SU742033A1 - Способ получени отливки направленным затвердеванием - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к литейному производству и может быть использовано в металлургической промышленности при получении отливок.

Известен способ изготовлени  отливок направленным затвердеванием, включающий подогрев верхней части отливки и интенсивное боковое охлаждение путем подъема холодильника или опускани  отливки по мере ее затвердевани  (1 .

Однако направле шость затвердевани  осуществл етс  с помощью предварительного подогрева формы (а не отливки) в специальной печи, а охлаждение - путем опускани  затвердевающей отливки из печи и с дополнительным боковым охлаждением. Этот способ св зан с использованием специальной печи, довольно трудоемок и ограничивает номенклатуру получаемых отливок, особенно по размерам, которые ограничиваютс  габаритами печи и необходимостью применени  только огнеупорных керамических форм.

танием нагрева металла (например, помеща  форму в печь) с введением нерасходуемых электродов дл  создани  электростатического пол  и рентгеновского излучени , а также отвода тепла от нижней и боковой части отливок. Согласно зтому способу керамическую форму предварительно подогревают, заливают в нее расплавленный металл и устанавливают группу злектродов по направлению желаемого роста зерен в отливке. Оси электродов перпендикул рны нужному направлению роста зерен. Электроды соедин ют с источником высокого посто нного напр жени  (отрицательный зар д) и последовательно подключают к нему дл  более быстрого охлаждени  отливки посредством наложени  электростатического пол . Форму, устанавливают на медную охлаждаемую водой холодильную плиту. Электроды соединены с источником высокого напр жени  дп  создани  рентгеновского излучени . В расплавленный металл прибыльной части погрз кают электрод, соединенный с положительным полюсом источника посто нного тока (создаетс  так называемое электростатическое охлаждение.

Направленное вверх затвердевание побуждаетс  холодильной плитой и продолжаетс  при последовательном перемещении электростатического пол  2.

Недостатками данного способа  вл ютс  его трудоемкость, св занна  с использованием индукционной печи дл  нагрева формы и боковых электродов, вмонтированных в стенки формы. Использование высокого напр жени  и создаШ1е рентгеновского излучени  создает вредные услови  труда. Высота получаемых отливок, преим)тдестаешю простого профил , ограничиваетс  размерами печи, номенклатура отливок ограничена.

Цель изобретени  - расширение иоменклатуры изготавливаемых плотных фасонных разностенных отливок и снижение трудоемкости их получени .

Дл  достижени  поставленной цели в способе получени  отливок направленным затвердеванием , включающем введение нерасходуемого электрода в металл прибыльной части, нижнее и боковое охлаждение отливки путем подъема зоны последнего параллельно; перемещению фронта кристаллизации, через залитый металл пропускают подводимый индуктивно электрический ток плотностью 10-15 А/мм, снижа  ее со скоростью, равной отношению начальной плотности тока к полному времени затвердевани  толстостенного участка, расположенного ниже пережима отливки.

На чертеже схематически показано осуществление способа. Способ осуществл ют следующи образом.

Керамическую форму 1 без дна став т на холодильник 2, который одновременно  вл етс  нижним электродом. К верхней части полост формы подвод т верхний графитовый электрод 3 и заливают в форму металл 4, который, запонив всю форму, замыкает депь между двум  электродами 2 и 3. Подводимый индуктивно посто нный или переменный электрический ток начальной плотности j 10-15 А/мм, проход  по отливке, выдел ет различное количество тепла , которое пр мо пропорционально. сопротивлению участков. Затем ввод т зону 5 бокового охлаждени  отливки любой охлаждающей средой от нижнего холодильника 2; посто нно перемеща  зону бокового охлаждени  параллельно перемещению фронта кристаллизации, по мере затвердевани  отливки со скоростью,, меньщей вертикальной скорости кристаллизации. При этом снижают плотность электрического тока со скоростью, равной отношению начальной плотности тока к времени полного затвердевани  толстостенного участка, расположенного ниже самого тонкого сечени  отливки

где V - скорость снижени  плотности тока,

А/мм. с;

j - начальна  плотность тока. А/мм; т - врем  полного затвердевани  участка расположенного ниже caMoi-o тонкого сечени  отливки.

С уменьщением температуры металла сопротивление его уменьшаетс . При прохождении по нему тока будет выдел тьс  меньше в затведевшей от нижнего холодильника и охлажденной боковым охлаждением нижней части, чем охлажденной жидкой верхней части отливки. Этим обеспечивают перемещение фронта затвердевани  вверх по высоте отливки.

Пример. Отливают из стали с шаровидным графитом шатуны дл  автомобилей. В открытую керамическую форму без дна заливают металл с температурой 1560° С. Металл, заполнив форму, замыкает между электродами 2 и 3 цепь, через которую пропускают электрический ток начальной плотности j 9, 10 15 А/мм. Отливают также контрольные образцы без обработки током.

Без обработки электрическим током направленное затвердевание отсутствует, т.е. первой затвердевает сечение отливки, расположенное на рассто нии 100 мм от нижнего холодильШ1ка , а не сечение, расположенно на рассто нии от холодильника 42 мм.

При обработке током начальной плотности j 10 А/мм осуществл етс  направленное затвердевание отливки (т.е. первым затвердевает сечение отливки, расположенное ближе к нижнему холодильнику и далее последовательно затвердевают слои, более удаленные от холодильника ). Уменьшение плотности тока ниже 10 А/мм {даже 9 А/мм) приводит к недостаточному подогреву металла в самом тонком сечении отливки, ненаправленностн затвердевани  и, следовательно, получению усадочной пористости. При начальной плотности тока 15 А/мм результаты идентичны полученным при начальной плотности 10 А/мм, однако дальнейшее )шеличение плотности тока приводит к снижению КПД процесса (возрастает врем  затвердевани  отливки и энергозатраты)

Плотность тока посто нно снижают со скоростью , равной отношению начальной плотности тока к полному времени затвердевани  толстостенного участка, расположенного ниже самого тонкого сечени  отливки (табл. 1).

Врем  полного затвердевани  самого толстого сечени , расположенного ниже тонкого сечени  шатуна, равна 36 с. Начальна  плотность тока выбрана 9 и 10 А/мм, скорость снижени  плотности соответственно 0,25 и 0,28 А/мм Замеры провод т через 4 с.

с началом кристаллизации отливки зону 5 бокового охлаждени  начинают поднимать со скоростью, меньшей вертикальной скорости кристаллизации отливки на 10%. При скорости подъема, равной скорости кристаллиза1даи, отдельные участки не успевают закристаллизовыватьс , а при значени х скорости подъема на 15-20% меньших сокрости кристаллизации уменьшаетс  производительность процесса. Поэтому выбрано оптимальное значение - 10%.

Подъем зоны бокового охлаждени  заканчивают после полного затвердевани  отливки. Упом нутые параметры процесса легко могут быть практически установлены с помощью существующих приборов и методов и использованы при массовом производстве отливок.

В табл. 2 приведены механические характеристики образцов, полученных из шатунов, отлитых описываемым способом, и контрольных шатунов.

Таблица 2

- По предлагаемому Повышение механических характеристик объ си етс  ликвидацией усадочной пористости, наличием в структуре более мелкого графита Использование способа позвол ет осуществить литье плотных фасонных деталей, которые ранее изготавливали ковкой. При зтом обеспе