RU2207218C2 - Method of production of composite iron castings - Google Patents
Method of production of composite iron castings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2207218C2 RU2207218C2 RU2001121640/02A RU2001121640A RU2207218C2 RU 2207218 C2 RU2207218 C2 RU 2207218C2 RU 2001121640/02 A RU2001121640/02 A RU 2001121640/02A RU 2001121640 A RU2001121640 A RU 2001121640A RU 2207218 C2 RU2207218 C2 RU 2207218C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- inserts
- castings
- cast iron
- iron
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к технологии изготовления композиционных отливок специальными способами литья. The invention relates to the field of foundry, in particular to the technology of manufacturing composite castings by special casting methods.
Известен способ изготовления композиционных чугунных отливок (прокатных валков) с износостойким поверхностным слоем из белого высокохромистого чугуна, заключающийся в использовании центробежного литья с последовательным заполнением формы сначала расплавом высокохромистого чугуна, а затем - расплавом чугуна с шаровидным графитом [1]. A known method for the manufacture of composite cast iron castings (rolling rolls) with a wear-resistant surface layer of white high-chromium cast iron, which consists in the use of centrifugal casting with sequential filling of the mold, first with high-chromium cast iron melt, and then with spheroidal graphite melt [1].
Недостатками способа являются необходимость параллельной выплавки двух разных чугунов, что значительно усложняет возможность получения композиционных отливок в большинстве литейных цехов, а также нецелесообразность использования способа при изготовлении отливок сравнительно небольшого сечения (до 20-30 мм) из-за их сквозного отбела и необходимости последующего длительного графитизирующего отжига. The disadvantages of the method are the need for parallel smelting of two different cast irons, which greatly complicates the possibility of obtaining composite castings in most foundries, as well as the inappropriateness of using the method in the manufacture of relatively small section castings (up to 20-30 mm) due to their through bleaching and the need for subsequent long graphitizing annealing.
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления композиционных чугунных отливок, включающий приготовление легирующей композиции в виде вставок, подготовку литейной формы с использованием вставок и заливку формы расплавом серого чугуна [2]. Способ пригоден при изготовлении крупных чугунных отливок. Недостатками способа являются большая трудоемкость и нестабильные результаты при изготовлении мелких и средних чугунных отливок. Closest to the proposed is a method of manufacturing composite cast iron castings, including the preparation of the alloying composition in the form of inserts, the preparation of the mold using inserts and pouring the mold with molten gray cast iron [2]. The method is suitable in the manufacture of large cast iron castings. The disadvantages of the method are the high complexity and unstable results in the manufacture of small and medium cast iron castings.
Задача изобретения - улучшение условий формирования износостойкого твердосплавного поверхностного слоя и высокопрочного переходного слоя в чугунных отливках мелкого и среднего развеса. The objective of the invention is to improve the conditions for the formation of a wear-resistant carbide surface layer and a high-strength transition layer in cast iron castings of small and medium weight.
Технический результат - обеспечение стабильного получения композиционных чугунных отливок мелкого и среднего развеса с заранее заданными свойствами. The technical result is the provision of stable production of composite cast iron castings of small and medium weight with predetermined properties.
Это достигается тем, что в способе изготовления композиционных чугунных отливок, включающем приготовление вставок из легирующей композиции, подготовку литейной формы с использованием вставок и заливку формы расплавом серого чугуна, вставки приготавливают из смеси, имеющей следующий состав, мас.%:
Порошкообразный магний - 2-4
Скрытокристаллический графит - 3-4
Феррохром ФХ650 или ФХ800 - 2-3
Полистирол - 1,5-2
Ферротитан с содержанием титана 60-68% - Остальное
вставки вклеивают в пенополистироловую модель и используют ее при изготовлении литейной формы.This is achieved by the fact that in the method of manufacturing composite cast iron castings, including the preparation of inserts from the alloy composition, the preparation of the mold using inserts and pouring the mold with molten gray cast iron, the inserts are prepared from a mixture having the following composition, wt.%:
Magnesium Powder - 2-4
Cryptocrystalline graphite - 3-4
Ferrochrome FH650 or FH800 - 2-3
Polystyrene - 1.5-2
Ferrotitanium with a titanium content of 60-68% - Else
the inserts are pasted into the polystyrene foam model and used in the manufacture of the mold.
