UA131581U - Спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі) - Google Patents

Abstract

Спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі) включає затверднення розплаву залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі) в піщаній формі з сипкого піску, видалення з цієї форми виливка в аустенітному стані, попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення структури бейніту і витримку в інтервалі бейнітного перетворення в сипкому матеріалі. При розміщенні виливків у сипкому матеріалі застосовують вібрацію ємності з цим матеріалом, створення псевдозрідженого стану цього матеріалу чи (та) похитування підвішених на крані виливків.

Description

Корисна модель належить до ливарного виробництва, зокрема до технології виготовлення виливків з бейнітного чи аусферитного залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі), які виготовляють литтям в піщані форми з сипких наповнювачів, переважно з наступною термообробкою виливків.

Відомі спосіб обробки сталей (1), що включає нагрівання до аустенітного стану з наступним охолодженням, а також спосіб термообробки (21), що включає нагрівання до утворення аустеніту, витримку, попереднє охолодження, що виключає перлітне перетворення, наступне охолодження на повітрі, який відрізняється тим, що попереднє охолодження проводять у воді до температури початку утворення структури бейніту і витримують в інтервалі бейнітного перетворення. Що стосується виливків, то ці способи призначені для термообробки охолоджених виливків (до кімнатної температури) при їх нагріванні до аустенітного стану зі значними витратами енергоресурсів і часу. Також за способом |2| витримку в бейнітному інтервалі здійснюють у печі, для підтримки якої в нагрітому стані потрібно більше енерговитрат порівняно з такою витримкою при нагріванні виливка, наприклад, в контейнері, аналогічному застосованим для виготовлення ливарних форм.

Відомий спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного чавуну (зокрема, чавуну з кулястим графітом) |З), що, як і сталь, належить до залізовуглецевих сплавів. Цей спосіб включає затверднення розплаву залізовуглецевого сплаву в піщаній формі з сипкого піску, видалення з цієї форми виливка в аустенітному стані (зокрема, при температурі 850- 1000 С), що, по суті, подібно до досягання цього стану за способами (1. 2), попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення структури бейніту (зокрема, температури 300-500) і витримку в інтервалі бейнітного перетворення, як це виконують за способом |2, 3), чим досягають заданої структури металу виливка. Відмінність способу |З| полягає в тому, що витримку в інтервалі бейнітного перетворення виконують в сипкому матеріалі, яким є нагрітий сипкий формувальний пісок та/або сипка піщана суміш, зокрема, таку витримку проводять в контейнерних опоках.

В останньому способі виконують термообробку гарячого виливка з литого стану, видаливши його з сипкого піску форми і значно скоротивши його охолодження в піщаній формі та зекономивши на його нагріванні до аустенітного стану 1) (до утворення аустеніту (21). А також,

Зо видаливши джерело нагрівання з піщаної формі, економлять на охолодженні сипкого піску, що іде на повторне виготовлення форми. Але недоліки нього способу стосуються операції розміщенні гарячих виливків у нагрітому сипкому матеріалі. Порівняно з традиційними рідкими середовищами, що критикуються в описі |З|, у вигляді розплавів солей і лугів, підтримуваних при високих температурах і здатних до шкідливих виділень, гарячий сипкий матеріал у вигляді формувального піску чи сипкої піщаної суміші ІЗ| не дозволяє швидко занурити в нього гарячі виливки і вступити в контакт з усією поверхнею виливка із-за обмеженої текучості формувальних пісків.

Найвищу міцність піску в формі при її заливанні металом досягають застосуванням піску з гострокутними зернами піску, які мають найвищий кут внутрішнього тертя. Такий пісок сприяє підвищенню якості виливків в литому стані, але збільшує тривалість засипання гарячого виливка, бо при цьому викликає необхідність вручну лопаткою підсипати гарячий пісок в порожнини чи "кишені" що неминуче утворюються поблизу стінок багатьох виливків, в тому числі при засипанні піску з контейнерів з щелепним затвором, як це вказано в |З). Недостатнє обтікання гарячим піском виливка порушує режим термообробки і веде до зниження якості виливка з огляду структури його металу, а додаткові операції для поліпшення обтікання збільшують тривалість розміщення виливка в сипкому матеріалі для витримки виливка в інтервалі бейнітного перетворення.

Задачею корисної моделі є зниження тривалості процесу розміщення виливка в сипкому матеріалі, в якому виконують витримку виливка в інтервалі бейпітного перетворення.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі), що включає затверднення розплаву залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі) в піщаній формі з сипкого піску, видалення з цієї форми виливка в аустенітному стані, попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення структури бейніту і витримку в інтервалі бейнітного перетворення в сипкому матеріалі, згідно корисної моделі, при розміщенні виливків у сипкому матеріалі застосовують вібрацію ємності з цим матеріалом, створення псевдо- зрідженого стану цього матеріалу, чи (та) похитування підвішених на крані виливків.

