1,5-2,5% от массы чугуна наружного слоя вводят, начиная с 10-15% времени от начала заливки и заканчивая за 10-15% времени до окончания процесса заливки. The specified technical result is ensured by the fact that a heat insulation layer with a thickness of 3.0 - 7.0% of the thickness of the outer metal layer is applied to the inner surface of the mold, a flux in the amount of 1.5-2.5% of the mass of cast iron of the outer layer is introduced starting from 10 -15% of the time from the start of pouring and ending 10-15% of the time before the end of the pouring process.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

На рабочую (внутреннюю) поверхность изложницы, вращающейcя с начальной скоростью, наносится слой теплоизоляции толщиной 3-7% от толщины наружного слоя биметаллической заготовки, заливают чугун наружного слоя, вводят в его струю флюс в количестве 1,5-3,5% от массы металла наружного слоя, при этом начинают вводить флюс через 10-15% времени от начала заливки и кончают за 10-15% времени от конца процесса заливки. On the working (inner) surface of the mold, rotating at an initial speed, a layer of thermal insulation is applied with a thickness of 3-7% of the thickness of the outer layer of the bimetallic billet, cast iron of the outer layer, flux in the amount of 1.5-3.5% is introduced into its stream metal of the outer layer, while they begin to introduce flux after 10-15% of the time from the start of pouring and end 10-15% of the time from the end of the pouring process.

После окончания заливки наружного слоя и его затвердевания вращение изложницы прекращают, поворачивают ее в вертикальное положение и при температуре внутренней поверхности на 50-100^oC ниже температуры его затвердевания (1000-950^oC) заливают металл сердцевины и шеек.After the pouring of the outer layer and its hardening is completed, the mold rotation is stopped, it is turned into a vertical position and, at an internal surface temperature of 50-100 ^° C below its solidification temperature (1000-950 ^° C), core metal and necks are poured.

Способ опробован в производственных условиях акционерного общества "КЗПВ" г. Кушвы путем листопрокатных биметаллических валков для Карагандинского металлургического завода (см. таблицу). The method was tested in the production conditions of the joint-stock company "KZPV" in Kushva by means of sheet-rolled bimetallic rolls for the Karaganda Metallurgical Plant (see table).

На изложницу наносили слой теплоизоляционной смеси. Толщина рабочего слоя валка составляла 70 мм. A layer of heat-insulating mixture was applied to the mold. The thickness of the working layer of the roll was 70 mm.

При толщине слоя теплоизоляции, большей 4,9 мм (7% от толщины наружного рабочего слоя), получить заданную твердость и структуру металла рабочего слоя валка не удавалось, а при ее толщине менее 2,1 мм (3%) в заготовке иногда начинали образовываться мелкие трещины, поэтому пределами толщины возможного применения теплоизоляции являются 3,0 -7% от толщины рабочего (наружного) слоя металла. When the thickness of the insulation layer is greater than 4.9 mm (7% of the thickness of the outer working layer), it was not possible to obtain the specified hardness and structure of the metal of the working layer of the roll, and with its thickness less than 2.1 mm (3%), they sometimes began to form in the workpiece small cracks, therefore, the limits of the thickness of the possible application of thermal insulation are 3.0 -7% of the thickness of the working (outer) metal layer.

Перед заливкой форме (изложница со слоем теплоизоляции) придавали вращение вокруг горизонтальной оси с частотой 420 об/мин. Определение частоты вращения производили по формуле

, где n - обороты формы в минуту, K - гравитационный коэффициент, он должен быть в пределах 60-80, R - радиус наружной поверхности отливаемой заготовки, м.Before pouring the mold (mold with a layer of thermal insulation) gave rotation around a horizontal axis with a frequency of 420 rpm The determination of the rotation speed was carried out according to the formula

, where n is the mold revolutions per minute, K is the gravitational coefficient, it should be in the range of 60-80, R is the radius of the outer surface of the cast billet, m

Для рабочего слоя применяли высокохромистый чугун. Продолжительность заливки составляла 55-62 с. High chromium cast iron was used for the working layer. The duration of the filling was 55-62 s.

