RU2660446C2 - Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину - Google Patents

Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину Download PDF

Info

Publication number
RU2660446C2
RU2660446C2 RU2016142571A RU2016142571A RU2660446C2 RU 2660446 C2 RU2660446 C2 RU 2660446C2 RU 2016142571 A RU2016142571 A RU 2016142571A RU 2016142571 A RU2016142571 A RU 2016142571A RU 2660446 C2 RU2660446 C2 RU 2660446C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloying
composition
castings
layer
model
Prior art date
Application number
RU2016142571A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016142571A3 (ru
RU2016142571A (ru
Inventor
Павел Георгиевич Овчаренко
Андрей Юрьевич Лещев
Константин Эдуардович Чекмышев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2016142571A priority Critical patent/RU2660446C2/ru
Publication of RU2016142571A3 publication Critical patent/RU2016142571A3/ru
Publication of RU2016142571A publication Critical patent/RU2016142571A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2660446C2 publication Critical patent/RU2660446C2/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04Use of lost patterns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/18Measures for using chemical processes for influencing the surface composition of castings, e.g. for increasing resistance to acid attack

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок из металлических сплавов с поверхностным легированным слоем методом литья по газифицируемым моделям. Способ включает изготовление модели из пенополистирола и нанесение на поверхность модели порошкообразного легирующего состава, который содержит пенополистирол в количестве от 0,1 до 40% от массы сухого порошкообразного легирующего состава. Пенополистирол вводят в легирующий состав в виде измельченного до требуемой фракции материала или предварительно вспененных гранул. Для формирования легированного слоя заданной глубины легирующий состав вводят в технологические углубления, предварительно изготовленные в поверхности моделей. На поверхность углубления с легирующим составом устанавливают подложки. Обеспечивается улучшение адгезии легированного слоя к поверхности отливки. 4 з.п. ф-лы, 6 пр.