Крім того, як сипкий матеріал для витримки в інтервалі бейнітного перетворення використовують попередньо нагріті сипкий формувальний пісок з зернами округлої форми або бо пропанти алюмосилікатний чи магнезійно-кварцовий. Також, вібрацію ємності з сипким матеріалом і виливком можуть застосовувати лише для шару цього матеріалу, що покриває виливок, а шар цього матеріалу, що знаходиться на 2-10 мм вище виливка, залишають у стані вільної засипки.

Вібрація ємності з сипким середовищем знижує внутрішнє тертя частинок сипкого матеріалу до стану "важкої псевдорідини" |4|, яка обтікає виливок і знімає проблему заповнення внутрішніх порожнин і отворів в більшості виливків піском і призводить до його ущільнення. Створення псевдозрідженого стану сипкого матеріалу рекомендовано виконувати в контейнері згідно (Бі, що дозволяє створити цим станом рухоме середовище. Таке твердогазове дисперсійне середовище створюють при зануренні в нього виливка на заданий рівень відносно дна контейнера, потім припиняють створення псевдозрідженого стану, сипкий матеріал осідає, виливок на нього опирається, за потреби зверху досипають сипкий матеріал для заповнення контейнера до заданого рівня. Такий спосіб також згадано в монографії І4| для засипки моделей у контейнері, але він часто потребує силового утримання моделі з пінопласту при дії на неї потоку повітря, на відміну від виливка, густина якого в сотні раз вища, і його можна легко опустити краном в псевдозріджений сипкий матеріал. Для плоских невисоких виливків може бути достатнім похитування чи погойдування їх підвішених на крані на заданому рівні в просторі контейнера, зокрема, при розміщенні на "постелі" з сипкого матеріалу та засипанні його додаванням цього матеріалу до заданого рівня в контейнері. Відомо, що сила тертя діє на поверхні зіткнення тіл і перешкоджає їх переміщенню відносно один одного, а зниження перешкод заповнення сипким матеріалом простору навколо виливка, що рухається, грунтується на тому, що тертя ковзання проявляється за наявності руху тіла, і воно значно менше тертя спокою (б).

Зниження тривалості і трудомісткості процесу розміщення виливка в сипкому матеріалі також досягають застосуванням сипкого формувального піску з зернами округлої форми, зокрема пісків морських відкладень, наприклад, Гусарівського родовища (Харківська обл.) |4, 71.

Для підвищення текучості піщаних сумішей також відоме застосування річного піску 8), зерна якого мають округлу форму.

Зниження тривалості і трудомісткості процесу розміщення виливка в сипкому матеріалі також досягають застосуванням пропантів алюмосилікатного (ГОСТ Р 51761-2013) чи

Зо магнезійно-кварцового (ГОСТ Р 54571-2011). Пропанти створені для закачування в нафтові або газові пласти під тиском. Їх роль полягає в реалізації високої здатності до проникання крізь свердловину і підтримці створених в результаті гідророзриву тріщин у відкритому стані. На глибині, розширюючи ці пласти між собою і фіксуючи тріщини, пропанти утримують їх як домкрати, забезпечуючи викачування 1950-х років (за даними сайту НЕр'//пежмдав.ога.ца), переважно для інтенсифікації видобутку вуглеводнів на виснажених родовищах. Для прикладу, застосування пропанту в свердловинах описано в патентах |9, 101.

Алюмосилікатний пропант - гранульований вогнетривкий дисперсний матеріал, кожна гранула якого - це керамічний виріб, отриманий шляхом високотемпературного випалювання спеціального фракційованого глинозему. Для цього способу вибрано пропант (згідно ГОСТ Р 51761-2013) фракції 40/70, насипної густини 1.8 г/сму, сферичності 0,9, середнього розміру 0,339 мм, що, зокрема, випускає Боровичський комбінат вогнетривів (Росія, Новгородська обл., м.

Боровичі). А також придатний для застосування магнезійно-кварцовий пропант на основі силікату магнію і кварцового піску (масова доля МаО г 8 95, 5іС2 » 50 95), що має сферичність і середній розмір аналогічні попередньому. Зокрема, технологія виготовлення магнійсилікатного пропанту передбачає попереднє випалювання природного серпентиніта при температурі 750- 1150 С, під час якого відбувається видалення вологи і у творення форстериту, помел матеріалу з кварцполевошпатним піском, гранулювання шихти і випалювання гранул при температурі 1200-1350 "С (11). Висока плинність і проникність сферичних гранул вогнетривкого пропанту, створеного з метою максимального заповнення тріщин, в нашому випадку реалізована для заповнення можливих порожнин навколо стінок виливка. Високий ступінь сферичності гранул в цілому знижує сумарну площу тертя між зернами (частками) сипкого матеріалу, а також з зовнішніми тілами.

