RU2675675C1 - Method of modification and alloying castings at lost pattern casting - Google Patents

Method of modification and alloying castings at lost pattern casting Download PDF

Info

Publication number
RU2675675C1
RU2675675C1 RU2017137463A RU2017137463A RU2675675C1 RU 2675675 C1 RU2675675 C1 RU 2675675C1 RU 2017137463 A RU2017137463 A RU 2017137463A RU 2017137463 A RU2017137463 A RU 2017137463A RU 2675675 C1 RU2675675 C1 RU 2675675C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
granules
layer
alloying
models
additives
Prior art date
Application number
RU2017137463A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Борисович Дементьев
Андрей Юрьевич Лещев
Павел Георгиевич Овчаренко
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 RU2017137463A priority Critical patent/RU2675675C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2675675C1 publication Critical patent/RU2675675C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to the field of foundry and can be used for the manufacture of castings from steel, cast iron, non-ferrous metals and their alloys using the technology of casting according to gasified models. In the process of making models, the mold is filled in layers of pre-foamed polystyrene foam granules with a layer, the minimum thickness of which corresponds to the size of the granules, modifiers or alloying additives are added to the top of each layer with a layer whose thickness corresponds to the fraction of additive particles, after which the final foaming of the granules in the molds is carried out to form a model.EFFECT: invention makes it possible to obtain models from expanded polystyrene in molds with the required uniform or gradient content and distribution of modifiers and alloying additives.5 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для модифицирования и легирования отливок из сталей, чугунов, цветных металлов и их сплавов с применением технологии литья по газифицируемым моделям.The invention relates to the field of foundry and can be used to modify and alloy castings from steels, cast irons, non-ferrous metals and their alloys using casting technology for gasified models.

Из уровня техники известен способ получения отливок литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей в пресс-формах путем нанесения на предварительно вспененные гранулы пенополистирола модификаторов или легирующих добавок в виде краски, последующей сушки, засыпки их в пресс-форму и окончательное вспенивание, 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 C1, В22С 7/02, 27.11.1995). Недостатком данного способа является сложность получения качественных моделей, поскольку предварительно вспененные гранулы пенополистирола после окраски легирующим покрытием и последующей сушки утрачивают (частично или полностью) способность к последующему увеличению их объема при окончательном вспенивании в пресс-формах. Также значительное количество легирующих и модифицирующих элементов в объеме моделей может стать причиной возникновения различных дефектов в отливках (рыхлости, усадочные раковины, непроливы и др.).The prior art method for producing castings by gasified models, including obtaining models in molds by applying modifiers or alloying additives in the form of paint on pre-foamed granules of expanded polystyrene, 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 vibration d, sealing and evacuation of the flask, pouring metal (RU 2048953 C1, B22C 7/02, 11.27.1995). The disadvantage of this method is the difficulty of obtaining high-quality models, since pre-foamed polystyrene granules after dyeing with an alloy coating and subsequent drying lose (partially or completely) the ability to subsequently increase their volume during final foaming in molds. Also, a significant amount of alloying and modifying elements in the volume of models can cause various defects in castings (friability, shrinkage shells, spills, etc.).