Использование пенополистироловых моделей выбрано, исходя из следующих соображений:
1. В пенополистироловые модели значительно облегчен монтаж вставок путем их вклеивания.The use of polystyrene foam models is selected based on the following considerations:
1. In expanded polystyrene models, the installation of inserts by gluing them is greatly facilitated.
2. При заполнении формы жидким металлом пенополистироловые модели газифицируются, создавая в форме восстановительную атмосферу и обеспечивая дополнительный источник углерода для протекания СВС-реакций (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза). 2. When filling the mold with liquid metal, polystyrene foam models are gasified, creating a reducing atmosphere in the mold and providing an additional carbon source for the occurrence of SHS reactions (self-propagating high-temperature synthesis).
3. Метод литья по газифицируемым пенополистироловым моделям экономически и технологически наиболее пригоден для получения точных отливок мелкого и среднего развеса. 3. The casting method for gasified polystyrene foam models is economically and technologically most suitable for producing accurate castings of small and medium weight.
При заполнении литейной формы жидким чугуном в зоне расположения вставок протекает СВС-реакция. В качестве такой реакции выбран процесс образования карбида титана: Ti+С-->TiC, сопровождающийся выделением большого количества тепла (~230 кДж на 1 моль карбида титана), что приводит к резкому разогреву металла в зоне СВС-вставки (до 1600-1650oС) и формированию в этой зоне металлокерамического слоя на основе высокотвердого и износостойкого карбида титана. В процессе расплавления материала вставок и протекания СВС-реакции происходит также частичный массо- и теплообмен с прилегающими слоями жидкого чугуна. Поэтому после завершения процессов кристаллизации отливка приобретает композиционный (макрогетерогенный) характер со значительным различием в химическом составе, структуре и свойствах металла в разных зонах отливки при сравнительно плавном переходе от одной зоны к другой.When filling the mold with liquid iron, the SHS reaction proceeds in the area of the insertion. The formation of titanium carbide was chosen as such a reaction: Ti + С -> TiC, accompanied by the release of a large amount of heat (~ 230 kJ per 1 mol of titanium carbide), which leads to a sharp heating of the metal in the zone of the SHS insert (up to 1600-1650 o C) and the formation in this zone of a cermet layer based on highly hard and wear-resistant titanium carbide. In the process of fusion of the material of the inserts and the occurrence of the SHS reaction, partial mass and heat exchange also occurs with the adjacent layers of molten iron. Therefore, after the completion of crystallization processes, the casting acquires a composite (macroheterogeneous) character with a significant difference in the chemical composition, structure and properties of the metal in different casting zones with a relatively smooth transition from one zone to another.
Основой СВС-вставок должен служить ферротитан, содержащий 65-68% Ti, в связи с его сравнительно низкой температурой плавления (1080-1100oС), что обеспечивает его гарантированный перевод в жидкое состояние при температуре заливаемого в форму жидкого чугуна и значительно облегчает протекание СВС-реакции.Ferrotitanium containing 65-68% Ti should be the basis of SHS inserts due to its relatively low melting point (1080-1100 o С), which ensures its guaranteed liquid transfer at the temperature of molten cast iron poured into the mold and greatly facilitates the flow SHS reactions.
В качестве второго основного компонента вставки должен входить графит в количестве, обеспечивающем (совместно с углеродом других составляющих вставки, жидкого чугуна и газовой атмосферы литейной формы) протекание СВС-реакции. Количество графита, рассчитанное исходя из указанных условий с учетом трехкратного разбавления материала вставки жидким чугуном и подтвержденное экспериментально, составляет 3-4%. As the second main component of the insert, graphite should be included in an amount that ensures (together with the carbon of the other components of the insert, molten iron and gas atmosphere of the casting mold) the SHS reaction. The amount of graphite calculated on the basis of these conditions, taking into account three-fold dilution of the insert material with molten iron and confirmed experimentally, is 3-4%.
Третьим компонентом материала вставки принят феррохром с целью предотвращения возможности графитообразования в зоне СВС-вставки и обеспечения достаточного количества карбидов в переходном слое. Расчет показывает, что для этого необходимо иметь в материале вставки среднее содержание хрома 1,5-2%, что в пересчете на высокоуглеродистый феррохром ФХ650 или ФХ800 (соответственно до 6,5-8% С и не менее 65% Сr) составляет 2-3% (по массе). Ferrochrome was adopted as the third component of the insert material in order to prevent the possibility of graphite formation in the zone of the SHS insert and to ensure a sufficient amount of carbides in the transition layer. The calculation shows that for this it is necessary to have an average chromium content of 1.5-2% in the insert material, which, in terms of the high-carbon ferrochrome ФХ650 or ФХ800 (respectively, up to 6.5-8% С and not less than 65% Cr) is 2- 3% (by weight).
