SU1066723A1 - Способ изготовлени отливок в литейных формах по посто нным модел м - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ ПО ПОСТОЯННЫМ МОДЕЛЯМ, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отверждение, прот жку вспомогательной модели, нанесение сло  из суспензии с модифирующей добавкой, отверждение этого сло , прот жку основной модели, выжигание летучих компонентов из отвержденного сло , сборку полуформ, прокалку Формы, заливку, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и чистоты отливок с поверхностно-упрочненным слоем, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, в который заливают суспензию с модифицирующей добавкой дл  образовани  модифицирующего сло  с последующим его отверждением, прот жкой промежуточной модели, выжиганием летучих компонентов, прокалкой при 600-850°Cg и охлаждением до 17-22°С, а затем (Л устанавливают с зазором полученную опорную полуформу с модифицирующим слоем на основную модель и в зазор заливают керамическую суспензию дл  образовани  защитного облицовочного сло , который-отверждают, прот гивают основную модель и прокаливают защитный облицовочный слой газовой горелкой, а после заливки собранной формы металлом ее вьщерживают при 850-1100 с в течение 0,5-4 ч.

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, а именно к спо бам изготовлени  отливок с поверх ностно-упрочненным слоем в керами ческих формах, изготовленных по п сто нным модел м. Известен способ изготовлени  ф по разовЕлм модел м, включающий по слойное нанесение керамики, введе ние зернистого модификатора в поверхностный рабочий слой формы и удаление модели fij. При осуществлении известного способа на модель нанос т слой сус пензии пылевидного огнеупорного ма териала в св зующем, поверхность которого присыпают зернистым модификатором , сушат и затем аналогично нанос т остальные слои оболочки Указанный способ целесообразно использовать дл  поверхностного модифицировани  дтливок при непосредственном контакте модификатора с расплавом, в процессе которого не образуетс  газовой фазы. Про цесс модифицировани  протекает до момента образовани  литейной коро чки, т.е. в жидком расплаве. При получении же поверхностно-упрочненных отливок, когда упрочнение происходит путем диффузионного пе реноса через газовую фазу, этот способ нецелесообразен,так как при водит к ухудшению чистоты поверхности отливок, к образованию газовых раковин, вследствие того, что при обсыпке добавка, обеспечи юща  диффузию, пробивает тонкий слой суспензии, взаимодействует с расплавленным металлом, что приводит к ухудшению поверхности отливок , к снижению их точности, к необходимости повышени  припусков На механическую обработку, в процессе которой снимаетс  почти вес упрочненный слой. Известен способ изготовлени  отливок из сталей, при котором, с целью защиты отливок от окислени  и обезуглероживани , в состав керамической оболочки вход т термореактивные смолы, разлагающиес  при нагреве с образованием газов, не поддерживающих окисление, например . Такие формы имеют три зоны: облицовочную, нейтрально восстановительную и корковую f2J. Недостатком этого способа  вл етс  то, что поверхность отливок поражена газовыми раковинами, всле ствие того, что газы начинают выдел тьс  в оболочке до образовани  литейной корочки. Кроме того, наблюдаетс  расслоение оболочки из-за разнородности примен емых св зунвдих. Известно, что дл  изготовлени  литейных форм по разовым и посто нным модел м примен ют суспензию на гидролизованном этилсиликате с отвердителем и модифицирующей добавкой. Отливки, полученные в таких литейных формах, имеют чистоту поверхности 5-6 кл и глубину боридного сло  50-100 мкм C3J. Однако в известном способе добавка , обеспечиванлда  диффузию, находитс  в непосредственном соприкосновении с расплавленным металлом, и газы, вьщел ющиес  при ее окислении , могут поражать отливки газовыми раковинами. Даже при образовании тонкой литейной корочки образующиес  газы пробивают ее .или же в лучшем случае прогибают, искажа  геометрию поверхности отливки. В момент разложени  модифицирующей добавки, обеспечивающей диффузию, происходит образование борного ангидрида и легкоплавких боросиликатных эвтектик, которые заполн ют имеющие порь в .керамике и делают облицовочный ке|рамический слой газонепроницаемым. Поэтому газы, которые образуютс  при разложении и окислении карбида бора - СО, СОг не выход т через форму , а проникают в отливку. Кроме того, легкоплавкие эвтектики образуют химический пригар, а оплавлени  на поверхности формы привод т к изменению геометрии поверхности . