SU859004A1 - Формовочна смесь дл дифференцированного охлаждени отливок - Google Patents

Description

(54) ФОРМОВОЧНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ даФФЕРЕНЦИРОЕАННОГО ОХЛАЯЩЕНИЯ ОТЛИВОК

ИзоСретение относитс  к литейному производству, в частности к соста вам смесей дл  дифференцированного охлаждени  отливок, преимущественно из черных сплавов. Дл  регулировани  скорости затвер девани  и охлаждени  отливок известно использование чугунных или стальных холодильников l J, Кроме того, известно применение дл  указанных целей силикокарбидных кирпичей или забивка в местах, требукмцих повышенной скорости охлаждени специальных металлических конусных шпилек 2 . Характерной особенностью металлических холодильников или кирпичей из материалов с повьшенной теплопроводностью  вл етс  то, что эти материалы практически не дeфop в py oтc  в процессе охлаждени  и усадки отливок и поэтому в охлаждаемых част х отливок возникают повьппенные остаточ ные напр жени , и часто образуютс  трещины . Известна смесь дл  изготовлени  литейных форм и стержней, преимущественно оболочковых, содержаща  огнеупорный наполнитель в виде алюмини  или его сплавов с размером частиц 0,1-0,4 мм и св зующее, например синтетическую смолу f 3 }. Данна  смесь обладает высокой теплопроводностью, однако ввиду своей пониженной огнеупорности она не применима дл  полупени  отливок из железоуглеродистых сплавов. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  формовочна  смесь дл  дифференцированного охлаждени  отливок, содержаща  огнеупорный наполнитель , например кварцевый песок, стружку или дробь из железоуглеродистых сплавов, например чугунную дробь, огнеупорную глину или бентонит, зуклцее, например жидкое стекло и воду . Данна  смесь обеспечивает полу .чение прочности в сыром состо нии 0,2-0,3 кгс/см 4. Однако при нагреве указанной смеси ни один из ее компонентов не изме н ет своего агрегатного состо ни , поэтому она мало измен ет свои тепло физические и 4низико-механические свойства, особенно пористость и податливость в процессе усадки отливки Это приводит к значительному градиен ту по плотности, микроструктуре и ме ханическим свойствам металла в тонки и толстых част х отливок и по сечению стенок отливок. Цель изобретени  - повьиаение тепл проводности смеси в процессе получени  отливки, легирование поверхностного сло  отливок модифицирующим элементами, снижение различий по мик роструктуре и механическим свойствам металла в тонких и толстых част х от ливок и по сечению стенок отливок. Указанна  цель достигаетс  тем, что формовочна  смесь дл  дифференци рованного охлаждени  отливок, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, включающа  огнеупорный наполнитель , стружку или дробь из желе зоуглеродистых сплавов, огнеупорную глину или бентонит, св зукмдее и воду дополнительно содержит крупку алюмини  или его сплава с температурой плавлени  менее 850°С при следунщем соотношении ингредиентов, вес.%: Огнеупорный наполнитель или дробь из железоуглеродистых сплавов Огнеупорна  глина 6-15 или бентонит 5,0-8,5 Св зующее 0,5-18,СГ Вода Крупка алюмини  или его сплава с температурой плавлени  менее 5,0-22,0 В качестве огнеупорного,наполните л  смеси могут использоватьс  кварце вый песок, шамот, хромомагнезит и др гие формовочные материалы. Они ввод  с  дл  регулировани  охлаждающей спо собности смеси. Оптимальное их количество составл ет 10-35%. При меньшем содержании огнеупорного наполнител  смесь имеет большую теплопровод 4 ность и в поверхностных сло х стенок чугунных отливок по вл етс  структурно-свободный цементит. При содержании наполнител  больше 35% теплопроводность смеси получаетс -малой и в стенках отливок по вл етс  пористость . Стружка или дробь из железоуглеродистых сплавов, в первую очередь из углеродистых сталей и чугуна, способствуют значительному повьш1ению теплофизических свойств смеси. При их содержании менее 15% теплопроводность смеси не обеспечивает необходимую скорость затвердевани  и охлаждени  стенок отливок, а при содержании их выше 45% скорость охлаждени  металла отливок получаетс  больше оптимальной и это приводит к ухудшению микроструктуры и уменьшению ; свойств металла отливок. Ввод в состав смеси огнеупорной глины или бентонита обеспечивает получение необходимой прочности, в первую очередь в сыром состо нии.