Начиная с 7-10 с после начала заливки и кончая 48-50 с на струю металла подавали флюс. Starting from 7-10 s after the start of pouring and ending at 48-50 s, a flux was supplied to the metal stream.

Если начинать вводить флюс ранее 10% времени заливки, он с металлом попадает в еще не прогретый литниковый канал, прилипает там и затрудняет процесс заливки, иногда перекрывал канал. Подача флюса с последними порциями металла, т. е. в последние 10-15% периода заливки, ведет к налипанию флюса на стенках заливочной чаши, количество попавшего с металлом флюса становится переменным, т.е. процесс теряет стабильность. If you start introducing flux earlier than 10% of the pouring time, it gets into the still-hot gating channel with metal, sticks there and complicates the pouring process, sometimes it blocked the channel. The supply of flux with the last portions of the metal, i.e., in the last 10-15% of the pouring period, leads to the buildup of flux on the walls of the pouring bowl, the amount of flux trapped with the metal becomes variable, i.e. the process is losing stability.

Количество используемого флюcа определяется массой металла наружного слоя получаемой отливки. Если флюса используют менее 1,5% от массы металла наружного слоя, то пленка его оказывается очень тонкой, быстро охлаждается и не может рафинировать металл, т.е. не растворяет окислы, в первую очередь хрома, образующиеся на внутренней поверхности затвердевшего наружного слоя. Отмечается несваривание слоев металла. The amount of flux used is determined by the mass of the metal of the outer layer of the resulting casting. If flux is used less than 1.5% by weight of the metal of the outer layer, then its film is very thin, it cools quickly and cannot refine the metal, i.e. does not dissolve oxides, primarily chromium, formed on the inner surface of the hardened outer layer. Not welded metal layers.

Если используется более 3,5% флюса, то на его прогрев и расплавление не хватает тепла перегрева металла наружного слоя. На стыке слоев обнаруживаются твердые частицы флюса и около них местные скопления окислов. If more than 3.5% of flux is used, then its heating and melting does not have enough heat of overheating of the metal of the outer layer. At the junction of the layers, solid particles of flux and near them local accumulations of oxides are found.

После затвердевания металла наружного слоя подача энергии к двигателям центробежной машины прекращается, вращение изложницы замедляется. Она останавливается, переводится в вертикальное положение и при температуре внутренней поверхности залитого металла от 950 до 1000^oC начинается заливка всего металла сердцевины.After solidification of the metal of the outer layer, the energy supply to the engines of the centrifugal machine is stopped, the rotation of the mold is slowed down. It stops, translates into a vertical position and at a temperature of the inner surface of the cast metal from 950 to 1000 ^o C begins pouring the entire metal core.

Однако при снижении температуры затвердевшего металла ниже 950^oC появляются участки несваривания. Температура 1000^oC также является предельной: при более высокой температуре металла начинается его подплавление за счет тепла перегрева заливаемого металла сердцевины и появление в ней легирующих элементов наружного слоя, что ведет к его охрупчиванию. Температура металла сердцевины при заливке поддерживается в пределах 1330-1340^oC.However, when the temperature of the hardened metal decreases below 950 ^° C, non-welding sections appear. The temperature of 1000 ^o C is also extreme: at a higher temperature of the metal, its melting begins due to the heat of overheating of the core metal being poured and the appearance of alloying elements of the outer layer in it, which leads to its embrittlement. The temperature of the core metal during casting is maintained within 1330-1340 ^o C.

Claims

A method for centrifugal casting of bimetallic cast iron billets, including pouring the metal of the outer layer into a mold rotating around a horizontal axis, feeding flux into the jet of the cast metal, hardening of the outer layer, setting the mold in a vertical position and pouring the metal of the inner layer at an outer layer temperature of 50 - 100 ^o C below the solidification temperature of the metal of the outer layer, characterized in that on the inner surface of the mold put a layer of thermal insulation with a thickness of 3.0 - 7.0% of the thickness of the outer layer of metal, flu s in the amount of 1.5 - 2.5% by weight of the cast iron of the outer layer is introduced, starting from 10 - 15% of the time from the beginning of pouring and ending 10 - 15% of the time before the end of the pouring process.