Магний в составе СВС-смеси играет роль модификатора расплава в поверхностной и переходной зонах. Переходя в парообразное состояние, он активно рафинирует расплав, и, перемещаясь на значительные расстояния вглубь отливки, обеспечивает формирование переходной зоны со структурой высокопрочного чугуна с шаровидным и (или) вермикулярным графитом. При принятом содержании магния в СВС-смеси он распределяется следующим образом: в материале поверхностного слоя его среднее содержание составляет более 0,1%, в чугуне переходной зоны содержание магния меняется от 0,08-0,06% на границе с поверхностным слоем до 0,03-0,02% при переходе к основной структуре чугуна с пластинчатым графитом. Путем диффузии и вымывания потоком жидкого чугуна из зоны СВС-вставки в переходную зону частично перемещаются также титан и хром, формируя в ней половинчатую структуру с карбидами разного типа (TiC, М7С3 и М3С, где М - атомы металла) и графитом.Magnesium in the SHS mixture plays the role of a melt modifier in the surface and transition zones. Passing into a vaporous state, it actively refines the melt, and, moving considerable distances deep into the casting, ensures the formation of a transition zone with the structure of high-strength cast iron with spherical and (or) vermicular graphite. With the accepted magnesium content in the SHS mixture, it is distributed as follows: in the material of the surface layer, its average content is more than 0.1%, in the iron of the transition zone the magnesium content varies from 0.08-0.06% at the boundary with the surface layer to 0 , 03-0.02% upon transition to the basic structure of cast iron with lamellar graphite. By diffusion and washing out by flow of molten iron from the zone of the SHS insert, titanium and chromium are also partially transferred into the transition zone, forming a half structure in it with carbides of various types (TiC, M 7 C 3 and M 3 C, where M are metal atoms) and graphite.
Полистирол введен в состав СВС-смеси в качестве связующего. После компактирования смеси (например, в виде пластины) и ее нагревания полистирол размягчается, распределяясь между зернами остальных составляющих, а при охлаждении - затвердевает, связывая их между собой. Для этой цели достаточно вводить в состав смеси 1,5-2% полистирола в порошкообразном виде. Polystyrene is incorporated into the SHS mixture as a binder. After compacting the mixture (for example, in the form of a plate) and heating it, the polystyrene softens, being distributed between the grains of the remaining components, and when it cools, it hardens, binding them together. For this purpose, it is sufficient to introduce 1.5-2% polystyrene in powder form into the mixture.
Пример реализации способа - изготовление композиционных чугунных отливок в виде плит размером 80х80х33 мм. В пенополистироловые модели размером 80х80х30 мм с одной из широких сторон вклеивались тонкие пластинки размером 80х80х3 мм, изготовленные из СВС-смесей двух составов, соответствующих предельным значениям составов по формуле изобретения (см. таблицу). An example of the implementation of the method is the manufacture of composite cast iron castings in the form of plates measuring 80x80x33 mm. Thin plates measuring 80x80x3 mm, made of SHS mixtures of two compositions, corresponding to the limiting values of the compositions according to the claims (see table), were glued into polystyrene foam models of size 80x80x30 mm from one of the wide sides.
В одном модельном блоке монтировали 6 моделей при их вертикальном расположении и сифонном подводе металла со стороны, противоположной расположению СВС-вставки. Литейную форму изготавливали обычным способом, характерным для литья по газифицируемым моделям. Форму заливали расплавом серого чугуна обычного химического состава, мас.%: 3,5 С; 2,3 Si; 0,7 Mn; 0,05 Cr; 0,07 S; 0,1 Р. Температура жидкого чугуна, заливаемого в форму, составляла 1400-1420oС. При заполнении форм расплавом чугуна никаких внешних отклонений (пироэффекта или повышенного дымовыделения) от обычного процесса не наблюдалось. СВС-вставки срабатывали полностью.In one model unit, 6 models were mounted with their vertical arrangement and siphon supply of metal from the side opposite to the location of the SHS insert. The mold was made in the usual way, characteristic for casting on gasified models. The mold was poured with a melt of gray cast iron of the usual chemical composition, wt.%: 3.5 C; 2.3 Si; 0.7 Mn; 0.05 Cr; 0.07 S; 0.1 R. The temperature of liquid cast iron poured into the mold was 1400-1420 o С. When filling the molds with molten cast iron, no external deviations (pyroeffect or increased smoke emission) from the usual process were observed. SHS inserts worked completely.