Description

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам получения отливок методом литья по газифицируемым моделям, и может быть использовано для получения отливок из цветных и черных сплавов, содержащих поверхностный легированный слой заданной глубины.
Из уровня техники известен способ получения отливок литьем по газифицируемым моделям, при котором противопригарное покрытие наряду с огнеупорным наполнителем дополнительно содержит легирующие элементы (порошковый кремний) для улучшения обрабатываемости отливок (А.с. СССР №697244, В22С 3/00, опубл. 15.11.1979, бюл. №42).
Недостатком данного способа является сложность в обеспечении равномерного распределения легирующих элементов и, как следствие, затруднение диффузии легирующих элементов в поверхностный слой отливок и сложность в получении равномерного легированного слоя на поверхности отливок.
Из уровня техники известен способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям, включающий изготовление моделей или отдельных элементов моделей из пенополистирола в пресс-формах, которые заполняют предварительно вспененными гранулами пенополистирола, окрашенными легирующими элементами, с добавкой неокрашенных предварительно вспененных гранул в количестве от 2 до 94% по объему (RU 2427442 C1, В22С 7/02, В22С 9/04, 27.08.2011). Недостатком данного способа является сложность получения отливок с равномерно распределенными модификаторами и легирующими добавками, легирование всего объема отливки или отдельных элементов отливки, невозможность обеспечения формирования поверхностного легированного слоя заданной глубины.
Из уровня техники известны способы изготовления моделей из пенополистирола, при которых легирующие элементы наносят на гранулы пенополистирола перед их вспениванием в пресс-форме (SU 304049, В22С 7/02. 25.05.1971) или вводят модифицирующие и легирующие добавки в пресс-форму одновременно с гранулами пенополистирола (SU 904872, В22С 7/02. 15.02.1982).
Недостатками данных способов являются значительный расход легирующих элементов и легирование всего объема отливки.
Из уровня техники известен способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности на заданную глубину при литье по газифицируемым моделям, в частности бурового и режущего инструмента (Патент РФ №2455103 С2, В22С 9/04, B22D 19/04, опубл. 10.07.2012), включающий изготовление моделей из пенополистирола и установку или вклеивание в пазы моделей химико-термически обработанных пластин толщиной от 0,05 до 3,0 мм.
Недостатком данного способа является необходимость предварительной химико-термической обработки установочных пластин для формирования в отливках легированного слоя, обладающего требуемым составом и свойствами.
Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования поверхности отливок (Патент РФ №2391177 С2, В22С 3/00, опубл. 10.06.2010), включающий нанесение на поверхность модели из пенополистирола модифицирующих и легирующих поверхность отливок элементов в виде пасты, краски или пудры с последующим нанесением противопригарного покрытия. Недостатком данного способа является формирование легированного слоя на поверхности отливок за счет процессов растворения, диффузии и массопереноса легирующих элементов в поверхностном слое, что не позволяет формировать легированный слой значительной толщины и заданного состава, поскольку процессы диффузии и образования фаз в значительной степени зависят от состава заливаемого расплава и сродства элементов расплава к легирующим элементам.
Все это снижает универсальность способа.
Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.
Повышение универсальности предлагаемого способа выражается в возможности получения отливок из металлических материалов с формированием легированного поверхностного слоя заданной глубины, имеющего хорошую адгезию с основным металлом за счет заливки расплава в пенополистирол, находящийся в легирующих составах. Таким образом, увеличивается площадь контакта между легированным слоем и заливаемым расплавом, что интенсифицирует физико-химическое взаимодействие и способствует надежному сцеплению легированного слоя и основного металла.
Способ осуществляется следующим образом.
На поверхность моделей из пенополистирола изготовленные любым доступным способом наносят легирующие составы в виде красок и паст, содержащие наряду с порошкообразными легирующими элементами пенополистирол. Приготовление легирующих составов сводится к изготовлению смеси порошкообразных легирующих элементов, соединений или их сочетаний с клеевым связующим и с пенополистиролом в виде измельченного до требуемой фракции материала или предварительно вспененных гранул. Фракция порошкообразных легирующих добавок и количество клеевого связующего выбирают из условий получения на поверхности модели равномерного слоя легирующего покрытия требуемой толщины. Количество добавки пенополистирола составляет от 0,1 до 40% от массы сухого порошкообразного легирующего состава. Поскольку легирующие элементы и соединения обладают значительно большей плотностью по сравнению с пенополистиролом и с целью формирования легированных слоев незначительной толщины (менее 3 мм) способ допускает производить добавку пенополистирола в количестве не менее 0,1% от массы сухого порошкообразного легирующего состава. Для формирования легированных слоев в отливках из металлических сплавов значительной толщины (более 3 мм) способ предусматривает добавление к легирующим составам пенополистирола в количестве, не превышающем 40% от массы сухого порошкообразного легирующего состава. Фракция измельченного пенополистирола или размер предварительно вспененных гранул выбирают из необходимой толщины легирующего покрытия, наносимого на поверхность моделей. С целью получения легирующего покрытия, содержащего значительное количество добавок пенополистирола, последний допускается вводить в легирующие составы в виде смеси предварительно вспененных гранул и измельченного до требуемой фракции материала. После приготовления смеси порошкообразных легирующих элементов, соединений или их сочетаний с пенополистиролом и клеевым связующим полученные легирующие составы наносят на требуемые участки поверхности моделей из пенополистирола необходимым по толщине слоем.