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ изготовлени  отливо в литейных формах по посто нным модел м, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отверждение, прот жку вспомогательной модели, нанесение сло  из суспензии с модифицирующей добавкой , отверждение, прот жку модели , выжигание летучих из отвержденного сло , сборку полуформ, првкалку формы и заливку. После выбивки отливки, полученные в формах, имеют высокие точность и чистоту поверхности 4 , Однако их поверхность имеет недостаточную твердость и износостойкость , что весьма важно дл  изделий, поверхность которых подвергаетс  интенсивному износу в процессе эксплуатгщии . Упрочнение поверхностнс)го сло  отливок путем модифицировани  позвол ет решить эти задачи без применени  дорогосто щих и дефицитных легирующих материалов, используемых при объемном повышении проч1У и и износостойкости отливок. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и чистоты отливок с поверхностно-упрочненным слоем. Поставленна  цель достигаетс  тем, что(Согласно способу изготовлени  отливок в литейных формах по посто нным модел м, включающему изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, отверждение, прот жку вспомогательной модели, нанесение сло  из суспензии с модифицирующей добавкой , отверждение этого сло , прот жку основной модели, выжигание летучих компонентов из отвержденного сло , сборку полуформ, прокалку формы, заливку, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, в который заливают суспензию с модифи цирук цей добавкой дл  образовани  модифицирующего сло .с последующим его отверждением, прот жкой про межуточной модели., выжиганием летучих компонентов, прокалкой полуформы при 6О0-850°С и охлаждением до 17-22°С, а затем устанавливают с зазором полученную опорную полуформу с модифицирующим слоем на основную модель и в зазор заливают керамическую суспензию дл  образовани  защитного облицовочного сло , который отверждают, прот гивают основную модель и прокаливают защитный облицовочный слой газовой горелкой а после заливки собранной формы металлом ее выдерживают при 8501100°С в течение 0,5-4 ч. Пример. В качестве опытной отливки выбирают вставку ковочного штампа массой 36 кг, полученную литьем в комбинированных керамических формах по посто нным модел м на Минском тракторном заводе. По вспомогательной модели, увеличенной относительно основной (рабочей) на В по всей поверхности, изготавливают опорную полуформу из шамотной смеси на жидкостекольном св зующем по Ср процессу. Далее провод т прокалку опорной полуформы при 900°С в течение 2 ч дл  стабилизации ее размеров . Охлажденную полуформу до 1722 С (возможно вз ть руками) устава ливают на промеха/точную модель, увеличенную относительно основной модели (рабочей) на 1-7 мм, и в образовавшийс  зазор заливают суспензию , содержащую модифицирующую добавку , Ьбеспечивающую диффузию и активатор диффузии (карбид бора и фтористый натрий в отношении 9:1 соответственно) при следующем соот ,ношении ингредиентов, мас.%: Гидролизованный раствор этилсиликата 25 Карбид бора27 Фтористый натрий 3 Гелеобразователь 2 Огнеупорный нанаполнитель43 В качестве огнеупорного наполнител  используют кварцевый песок 1К02А и пылевидный кварц ПК-2 непрокаленный в отношении 1:2 соответственно . Дл  приготовлени  гидролизованного раствора зтилсиликата используют этилсиликат марки 32 по МРТУ 6-02-415-67. В состав смеси входит технический карбид бора ГОСТ 5744-74, фтористый натрий ГОСТ 4463-76, В качестве отвердител  суспензии используютс  40%-ный водный раствор триэтаноламина (ТУ 6-09-244272 ), После отверждени  смеси промежуточную модель прот гивают, выжигают летучие составл ющие керамики, прокаливают форму в течение 1 ч при температуре 750 С, котора  ниже температуры начала разложени  мо:дифицирующей диффундирующей добанки . Далее полученную полуформу с модифицирующим слоем устанавливают на основную модель и в зазор запрессовывают суспензию дл  получени  защитного облицовочного сло . Дл  повышени  газопроницаемости в состав суспензии ввод т пенополистирол (ГОСТ 20282-74) при следующем соотношении ингредиентов, мае.% : Гидролизованный раствор этилсиликата22 ,5 Пенополистирол 0,5 Гелеобразователь 2,0 Огнеупорный наполнитель75 ,0 . Модифицирующий слой  вл етс  промежуточным между опорной форг-юй и облицовочным защитным слоем. Запрессовка такой суспензии позвол ет получать облицовочные защитные слои толщиной до 2 мм, но не менее. Этим объ сн етс  нижний предел толщины защитного облицовочного сло , который выполн ют толщиной 1-7 мм. При использовании защитного облицовочного сло ,толщиной более 6 мм,практически прекращаетс  процесс переноса модифицирующей диффундирующей добавки к поверхности отливки и насыщение атомами бора. После отверждени  защитного облицовочного сло  и прот жки модели выжигают летучие составл ющие керамики с одновременным прокаливанием газовой горелкой в течение 20 мин при условии, что температура поверхности не превышаетс  выше . Далее форму собирают и заливают сталью 5ХНМ, Через 30 с после заливки формируетс  литейна  корочка толщиной 8 мм, через этот же

