RU2427442C1

RU2427442C1 - Method of adding modifier and alloying agents in cavityless casting

Info

Publication number: RU2427442C1
Application number: RU2010110529/02A
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Лещев (RU); Андрей Юрьевич Лещев; Алексей Матвеевич Липанов (RU); Алексей Матвеевич Липанов; Павел Георгиевич Овчаренко (RU); Павел Георгиевич Овчаренко; Вячеслав Борисович Дементьев (RU); Вячеслав Борисович Дементьев
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики Уральского отделения РАН
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-08-27

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to metallurgy. Modifiers or alloying agents in the form of paint are applied on pre-foamed foam polystyrene granules. Unpainted pre-foamed foam polystyrene granules are added to colored foam polystyrene granules in amount of 2 to 94 vol. %. Granules are dried, filled in injection mould for final foaming and producing casting. ^ EFFECT: higher quality of casting, its structure and improved properties. ^ 2 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для производства отливок из сталей, чугунов и цветных металлов и их сплавов с применением технологии литья по газифицируемым моделям с целью расширения области их применения. Известен способ модифицирования стали путем введения в расплав при сливе в ковш модификаторов на основе бора и его соединений, АС № 1470777.The invention relates to the field of foundry and can be used for the production of castings from steel, cast iron and non-ferrous metals and their alloys using casting technology for gasified models in order to expand their scope. A known method of modifying steel by introducing into the melt when draining into the ladle modifiers based on boron and its compounds, AC No. 1470777.

Недостатком данного способа является модифицирование всего объема отливки, что ведет к неравномерному распределению модификаторов по объему отливки, а также к значительному расходу модификаторов.The disadvantage of this method is the modification of the entire volume of the casting, which leads to an uneven distribution of modifiers in the volume of the casting, as well as a significant consumption of modifiers.

Ближайшим аналогом является способ получения отливки литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей в пресс-форме путем нанесения на предварительно вспененные гранулы пенополистирола, модификаторов или легирующих добавок в виде краски, последующей сушки, засыпки их в пресс-форму и окончательного вспенивания, сборку моделей в модельный блок, окрашивание модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещение модельного блока в опоке, заполнение его несвязанным формовочным материалом, уплотнение его вибрацией, герметизацию и вакуумирование опоки, заливку металла (RU 2048953 С1, В22С 7/02, 27.11.1995).The closest analogue is a method for producing castings by gasified models, which includes obtaining models in a mold by applying polystyrene foam, modifiers or alloying additives to pre-foamed granules in the form of paint, subsequent drying, filling them into a mold and final foaming, assembling models in model block, painting the model block with gas-permeable non-stick paint, placing the model block in the flask, filling it with an unbound molding material, sealing it with vibrator it, sealing and evacuation of the flask, pouring metal (RU 2048953 C1, B22C 7/02, 11.27.1995).

Задачей изобретения является повышение качества отливок, их структуры и свойств путем равномерного распределения модификаторов или легирующих добавок в отливках или их отдельных частей.The objective of the invention is to improve the quality of castings, their structure and properties by uniform distribution of modifiers or alloying additives in the castings or their individual parts.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе к окрашенным различными составами гранулам пенополистирола добавляют неокрашенные предварительно вспененные гранулы пенополистирола в количестве от 2 до 94% по объему в зависимости от предъявляемых требований к отливке.The problem is solved in that in the known method to the granules of expanded polystyrene colored with various compositions are added unpainted pre-foamed expanded polystyrene granules in an amount of from 2 to 94% by volume depending on the requirements for casting.

Технический результат достигается за счет того, что модификаторы или легирующие добавки в виде мелкодисперсного порошка равномерно вводят в объем модели из пенополистирола. Полученный модификатор, например оксид алюминия Al₂O₃, измельчают до состояния порошка с размером частиц 100-200 микрон. Измельчение проводят любым известным способом. После этого из оксида алюминия готовят краску на водной или спиртовой основе при необходимости с добавкой клеящих веществ, не вызывающих деструкцию пенополистирола. Затем предварительно вспененные гранулы пенополистирола окрашивают приготовленной краской и сушат в кипящем слое теплого воздуха. Для получения в пресс-формах моделей заданной плотности и шероховатости, а также для более точного корректирования химического состава отливки необходимо производить добавку предварительно вспененных неокрашенных гранул в количестве от 2 до 94% по объему. Добавка предварительно вспененных неокрашенных гранул менее 2% может привести к тому, что модель получится недостаточно прочной, а добавка более 94% приводит к неравномерному распределению модификаторов или легирующих добавок в модели. Смесь гранул засыпают или задувают в пресс-форму, которая подвергается термической обработке известными способами. Полученные модели с равномерным распределением модификатора по объему собирают в модельные блоки, окрашивают антипригарной газопроницаемой краской, размещают в опоке, засыпают несвязанным формовочным материалом (песком), уплотняют вибрацией, герметизируют, вакуумируют и заливают металлом.The technical result is achieved due to the fact that modifiers or dopants in the form of fine powder are uniformly introduced into the volume of the expanded polystyrene model. The resulting modifier, for example alumina Al ₂ O ₃ , is ground to a powder with a particle size of 100-200 microns. Grinding is carried out by any known method. After that, water-based or alcohol-based paint is prepared from alumina, if necessary, with the addition of adhesives that do not cause the destruction of polystyrene foam. Then pre-foamed polystyrene granules are painted with the prepared paint and dried in a fluidized bed of warm air. To obtain models of a given density and roughness in the molds, as well as to more accurately adjust the chemical composition of the casting, it is necessary to add pre-foamed unpainted granules in an amount of 2 to 94% by volume. The addition of pre-foamed unpainted granules of less than 2% can lead to the model becoming insufficiently strong, and the addition of more than 94% leads to an uneven distribution of modifiers or alloying additives in the model. The mixture of granules is poured or blown into a mold, which is subjected to heat treatment by known methods. The resulting models with a uniform distribution of the modifier in volume are assembled into model blocks, painted with non-stick gas-permeable paint, placed in a flask, filled with unbound molding material (sand), compacted with vibration, sealed, vacuum and filled with metal.