Для получения заданной глубины легированного слоя в отливках легирующие составы, содержащие пенополистирол, вводят в виде краски или пасты в пазы, предварительно изготовленные в поверхности модели из пенополистирола. Глубину пазов в моделях выбирают из необходимой глубины легированного слоя в отливках, а их конфигурация определяется геометрией модели. Для получения в отливках более ровной поверхности легированного слоя способ допускает установку подложки на поверхность легирующих составов, введенных в пазы, изготовленные в модели. Под подложкой в данном случае понимается материал, заготовка или вещество, которое фиксируется на поверхность легирующих составов, введенных в пазы, изготовленные в модели из пенополистирола. Установку подложки поверх легирующего состава допускается проводить любым доступным способом (наклеивание, припаивание). В зависимости от технического результата подложка может быть выполнена как из инертного по отношению к металлическому расплаву материала, выгорающего при заливке моделей (например, на бумажной основе), так и из материала, взаимодействующего с расплавом (например, тонкая металлическая фольга или металлический лист). При заливке моделей металлическим расплавом пенополистирол, находящийся в легирующих составах, выгорает, на его место заливается расплав, что увеличивает площадь контакта расплава и легирующего состава и интенсифицирует физико-химическое взаимодействие между ними, благодаря чему обеспечивается надежное сцепление легированного слоя с основным металлом в отливке. В качестве металлических сплавов для получения отливок с легированным слоем заданной глубины могут быть использованы железоуглеродистые (стали и чугуны), медные и алюминиевые сплавы.
Готовые модели с нанесенным слоем легирующего покрытия, содержащего наряду с порошкообразными легирующими добавками, клеевое связующее и пенополистирол, собирают в модельные блоки (крепление элементов литниковых систем), окрашивают их противопригарным покрытием, помещают блоки в опоку, которую заполняют опорным материалом, после чего производят их заливку металлическими расплавами.
Примеры конкретного исполнения:
Пример 1. На поверхность модели из пенополистирола нанесли легирующий состав, содержащий порошкообразный титан, клеевое связующее и предварительно вспененные гранулы пенополистирола, диаметром 0,3÷0,5 мм, в количестве 0,5% от массы сухого ферротитана, слоем 1,0÷1,5 мм. Модели заливали расплавом серого чугуна СЧ 15. Полученные отливки содержали легированный поверхностный слой, соответствующий толщине легирующего состава, нанесенного на поверхность моделей. Твердость структурных составляющих легированного слоя составила 954÷1017 HV0,05. Высокая твердость легированного слоя обусловлена наличием карбида титана (TiC), образующегося при взаимодействии титана из легирующего состава и углерода металлического расплава.
Пример 2. В паз, изготовленный в модели из пенополистирола, глубиной 3÷5 мм ввели легирующий состав, содержащий силикоцирконий, клеевое связующее и измельченный пенополистирол, фракцией 1,0÷1,5 мм, в количестве 10% от массы силикоциркония. Модели заливали расплавом серого чугуна СЧ 15. Полученные отливки содержали легированный поверхностный слой, глубина которого соответствовала глубине паза, изготовленного в модели, заполненного легирующим составом. Высокая твердость структурных составляющих легированного слоя (1200÷1420 HV0,05) обусловлена наличием карбида циркония (ZrC), образующегося в процессе взаимодействия углерода расплава и циркония легирующего состава.
Пример 3. То же, что в примере 2, только в качестве легирующего состава в паз ввели клеевое связующее, измельченный пенополистирол фракцией 1,0÷1,5 мм и порошкообразный ферротитан с содержанием титана 80%. Количество добавки пенополистирола составило 1% от массы ферротитана. Поверх легирующего состава наклеили фольгу из нержавеющей стали. Отливки заливали расплавом стали 40Л. Легированная поверхность имела незначительную шероховатость за счет наличия в верхнем слое металлической фольги. Твердость и состав полученного легированного слоя аналогичен приведенному в примере 1.
Пример 4. То же, что в примере 2, только в качестве легирующего состава в паз ввели клеевое связующее, измельченный пенополистирол, фракцией 1,0÷1,5 мм и углерод. Количество добавки пенополистирола составило 5% от массы углерода. Модели заливали расплавом оловянистой бронзы Бр. О.Ц.С. 5-5-5. Полученные отливки на поверхности содержали легированный слой с включениями графита, глубина легированного слоя в отливке соответствовала глубине паза с введенным легированным составом.
Пример 5. То же, что в примере 4, только поверх легированного состава дополнительно наклеили бумажную подложку. Поверхность полученного легированного слоя имела меньшую шероховатость по сравнению с отливками, приведенными в примере 4, и соответствовала поверхности бумажной подложки.
Пример 6. То же, что в примере 2, только в качестве легирующего состава в паз ввели клеевое связующее, предварительно вспененные гранулы пенополистирола, диаметром 0,3÷0,5 мм и порошкообразную смесь ферротитана с содержанием титана 80% и ферробора с содержанием бора 17%. Количество добавки пенополистирола составило 20% от массы сухого легирующего состава. Отливки заливали расплавом стали 40Л. Полученные отливки содержали легированный поверхностный слой, глубина которого соответствовала глубине паза, изготовленного в модели, заполненного легирующим составом. Твердость структурных составляющих легированного слоя составила 1079÷1496 HV0,05 благодаря боридам титана и железа, образующихся в результате взаимодействия компонентов легирующего состава между собой и заливаемым расплавом.