Из уровня техники известен способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям, включающий изготовление 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, поскольку технически сложно заполнить объем пресс-формы так, чтобы окрашенные гранулы оказались равномерно распределенными.The prior art method of introducing modifiers and alloying additives when casting on gasified models, including the manufacture of models of expanded polystyrene in molds that are filled with pre-foamed polystyrene granules, painted with alloying elements, with the addition of unpainted pre-foamed granules in an amount of from 2 to 94% by volume (RU 2427442 C1, B22C 7/02, B22C 9/04, 08/27/2011). The disadvantage of this method is the difficulty of obtaining castings with uniformly distributed modifiers and alloying additives, since it is technically difficult to fill the mold volume so that the colored granules are evenly distributed.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей из пенополистирола в пресс-формах путем заполнения их предварительно вспененными гранулами пенополистирола диаметром 3-5 мм слоем толщиной 8-10 мм, с добавлением сверху слоя добавок модифицирующих или легирующих в виде гранул, пудры, порошка или кусков толщиной 1-2 мм и окончательное вспенивание гранул пенополистирола с получением модели, сборку моделей в модельный блок, окрашивание блока противопригарным покрытием, сушку, размещение модельного блока в опоке, заполнение его опорным материалом, герметизацию, вакуумирование и заливку металла (RU 2619548 С2, В22С 3/00, 16.05.2017). Недостатком данного способа является узкая область его применения, поскольку он не пригоден для изготовления моделей небольшого размера из предварительно вспененных гранул пенополистирола размером менее 3-5 мм. Результат модифицирования или легирования определяется, наряду с составом и количеством добавок, также габаритами отливки, поэтому для обеспечения максимального эффекта требуется в каждом конкретном случае использование добавок различной фракции и толщины их слоя. Вышеприведенный способ не позволяет в полной мере реализовать эффективное модифицирование и легирование применительно к отливкам различных габаритов.The closest in technical essence is a method of manufacturing castings using gasified models, including the production of models of expanded polystyrene in molds by filling them with pre-foamed polystyrene granules with a diameter of 3-5 mm with a layer of 8-10 mm thick, with the addition of modifying or alloying additives on top in the form of granules, powder, powder or pieces 1-2 mm thick and the final foaming of polystyrene foam granules to obtain a model, assembling models into a model block, coloring the block with a needle coating, drying, placing the model block in the flask, filling it with support material, sealing, evacuating and pouring metal (RU 2619548 С2, В22С 3/00, 05.16.2017). The disadvantage of this method is the narrow scope of its application, since it is not suitable for the manufacture of small-sized models from pre-foamed polystyrene granules with a size of less than 3-5 mm. The result of the modification or alloying is determined, along with the composition and quantity of additives, as well as the dimensions of the casting, therefore, in order to ensure the maximum effect, the use of additives of different fractions and their layer thicknesses is required in each case. The above method does not allow to fully realize the effective modification and alloying with respect to castings of various sizes.

Все это снижает универсальность способа.All this reduces the versatility of the method.

Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.The proposed method is more versatile in relation to the prototype.

Повышение универсальности предлагаемого способа выражается в возможности получения моделей из пенополистирола в пресс-формах с требуемым (равномерным либо градиентным) содержанием и распределением модификаторов или легирующих добавок.Improving the versatility of the proposed method is expressed in the possibility of obtaining models of expanded polystyrene in molds with the required (uniform or gradient) content and distribution of modifiers or alloying additives.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В процессе изготовления моделей пресс-форму послойно заполняют предварительно вспененными гранулами пенополистирола слоем, минимальная толщина которого соответствует размерам гранул, сверху каждого слоя добавляют модификаторы или легирующие добавки слоем, толщина которого соответствует фракции частиц добавок, после чего производят окончательное вспенивание гранул в пресс-формах с получением модели. В зависимости от геометрии модели, ее габаритных размеров и требуемых свойств отливки, выбирается количество и толщина слоев модификаторов и легирующих добавок. Для получения более плотной модели способ предусматривает добавление предварительно вспененных гранул пенополистирола слоем, минимальная толщина которого соответствует размерам гранул, на верхний слой модификаторов и легирующих добавок при заполнении пресс-формы. В зависимости от габаритов отливки и сродства расплава к введенным компонентам, способ предусматривает вводить модифицирующие или легирующие добавки в виде порошков, пудры, кусков, гранул. Для локального модифицирования и легирования отливки способ предусматривает производить добавку модификаторов и легирующих добавок не по всей поверхности слоя предварительно вспененных гранул пенополистирола, а локально, в один или несколько участков, при этом площадь добавок должна составлять не менее 0,1% площади слоя предварительно вспененных гранул. Если площадь добавок составит менее 0,1%, то модифицирование и легирование отливок может оказаться неэффективным. С целью создания градиента легированных слоев в отливках способ предусматривает добавление поверх слоя предварительно вспененных гранул модификаторов и легирующих добавок в различных сочетаниях с разной фракцией.In the process of manufacturing models, the mold is filled layer by layer with pre-foamed polystyrene granules with a layer whose minimum thickness corresponds to the size of the granules, on top of each layer, modifiers or alloying additives are added with a layer whose thickness corresponds to the fraction of the additive particles, after which the granules are finally foamed in the molds with getting the model. Depending on the geometry of the model, its overall dimensions and the required casting properties, the quantity and thickness of the layers of modifiers and alloying additives are selected. To obtain a denser model, the method involves adding pre-foamed polystyrene granules with a layer, the minimum thickness of which corresponds to the size of the granules, on the top layer of modifiers and alloying additives when filling the mold. Depending on the dimensions of the casting and the affinity of the melt for the introduced components, the method provides for the introduction of modifying or alloying additives in the form of powders, powders, pieces, granules. For local modification and alloying of castings, the method provides for the addition of modifiers and alloying additives not over the entire surface of the layer of pre-foamed polystyrene granules, but locally, in one or more sections, while the area of additives should be at least 0.1% of the area of the pre-foamed granule layer . If the area of additives is less than 0.1%, then the modification and alloying of castings may be ineffective. In order to create a gradient of alloyed layers in castings, the method involves adding modifiers and alloying additives in various combinations with a different fraction on top of the layer of pre-foamed granules.