Всего были изготовлены 12 отливок по 2 модельным блокам с СВС-вставками, выполненными из смесей 1 и 2. In total, 12 castings were made for 2 model blocks with SHS inserts made of
Металлографический анализ металла отливок показал, что структура поверхностного слоя имела в основном характер двойной эвтектики с карбидами титана; в небольшом количестве в этом слое наблюдались также компактные включения избыточных (первичных) карбидов титана, причем общее количество карбидов титана составляло по объему 20-25%. Металлическая основа этой структуры представляла собой в основном пластинчатый троостосорбит. Толщина поверхностного слоя в разных отливках составляла от 5 до 8 мм, а его твердость в литом состоянии 55-60 HRC. После термической обработки (закалки и отпуска при 200oС) твердость этого слоя повышалась до 80-85 HRA, что соответствует металлокерамическим твердым сплавам.A metallographic analysis of the metal of the castings showed that the structure of the surface layer was mainly a double eutectic with titanium carbides; in a small amount, compact inclusions of excess (primary) titanium carbides were also observed in this layer; moreover, the total amount of titanium carbides was 20–25% by volume. The metal base of this structure was mainly lamellar troostosorbitol. The thickness of the surface layer in different castings ranged from 5 to 8 mm, and its hardness in the cast state 55-60 HRC. After heat treatment (hardening and tempering at 200 o C), the hardness of this layer increased to 80-85 HRA, which corresponds to cermet hard alloys.
Переходная зона имела толщину от 5 до 12 мм и содержала половинчатые структуры (от структуры с преобладанием карбидов при очень малом количестве графита вблизи поверхностного слоя до структуры с высокой степенью графитизации при небольшом количестве легированного цементита в конце переходной зоны). Графит имел компактную (от шаровидной до вермикулярной) форму, металлическая основа - пластинчатый сорбит. Твердость металла в этом слое менялась в основном от 350 до 220 НВ. Такая структура и повышенная твердость чугуна в переходной зоне обеспечивают его высокие прочностные свойства. The transition zone had a thickness of 5 to 12 mm and contained half structures (from a structure with a predominance of carbides with a very small amount of graphite near the surface layer to a structure with a high degree of graphitization with a small amount of doped cementite at the end of the transition zone). Graphite had a compact (from spherical to vermicular) shape, the metal base was plate sorbitol. The hardness of the metal in this layer varied mainly from 350 to 220 HB. Such a structure and increased hardness of cast iron in the transition zone provide its high strength properties.
При большем удалении от зоны СВС-вставки (то есть за пределами переходной зоны) сохранялась структура перлитного серого чугуна, но в ней появлялись отдельные изолированные участки цементита (в количестве около 5%). Твердость чугуна в этой зоне у разных отливок составляла 220-180 НВ. At a greater distance from the zone of the SHS insert (that is, outside the transition zone), the structure of pearlitic gray cast iron remained, but separate isolated sections of cementite appeared in it (in an amount of about 5%). The hardness of cast iron in this zone for different castings was 220-180 HB.
Проведенные эксперименты показали композиционный характер изготовленных отливок при высокой стабильности результатов, так как отклонения от описанных результатов не было ни в одной из 12 исследованных отливок. The experiments showed the compositional nature of the castings made with high stability of the results, since there were no deviations from the described results in any of the 12 castings studied.
Источники информации
1. Заявка Японии 57-35661, кл. С 22 С 37/08, В 21 В 27/02, 1980.Sources of information
1. Japanese application 57-35661, cl. C 22 C 37/08, B 21 B 27/02, 1980.
2. Патент DE 4112000 А1, В 22 D 19/00, 24.09.1992. 2. Patent DE 4112000 A1, B 22 D 19/00, 09.24.1992.