При заливке металла пенополистирол послойно выгорает, а модификатор смешивается с основным металлом в заданной пропорции равномерно по всему объему, создавая в нем большое число центров кристаллизации. Это приводит к резкому улучшению качества отливок и повышению физико-механических свойств.When pouring metal, expanded polystyrene burns out in layers, and the modifier mixes with the base metal in a predetermined proportion evenly throughout the volume, creating a large number of crystallization centers in it. This leads to a sharp improvement in the quality of castings and increase physical and mechanical properties.

При литье рабочих колес центробежных насосов требуется обеспечить высокую износостойкость лопаткам, поэтому целесообразно легировать добавками, повышающими износостойкость основного металла только лопатки. Поэтому из окрашенных гранул пенополистирола изготавливают отдельные части модели - лопатки с различным составом и содержанием легирующих добавок, которые приклеивают к основной модели.When casting the impellers of centrifugal pumps, it is required to ensure high wear resistance of the blades, therefore it is advisable to alloy only blades with additives that increase the wear resistance of the base metal. Therefore, from the painted granules of expanded polystyrene, separate parts of the model are made - blades with different composition and content of alloying additives, which are glued to the main model.

В качестве примера возможного осуществления предлагаемого способа были изготовлены отливки рабочих колес центробежных насосов из стали 12Х18Н10Т. Для изготовления лопаток использовались предварительно вспененные гранулы, окрашенные графитовой краской. Тело модели изготавливали из предварительно вспененных гранул без окрашивания. Модели рабочих колес центробежных насосов получали путем приклеивания лопаток к телу модели. Готовые модели собирают в модельные блоки, окрашивают антипригарной газопроницаемой краской, размещают в опоке, засыпают несвязанным формовочным материалом (песком), уплотняют вибрацией, герметизируют, вакуумируют и заливают металлом. Твердость лопаток в полученных отливках составила 50-54 HRC, а твердость тела отливки - 18-20 HRC. Повышенная твердость лопаток объясняется высоким содержанием углерода С - 1,96-1,98% (по данным химического анализа). Значительное увеличение содержания углерода в лопатках отливок является следствием взаимодействия графита из окрашенных гранул с металлом при заливке моделей. Содержание углерода в полученных отливках в теле модели составило 0,20-0,24%, что на 0,1-0,12% выше, чем в исходном материале, и объясняется взаимодействием продуктов термодеструкции пенополистирола со стальным расплавом при заливке моделей.As an example of a possible implementation of the proposed method, castings of the impellers of centrifugal pumps made of steel 12X18H10T were made. For the manufacture of blades used pre-foamed granules, painted with graphite paint. The body of the model was made of pre-foamed granules without staining. Models of the impellers of centrifugal pumps were obtained by gluing the blades to the body of the model. Ready-made models are assembled into model blocks, painted with non-stick gas-permeable paint, placed in the flask, covered with unbound molding material (sand), compacted with vibration, sealed, vacuum and filled with metal. The hardness of the blades in the obtained castings was 50-54 HRC, and the hardness of the body of the casting was 18-20 HRC. The increased hardness of the blades is explained by a high carbon content of C - 1.96-1.98% (according to chemical analysis). A significant increase in the carbon content in casting blades is a consequence of the interaction of graphite from colored granules with metal when casting models. The carbon content in the obtained castings in the body of the model was 0.20-0.24%, which is 0.1-0.12% higher than in the starting material, and is explained by the interaction of the products of thermal degradation of polystyrene foam with steel melt when pouring the models.

Claims

1. A method of manufacturing castings by gasified models, including obtaining models in a mold by applying polystyrene foam, modifiers or alloying additives to pre-foamed granules in the form of paint, subsequent drying, filling them into a mold and final foaming, assembling models into a model block, painting the model block with gas-permeable non-stick paint, placing the model block in the flask, filling it with an unbound molding material, sealing it with vibration, sealing and vacuum umination of the flask, pouring metal, characterized in that unpainted pre-foamed polystyrene foam granules are added to the colored granules of expanded polystyrene in an amount of from 2 to 94% by volume.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pre-foamed painted granules of expanded polystyrene make individual parts of the model with different composition and content of modifiers or alloying additives, depending on the requirements for different parts of the casting, followed by assembly of the model.