После заполнения объема пресс-формы предварительно вспененными гранулами пенополистирола с добавкой модификаторов и легирующих добавок, она помещается в автоклав или другое доступное оборудование для окончательного вспенивания гранул пенополистирола путем теплового воздействия. Полученные модели извлекают из пресс-формы и при необходимости производят их сушку. Введенные в объем модификаторы и легирующие добавки оказываются прочно фиксированными в модели. Затем модели собирают в модельные блоки, окрашивают противопригарным покрытием и сушат. Сухие модельные блоки используют при изготовлении отливок, заливая их металлическими расплавами.After filling the mold volume with pre-foamed polystyrene granules with the addition of modifiers and alloying additives, it is placed in an autoclave or other available equipment for the final foaming of polystyrene granules by heat. The resulting models are removed from the mold and, if necessary, they are dried. Modifiers and alloying agents introduced into the volume turn out to be firmly fixed in the model. Then the models are assembled into model blocks, stained with a non-stick coating and dried. Dry model blocks are used in the manufacture of castings, pouring them with metal melts.

Примеры конкретного исполнения:Examples of specific performance:

Пример 1. Цилиндрическую пресс-форму диаметром 30 мм и высотой 50 мм послойно заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола диаметром 0,5-0,8 мм, слоем 3-5 мм. Сверху каждого слоя предварительно вспененных гранул добавляли ферротитан ФТ 70 (70%) в виде порошка, фракцией 0,1 мм, слоем 0,5-1,0 мм. Полученные модели заливали расплавом серого чугуна СЧ 15. Отливки содержали карбидные составляющие титана высокой твердости (1030-1042 HV), что позволило обеспечить сочетания свойств пластичная матрица - твердые включения.Example 1. A cylindrical mold with a diameter of 30 mm and a height of 50 mm was filled layer by layer with pre-foamed polystyrene granules with a diameter of 0.5-0.8 mm, a layer of 3-5 mm. Ferrotitanium FT 70 (70%) in the form of a powder, 0.1 mm fraction, 0.5-1.0 mm layer was added on top of each layer of pre-foamed granules. The obtained models were poured with a melt of gray cast iron SCh 15. Castings contained carbide components of titanium of high hardness (1030-1042 HV), which made it possible to provide a combination of properties of a plastic matrix and solid inclusions.

Пример 2. То же, что в примере 1, только пресс-форму заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола диаметром 0,5-0,8 мм, слоем, толщина которого соответствовала размеру гранул, поверх гранул добавляли порошкообразный ферротитан ФТ 70, фракцией 0,1 мм, слоем ~0,5 мм. Аналогично формировали второй слой, содержащий гранулы и ферротитан, остальное пространство пресс-формы заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола без введения порошкообразных добавок. Отливки из серого чугуна СЧ 15 имели поверхностный слой высокой твердости, а основа соответствовала серому чугуну.Example 2. The same as in example 1, only the mold was filled with pre-foamed polystyrene granules with a diameter of 0.5-0.8 mm, with a layer the thickness of which corresponded to the size of the granules, powdered ferrotitanium FT 70 was added over the granules, fraction 0.1 mm, layer ~ 0.5 mm. A second layer containing granules and ferrotitanium was formed similarly, the rest of the mold space was filled with pre-foamed polystyrene granules without the introduction of powdery additives. MF 15 gray castings had a surface layer of high hardness, and the base corresponded to gray cast iron.