Claims (1)
Порошкообразный магний - 2-4
Скрытокристаллический графит - 3-4
Феррохром ФХ650 или ФХ800 - 2-3
Полистирол - 1,5-2
Ферротитан с содержанием титана 60-68% - Остальное
вставки вклеивают в пенополистироловую модель и используют ее при изготовлении литейной формы.A method of manufacturing composite cast iron castings, including the preparation of inserts from an alloying composition, the preparation of a mold using inserts and pouring the mold with molten gray cast iron, characterized in that the inserts are prepared from a mixture having the following composition, wt.%:
Magnesium Powder - 2-4
Cryptocrystalline graphite - 3-4
Ferrochrome FH650 or FH800 - 2-3
Polystyrene - 1.5-2
Ferrotitanium with a titanium content of 60-68% - Else
the inserts are pasted into the polystyrene foam model and used in the manufacture of the mold.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001121640/02A RU2207218C2 (en) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | Method of production of composite iron castings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001121640/02A RU2207218C2 (en) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | Method of production of composite iron castings |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001121640A RU2001121640A (en) | 2003-05-27 |
| RU2207218C2 true RU2207218C2 (en) | 2003-06-27 |
Family
ID=29210165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001121640/02A RU2207218C2 (en) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | Method of production of composite iron castings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2207218C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475331C2 (en) * | 2011-03-15 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Ижмаш" | Method of alloying metal surfaces |
| RU2514250C1 (en) * | 2012-09-17 | 2014-04-27 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of making composite casts by full mould process |
| CN104889367A (en) * | 2015-04-29 | 2015-09-09 | 河北泰铭投资集团有限公司 | Compositely-cast ceramic cement vertical mill roller sleeve and manufacturing method |
| RU2576386C1 (en) * | 2014-09-09 | 2016-03-10 | Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права" | Method for surface alloying of steel castings |
| RU2649600C2 (en) * | 2016-06-14 | 2018-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing castings from iron-carbon alloys with alloyed surface layer containing carbide titanium |
-
2001
- 2001-08-01 RU RU2001121640/02A patent/RU2207218C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475331C2 (en) * | 2011-03-15 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Ижмаш" | Method of alloying metal surfaces |
| RU2514250C1 (en) * | 2012-09-17 | 2014-04-27 | Павел Георгиевич Овчаренко | Method of making composite casts by full mould process |
| RU2576386C1 (en) * | 2014-09-09 | 2016-03-10 | Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права" | Method for surface alloying of steel castings |
| CN104889367A (en) * | 2015-04-29 | 2015-09-09 | 河北泰铭投资集团有限公司 | Compositely-cast ceramic cement vertical mill roller sleeve and manufacturing method |
| RU2649600C2 (en) * | 2016-06-14 | 2018-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method of producing castings from iron-carbon alloys with alloyed surface layer containing carbide titanium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100582279C (en) | Grey cast iron for engine cylinder block and cylinder head | |
| CN102851574B (en) | Heatproof alloy vermicular cast iron and method for preparing same | |
| UA75593C2 (en) | An alloy based on iron containing chrome-tungsten carbide, and a method for producing thereof | |
| US4414027A (en) | Method for obtaining iron-based alloys allowing in particular their mechanical properties to be improved by the use of lanthanum, and iron-based alloys obtained by the said method | |
| CN104498816A (en) | Grey cast iron with excellent cutting property and production method thereof | |
| CN102317488B (en) | Resistance gray iron alloy for combustion engines and general casts | |
| EP1126037B1 (en) | Production of nodular cast iron involving a preliminary inoculation in the casting ladle | |
| CN108315633A (en) | A kind of high conductive high strength gray cast iron and preparation method thereof | |
| RU2207218C2 (en) | Method of production of composite iron castings | |
| CN102317480B (en) | Method to obtain a high resistance gray iron alloy for combustion engines and general casts | |
| JP2002529249A (en) | Methods and devices for chill molding | |
| US6293988B1 (en) | Inoculant and inoculant method for gray and ductile cast irons | |
| US5008074A (en) | Inoculant for gray cast iron | |
| JPH10328804A (en) | Injection sleeve for die cast machine, bush for die cast machine and die cast machine using them | |
| Borse et al. | Review on grey cast iron inoculation | |
| JP4636395B1 (en) | Method for producing flake graphite cast iron | |
| US490451A (en) | John b | |
| JPS6125454B2 (en) | ||
| US4430123A (en) | Production of vermicular graphite cast iron | |
| CN1207971A (en) | Composite casting technology to alloy casting partially | |
| RU2514250C1 (en) | Method of making composite casts by full mould process | |
| JPH06142869A (en) | Method and device for producing cast iron made cylinder liner | |
| JP2634707B2 (en) | Manufacturing method of spheroidal graphite cast iron | |
| RU2677645C1 (en) | Method of obtaining cast bimetallic stamps of the system “ferritic carbide steel - austenite-bainite cast iron” | |
| US6733565B1 (en) | Additive for production of irons and steels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030802 |