При их содержании менее 6% величина сырой прочности смеси получаетс  низкой, а при содержании их больше 15% дальнейшего повьш1ени  прочностных свойств не происходит при одновременном снижении охлаждающей способности смеси, Присутствие в составе смеси органического или неорганического св зующего обеспечивает получение оптимальных прочностных свойств в сухом состо нии . Нижний предел оптимальной величины прочностных свойств получаетс  при содержании в смеси 5,0% св зующего . Увеличение содержани  св зующего более 8,5% нецелесообразно ввиду достаточности достигнутьк прочностных свойств смеси. Дополнительный ввод в состав смеси крупки из алюмини  или его сплава с температурой плавлени  менее 850 С позвол ет значительно повысить охлаждающие свойства смеси. Это объ сн етс  тем, что алюминий,  вл ющийс  основой сплава крупки, имеет коэффициент теплопроводности значительно больший , чем огнеупорный наполнитель или стружка, или дробь из железоуглеродистых сплавов. Кроме того, благодар  низкой температуре -плавлени  сплавов на основе алюмини  при прогреве поверхностных слоев смеси происходит оплавление крупки, что сопровождаетс  дополнительной затратой тепла на оплавление. Оплавление крупки дает 5 возможность проводить дифференцирова ное охлаждение затвердевающего металла . Чем толще охлаждаема  стенка отливки, тем быстрее происходит прогрев охлаждающей смеси и тем боль ше тепла тратитс  на оплавление круп ки, т.е. имеет место процесс саморегулировани  отвода тепла. В процессе прогрева формы при заливке расплавленный сплав крупки заполн ет поры смеси, уменьшает ее пористость и значительно увеличивает теплопроводность. Кроме того, распла ленный сплав вытесн етс  на поверхность соприкосновени  смеси с жидким металлом и модифицирует поверхностный слой затвердевающего или затвердевшего чугуна модифицирующими элементами (алюминием, кремнием и др.) и преп тствует образованию структурно-свободного цементита. Положительное вли ние на охлаждающие свойства смеси, модифицирование поверхностного сло  отливок и ликвидацию структурно-свободного цементита про вл етс  при содержании в смес крупки 5%. При увеличении ее содержа , ни  более 22% поверхность форм в ус (лови х избытка расплавленной крупки сильно деформируетс  и тер етс  геометрическа  точность отливки. Содержание воды зависит от природы и количества используемого св зую щего. Если используетс  жидкое стекло , то содержание воды достаточно 0,5%, а при использовании органических св зующих, например декстрина, содержание воды должно выбиратьс  по верхнему пределу. В табл. 1 приведены составы предл гаемых и известной смесей, а в табл. 2 - их свойства. Алюминиева  крупка, вход ща  в состав смеси, имеет следующий химический состав, вес.%: кремний 11,36; медь 0,26; магний 0,19; алюминий остапьное . Из данных табл. 2 видно, что пред лагаема  смесь имеет более высокие прочностные свойства на сжатие в сыром состо нии и на разрыв в сухом состо нии при практически близких по величине прочностных свойствах на сжатие образцов в сухом состо нии, а также более высокую газопроницаемост в сухом состо нии. Кроме того, она имеет также меньший объемный вес за счет частичной замены чугунной дроби iалюминиевой крупкой. A Теплопрсницаемость предлагаемой охлаждающей смеси в интервале.температур 20-1350 С по сравнению с теплопроницаемостью известной смеси вьппе, что объ сн етс  более высоким коэффициентом теплопроводности алюминиевой крупки и расходом тепла на ее . плавление. Эффективность действи  охлаждающих смесей (табл. 1) исследуют при изготовлении разностенных корпусов насосов из высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита марки ВЧН50-10. Преобладающа  толщина стенок отливок 9 мм. Толщина обрабатываемых фланцев и приливов 35-40 мм. Дл  уменьшени  пористости утолщенных мест отливок используют стержни из смесей, составы которых приведены в табл. 1. Исследование гидроплотности отливок и плотности металла в тонких и толстых стенках отливок показывает. что в случае изготовлени  отливок без охлаждгшлцих стержней в 70-80% отливок наблюдаютс  течи и потение стенок, особенно в местах перехода тонких стенок в утолщенные приливы и фланцы. При применении охлаждакицих стержней из известной смеси брак по гидроплотности составл ет 12-14%, а при применении стержней из предлагаемой смеси 2,5-3,8%. Установлено, что различие плотности металла в тонких и толстых стенках при использовании известной смеси составл ет 3,8-5,1%, а при использовании предлагаемой смеси только 1,9-3,2%. В смес х по изобретению наблюдаетс  интенсивное оплавление алюминиевой крупки на глубину 22-27 мм от поверхности раздела стержень-отливка, что обуславливает интенсивное увеличение теплопроницаемости смеси при температуре прогрева выше 655 С (температура плавлени  алюминиевой крулки). Повьпиение содержани  и кремни  в поверхностных сло х отливок благопри тно вли ет на подавление выпадани  структурно-свободного цементита . Повышение их содержани  примерно соответствует количеству алюминиевой крупки в смеси. Как видно из данных табл. 2, использование предлагаемой смеси позрол ет лучше выравн ть механические свойства металла в тонких и толстых стенках отливок.