Пример 3. То же, что в примере 1, только в качестве легирующей добавки применяли порошок сажи (элементарного углерода), введенного на слой предварительно вспененных гранул пенополистирола диаметром 3-5 мм, слоем 0,5-1,0 мм. Толщина слоя предварительно вспененных гранул пенополистирола, добавленного в пресс-форму поверх слоя сажи, составляла 5-8 мм. Модели заливали расплавом стали 40X13. Полученные отливки содержали значительное количество карбидных составляющих железа и хрома (твердостью 690-920 HV), что позволило повысить их твердость.Example 3. The same as in example 1, only as an alloying additive used carbon black powder (elemental carbon) introduced onto a layer of pre-foamed polystyrene granules with a diameter of 3-5 mm, a layer of 0.5-1.0 mm. The thickness of the layer of pre-foamed polystyrene granules added to the mold over the soot layer was 5-8 mm. Models were molten with 40X13 steel. The resulting castings contained a significant amount of carbide constituents of iron and chromium (hardness 690–920 HV), which made it possible to increase their hardness.

Пример 4. То же, что в примере 1, только в качестве модифицирующей добавки применяли порошкообразный карбид кремния, фракцией 0,2-0,4 мм, а модели заливали алюминиевым сплавом Д16. Полученные отливки содержали распределенные частицы карбида кремния, что позволило улучшить их структуру, по сравнению с литым образцом, изготовленным без введения добавок.Example 4. The same as in example 1, only as a modifying additive used powdered silicon carbide, a fraction of 0.2-0.4 mm, and the model was filled with aluminum alloy D16. The resulting castings contained distributed particles of silicon carbide, which made it possible to improve their structure compared to a cast sample made without the introduction of additives.

Claims (5)

1. Способ модифицирования и легирования отливок при литье по газифицируемым моделям, включающий изготовление моделей из пенополистирола в пресс-формах и последующую их заливку металлическим расплавом, отличающийся тем, что при изготовлении моделей пресс-форму послойно заполняют предварительно вспененными гранулами пенополистирола слоем, минимальная толщина которого соответствует размерам гранул, сверху каждого слоя добавляют модификаторы или легирующие добавки слоем, толщина которого соответствует фракции частиц добавок, после чего производят окончательное вспенивание гранул в пресс-формах с получением модели.1. A method of modifying and alloying castings when casting according to gasified models, including the production of models of expanded polystyrene in molds and their subsequent pouring with metal melt, characterized in that when manufacturing models, the mold is filled in layers layer-by-layer with pre-foamed polystyrene foam granules, the minimum thickness of which corresponds to the size of the granules, on top of each layer add modifiers or alloying additives with a layer whose thickness corresponds to the fraction of particles of additives, after h th produce a final foaming of the granules in the molds to obtain the model. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на слой добавок модифицирующих или легирующих в верхней части пресс-формы добавляют слой предварительно вспененных гранул пенополистирола, минимальная толщина которого соответствует размерам гранул.2. The method according to p. 1, characterized in that on the layer of additives modifying or alloying in the upper part of the mold add a layer of pre-foamed polystyrene granules, the minimum thickness of which corresponds to the size of the granules. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что модифицирующие или легирующие добавки добавляют локально по меньшей мере на один участок поверхности предварительно вспененных гранул пенополистирола при площади добавок, составляющей не менее 0,1% площади слоя предварительно вспененных гранул.3. The method according to p. 2, characterized in that the modifying or alloying additives are added locally to at least one surface area of the pre-foamed polystyrene granules with an additive area of at least 0.1% of the pre-foamed granule layer area. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что для создания градиента легированных слоев в отливке модифицирующие или легирующие добавки вводят в различных сочетаниях с разной фракцией.4. The method according to p. 3, characterized in that to create a gradient of the alloyed layers in the casting, modifying or alloying additives are introduced in various combinations with a different fraction. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что модифицирующие или легирующие добавки вводят в виде порошков, пудры, кусков, гранул.5. The method according to p. 4, characterized in that the modifying or alloying additives are introduced in the form of powders, powders, pieces, granules.
RU2017137463A 2017-10-25 2017-10-25 Method of modification and alloying castings at lost pattern casting RU2675675C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137463A RU2675675C1 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Method of modification and alloying castings at lost pattern casting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137463A RU2675675C1 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Method of modification and alloying castings at lost pattern casting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2675675C1 true RU2675675C1 (en) 2018-12-21