промежуток времени слой, содержащий модифицирующую добавку, обеспечивающую диффузию, прогреваетс  до и начинаетс  процесс переноса атомов бора к поверхности отливки (под воздействием атомов фтора образуютс борофториды, активно диффундирующие в поверхность отливки). Через 12 мин после заливки форму устанавливают в нагревательную печь при 900с, , 1100°С, провод т выдёржку в нагревательной печи 0,5; 2; 4 ч. При этом формируетс  точна  отливка с шероховатостью поверхности 4-5 класса. В структуре поверхностного сло  образуютс  высокотвер дые бориды железа и эвтектика. Снижение температуры прокалки защитног облицовочного сло  ниже приводит к неполному удалению летучих изкерамики , что вызывает по вление газовьтх дефектов на поверхности отливок . Превышение температуры более приводит к преддевременному разложению добавки, обеспечивающей диффузию, и к ок слению активных атомов бора, образовавшихс  в процессе разложени . Выдержка залитых форм в нагревательной печи при температуре ниже нецелесообразна вследствие практического прекращени диффузии атомов бора. Увеличение те пературы более 1100°С сопровождаетс  ухудшением качества поверхности отливок, вызванное оплавлением ее поверхностного сло  в результате растворени  образовавшихс  боридов и увеличени  доли легкоплавкой боридной эвтектики. Уменьшение времени выдержки залиты} форм в нагревательной печи менее 0,5 ч приводит к значительному уменьшению толщины бористого сло . Врем  выдержки более 4 ч нерационально, так как практически не увеличиваетс  толщина диффузионного сло . После заливки жидкого металла в комбинированную керамическую форму с.промежуточным и защитным облицовочными сло ми тепло, отводимое через стенки формы, прогревает защитный облицовочный слой керамики до температуры 1300-1400 С в течение 30-40 с. Происходит образование прочной неоплавленной литейной корочки толщиной 6-8 мм, способной выдержать газовое давление со стороны .

За это же врем  промежуточный облицовочный слой с модифицирующей добавкой, обеспечивающей диффузию, прогреваетс  до температуры начала разложени  добавки и выше (900-1200 в зависимости от толщины облицовочного защитного сло . Начинаетс  процесс разложени  модифицирующей добавки, обеспечивающий диффузию, с образованием активных атомов, которые путем переноса через газову фазу достигают границы форма-металл адсорбируютс  на поверхности металл и далее происходит процесс диффузионного насыщени  затвердевшей поверхности отливки. Дл  увеличени  продолжительности времени протекани  процесса диффузионного насыщени  форма устанавливаетс  в нагревательную печь при 850-1100°С. Тем самым обеспечиваетс  проведение химико-термической обработки отливок непосредственно в процессе формировани  отливки. Использование защитного облицовочного керамического сло  затормаживает процессы разложени  диффундирующей добавки и возникновени  газового давлени  со стороны формы до образовани  прочной литейной корочки, предотвращает возникновение газовых раковин , неровностей и прогибов на поверхности отливок за счет создани  газовой диффузии через газопроницаемый облицовочный слой, изолирует поз1ерхностный слой отливки от химического взаимодействи  с легкоплавкими эвтектиками, повышает точность и чистоту упрочненной поверхности ,, Результаты металлографически и технологических испытаний приведены в таблице, из которой следует, что предлагаемый способ 2-12, 14-18 обладает преимуществами по сравнени с известным по эффекту модифицировани  (толщине боридного сло ), чистоте поверхности отливок и их точности.

Реализаци  и&обретени  позвол ет получить экономический эффект не менее 200 р/т стального лить  за счет снижени  затрат на очистку отливок от пригара и их механическую обработку, улучшени  качества поверхностно-упрочненного сло ,повышени  износостойкости изделий в 2-2,5 раза.

Предлагаемый способ

Неудовлетворительное качество облицовочного сло  (20% непокрытой облицовкой поверхности)

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ ПО ПОСТОЯННЫМ МОДЕЛЯМ, включающий изготовление опорной полуформы по вспомогательной модели, размеры которой превышают размеры основной модели, ' отверждение, протяжку вспомогательной модели, нанесение слоя из сус- пензии с модифирующей добавкой, отверждение этого слоя, протяжку основной модели, выжигание летучих компонентов из отвержденного слоя, сборку полуформ, прокалку Формы, заливку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чистоты отливок с поверхностно-упрочненным слоем, опорную полуформу устанавливают на промежуточную модель с образованием зазора, в который заливают суспензию с модифицирующей добавкой для образования модифицирующего слоя с последующим его отверждением, протяжкой промежуточной модели, выжиганием летучих компонентов, прокалкой при 600-850°С§ и охлаждением до 17-22°С, а затем устанавливают с зазором полученную опорную полуформу с модифицирующим слоем на основную модель и в зазор заливают керамическую суспензию для образования защитного облицовочного слоя, который.отверждают, протягивают основную модель и прокаливают защитный облицовочный слой газовой горелкой, а после заливки собранной формы металлом ее выдерживают при 850-1100°C в течение 0,5-4 ч.