Claims (5)

1. Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов, включающий изготовление модели из пенополистирола и нанесение на поверхность модели порошкообразного легирующего состава, отличающийся тем, что используют легирующий состав с содержанием пенополистирола в виде измельченного материала или предварительно вспененных гранул в количестве от 0,1 до 40% от массы порошкообразного легирующего состава.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно на поверхности модели выполняют углубления.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что на поверхность углублений с легирующим составом устанавливают подложки.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что подложки выполняют из металлического материала.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что подложки выполняют из инертного по отношению к металлическим сплавам материала.
RU2016142571A 2016-10-28 2016-10-28 Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину RU2660446C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142571A RU2660446C2 (ru) 2016-10-28 2016-10-28 Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142571A RU2660446C2 (ru) 2016-10-28 2016-10-28 Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016142571A3 RU2016142571A3 (ru) 2018-04-28
RU2016142571A RU2016142571A (ru) 2018-04-28
RU2660446C2 true RU2660446C2 (ru) 2018-07-06

Family

ID=62105987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016142571A RU2660446C2 (ru) 2016-10-28 2016-10-28 Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660446C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745221C1 (ru) * 2020-05-18 2021-03-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок литьем по газифицируемым моделям

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU904872A1 (ru) * 1980-02-06 1982-02-15 Институт проблем литья АН УССР Способ изготовлени моделей из полистирола
RU2391177C2 (ru) * 2008-01-24 2010-06-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" Способ модифицирования поверхности отливок
RU2455103C2 (ru) * 2010-04-06 2012-07-10 Павел Георгиевич Овчаренко Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности на заданную глубину при литье по газифицируемым моделям, в частности, бурового и режущего инструмента
RU2475331C2 (ru) * 2011-03-15 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Ижмаш" Способ легирования поверхности металлических изделий

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU904872A1 (ru) * 1980-02-06 1982-02-15 Институт проблем литья АН УССР Способ изготовлени моделей из полистирола
RU2391177C2 (ru) * 2008-01-24 2010-06-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" Способ модифицирования поверхности отливок
RU2455103C2 (ru) * 2010-04-06 2012-07-10 Павел Георгиевич Овчаренко Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности на заданную глубину при литье по газифицируемым моделям, в частности, бурового и режущего инструмента
RU2475331C2 (ru) * 2011-03-15 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Ижмаш" Способ легирования поверхности металлических изделий

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745221C1 (ru) * 2020-05-18 2021-03-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок литьем по газифицируемым моделям

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016142571A3 (ru) 2018-04-28
RU2016142571A (ru) 2018-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1757448A3 (ru) Способ получени лить
US20100224755A1 (en) Coating compounds for casting moulds and cores that prevent reaction gas defects
RU2427442C1 (ru) Способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям
RU2510304C2 (ru) Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок
US4877078A (en) Pattern for use in lost pattern foundry process
RU2660446C2 (ru) Способ поверхностного легирования отливок из металлических сплавов на заданную глубину
CN105964919B (zh) 一种消失模铸造液‑液复合铝‑镁双金属铸件的方法
CN102039372A (zh) 一种消失模铸造方法
RU2473411C1 (ru) Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности заданной глубины литьем по газифицируемым моделям
RU2581336C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2455103C2 (ru) Способ получения отливок с заданными свойствами требуемых участков поверхности на заданную глубину при литье по газифицируемым моделям, в частности, бурового и режущего инструмента
RU2619548C2 (ru) Способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям
RU2612864C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
CN102773404B (zh) 一种铸铁用防白口涂料及其制备和使用方法
CN101698229B (zh) 压铸镁合金表面混合改性粉体熔渗工艺
RU2620422C2 (ru) Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок методом литья по газифицируемым моделям
US20150298200A1 (en) Coating compounds for casting moulds and cores that prevent reaction gas defects
RU2744688C1 (ru) Способ модифицирования и легирования отливок при формообразовании литьем по газифицируемым моделям
RU2475331C2 (ru) Способ легирования поверхности металлических изделий
RU2612476C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2675675C1 (ru) Способ модифицирования и легирования отливок при литье по газифицируемым моделям
RU2735384C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов боридами хрома
RU2427444C1 (ru) Способ получения заготовок поршневых колец и гильз цилиндров
RU2580584C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2514250C1 (ru) Способ получения композиционных отливок методом литья по газифицируемым моделям