Family

ID=64753605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137463A RU2675675C1 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Method of modification and alloying castings at lost pattern casting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2675675C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744688C1 (en) * 2020-01-10 2021-03-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Method for modifying and alloying castings during molding by casting according to gasified models

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1434344A (en) * 1972-04-26 1976-05-05 Quraishi A H Casting processes utilising expendable or lost patterns
RU2048953C1 (en) * 1992-04-29 1995-11-27 Виктор Юрьевич Пирайнен Gasified pattern for cast blank of cutting tool and press mold for making it
EP0899038B1 (en) * 1997-08-28 2003-09-24 General Motors Corporation Process for lost foam casting of aluminium with coated pattern
RU2427442C1 (en) * 2010-03-19 2011-08-27 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики Уральского отделения РАН Method of adding modifier and alloying agents in cavityless casting
RU2619548C2 (en) * 2015-10-19 2017-05-16 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" Manufacturing method of casts by gasified models

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1434344A (en) * 1972-04-26 1976-05-05 Quraishi A H Casting processes utilising expendable or lost patterns
RU2048953C1 (en) * 1992-04-29 1995-11-27 Виктор Юрьевич Пирайнен Gasified pattern for cast blank of cutting tool and press mold for making it
EP0899038B1 (en) * 1997-08-28 2003-09-24 General Motors Corporation Process for lost foam casting of aluminium with coated pattern
RU2427442C1 (en) * 2010-03-19 2011-08-27 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики Уральского отделения РАН Method of adding modifier and alloying agents in cavityless casting
RU2619548C2 (en) * 2015-10-19 2017-05-16 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" Manufacturing method of casts by gasified models

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744688C1 (en) * 2020-01-10 2021-03-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Method for modifying and alloying castings during molding by casting according to gasified models

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Optimization of tensile properties of evaporative pattern casting process through Taguchi's method
RU2427442C1 (en) Method of adding modifier and alloying agents in cavityless casting
US4966220A (en) Evaporable foam casting system utilizing a hypereutectic aluminum-silicon alloy
Khan et al. Evolution of metal casting technologies—a historical perspective
RU2675675C1 (en) Method of modification and alloying castings at lost pattern casting
RU2510304C2 (en) Method of making patterns of foamed polystyrene for production of composite casts
RU2619548C2 (en) Manufacturing method of casts by gasified models
Guler et al. A study of expanded polyethylene (EPE) pattern application in aluminium lost foam casting
JPH06218488A (en) Lost form method for stainless steel casting
US3362463A (en) Method of making a porous investment mold
RU2744688C1 (en) Method for modifying and alloying castings during molding by casting according to gasified models
RU2620422C2 (en) Method of manufacturing models of foam polystyrene for producing composite castings according to gasificable models
Piwonka A comparison of lost pattern casting processes
Pacyniak The effect of refractory coating permeability on the Lost Foam Process
RU2660446C2 (en) Method for surface alloying of castings from metallic alloys to set depths
RU2475331C2 (en) Method of alloying metal surfaces
Guler Solid mold investment casting–A replication process for open-cell foam metal production
JPS626734A (en) Casting method
Omidiji Evaporative pattern casting (EPC) process
RU2735384C1 (en) Method of alloying surface of castings from iron-carbon alloys with chromium borides
RU2612476C1 (en) Casts surface alloying method for iron-carbon alloys
Zhilin et al. Prospects of Obtaining Removable Models by Pressing Wax-Like Materials under the Influence of Centrifugal Forces
US7174946B2 (en) Chill casting process and foam casting process as well as a pressure tight closable casting mold for manufacture of form parts
US2798817A (en) Molding composition and method of making same
RU2613244C1 (en) Manufacturing method of casts by gasified models