7859004

Таким образом, предлагаема  смесь обладает повышенной теплопроводностью и oieuneMHBaeT легирование поверхностного сло  отливок нз железоуглеродистых сплавов модифицирующими элемента- 5 ми (алюминием, кремнием). Это в свою 10,025,020,0 Кварцевый песок --Шамот А5,0 30,0 35,0 Чугунна  дробь 6,0 12,0 12,0 Огнеупорна  глина Крупка из алюминиевокремниевого 22,0 20,0 13,0 сплава 6,5 6,0 8,5 Жидкое стекло Сульфитна  барда Декстрин 10,5 7,0 11,5 Вода

очередь позвол ет снизить градиент по микроструктуре и механическим свойствам металла в тонких и толстых сечени х отливок и по сечению стенок отливок, т.е. повысить их качество. Таблица 1 30,035,0-- 27,25 -- 18,027,0 15 ,0 37,0 27,018,0 54,5 15,0 8,0 15,015,0 9,1 20,0 5,0 18,0 18,0 7 ,0 5,0 - - 6,4 - - 5,0 - - - 5,0 13 ,0 10,0 17,0 17,0 2,75

««

ft ON

«

A

cT o

M

M 00

M

«

M

«

ts 00

Claims (4)

1. «Ч 13 ; Формула изобретени  Формовочна  смесь дл  дифференцированного охлаждени  отливок, включа юща  огнеупорный наполнитель, стружк или дробь из железоуглеродистых спла вов, огнеупорную глину или бентонит, св зующее и воду, отличающа  с  тем, что, с целью повывенн  теплопроводности смеси в процессе по лучени  отливки, легировани  поверхностного сло  отливок модифицирующими элементами, повьшени  однородност микроструктуры и механических свбйст металла в тоиких и толстых част х отливок и по сечению стенок отливок, она дополнительно содержит крупку ал мини  или его сплава с температурой плавлени  менее 850 С при следующем соотношении ингредиентов, вес.%: Огнеупорный наполнитель10-35 Стружка или дробь из железоуглеродистых сплавов15-45 14 Огнеупорна  глина или бентонит 6-15 Св зующее 5,0-8,5 Воде0,5-18,0 Крупка апюмиии  илм его сплава с температурой плавлени  менее 5-22 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе . Буталов В. А. Модельщик, М., Ма«ггиз 1959.
2. 2.Дедин Я.Л. Современна  техно-, логи  производства станочного лить  . Специальное приложение.к журналу Литейное производство. М., Машгиз, 1957.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 593647, кл. В 22 С 1/00, 1974. ,
4. 4.Справочник литейщика Чугунное литье. Под ред. проф. Рубцова Н.Н. М., Машгиз, 1961, с. 419.