Застосуванням вібрації ємності з сипким матеріалом і виливком лише для шару цього матеріалу, що покриває виливок, при тому, що шар цього матеріалу, що знаходиться приблизно на 2-10 мм вище виливка, може залишатись у стані вільної засипки, досягають деякої теплоізоляції основної маси нагрітого сипкого матеріалу. Так, згідно І4| для гусарівського піску у стані вільної засипки поруватість на 28-29 95 вища ніж у стані після застосування вібрації, що пропорційно знижує теплопровідність піску у стані без впливу на нього вібрації і сприяє зниженню інтенсивності тепловідводу в навколишнє середовище. Також це економить час 60 засипання виливка сипким матеріалом з віброобробкою, коли повний контейнер з цим матеріалом (чи заповнений до певного рівня) у стані вільної засипки піддають вібрації, матеріал просідає практично не нижче поверхні виливка (залишаючи шар на 2-10 мм вище виливка), то потім, доповнивши контейнер, нема потреби знову його піддавати вібрації. Додатково для енергоощадності контейнери з нагрітим матеріалом можуть покривати теплоізолюючими засобами, прагнучи наблизити їх теплову ізоляцію до термосів.

В прикладі застосування способу фіксування зміни тривалості процесу розміщення виливка "корпус" в сипкому матеріалі використовували вимірювання аналогічні описаним у патенті (121.

Найбільш ефективною операцією для досягнення щільного прилягання сипкого матеріалу до стінок виливка була вібрація ємності (контейнера) з сипким матеріалом і виливком, зокрема на вібростолі з частотою коливань 50 Гц і амплітудою 0,6 мм, як це передбачено для формування

І4Ї, і яку виконували на вібростолі для вібрації піщаних форм.

Оскільки при вібрації ущільнення сипкого матеріалу при стінках виливка шляхом заповнення можливих порожнин характеризується зниженням рівня вільно засипаного матеріалу, то визначали час, за який рівень сипкого матеріалу при вібрації знижувався до припинення цього зниження разом з зупиненням руху часток сипкого матеріалу; до цього часу віброобробки додавали час засипання сипкого матеріалу до контейнера з розміщенням в ньому виливка "корпус". Виміри часу тривалості операції розміщення виливків у сипкому матеріалі виконали для (згідно описаних в монографії |4| при виготовленні форм з сипкого піску) пісків формувальних (ГОСТ 2138-91): часов'ярського 1КО16А з зернами гострокутної форми та гусарівського Т04Б з зернами округлої форми, а також пропанту (ГОСТ Р 51761-2013) фракції 40/70; загальний час за трьома вимірами для кожного з цих сипких матеріалів в середньому склав, відповідно, 312 с, 271 с та 247 с.

Засипання з похитування підвішених на крані виливків і підгортанням вручну совком матеріалу до стінок виливка для зазначених трьох сипких матеріалів тривало, відповідно, 344 с, 296 с та 268 с Засипання разом зі створенням псевдозрідженого стану і вібрації для гусарівського піску склало 284 с Доповнення контейнерів після зниження рівня сипкого матеріалу (в результаті вібрації) матеріалом у стані вільної засипки без вібрації, додатково економило 15-20 с для кожного з застосованих матеріалів. Результати серії експериментів показали зменшення тривалості процесу розміщення виливка в сипкому матеріалі з зернами

Зо округлої форми, що має підвищену плинність завдяки зернам такої форми чи спеціально гранульованим порівняно з сипким матеріалом з зернами гострокутної форми.

Неконтрольований за цим показником формувальний пісок або сипка піщана суміш, як правило, має гірші характеристики щодо плинності порівняно з розглянутими матеріалами з зернами округлої форми. В оборотних чи вторинних піску чи суміші присутні розтріскані зерна (з гострими зламами) від нагрівання в контакті з розплавом металу та механічних виливів при пересипанні в системі очищення та охолодження цих сипких матеріалів.

Таким чином, використовуючи відомі режими обробки залізовуглецевих матеріалів і виливків з них І1-3)Ї корисний ефект досягали шляхом застосуванням сипкого матеріалу з підвищеною округлістю зерен, що зменшує їх кут внутрішнього тертя, а також методами зниження сили тертя завдяки відносного руху тіл, зокрема, завдяки застосування сил, що викликають вібрацію.

Серед видів тертя спокою, ковзання і кочення кожне значно менше за попереднє |б), вірогідність тертя кочення збільшує округла форма часток матеріалу і особливо його псевдозрідження. Така сукупність ознак дозволила застосувати сипкі середовища замість рідких середовищ та поліпшити умови розміщення виливків в сипких середовищах порівняно зі способом лиття |З| з частковою заміною охолодження виливка в піщаній формі (скорочення цього часу); на термообробку з литого стану, без погіршення якості литої продукції і з підвищенням продуктивності та поліпшенням умов праці.

Спосіб надає можливості ливарним підприємствам одержувати виливки з бейнітного чи аусферитного залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі) з литого стану, створюючи суттєву конкуренцію прокату легованих сталей шляхом зниження собівартості отримання рівноцінних за службовими властивостями заготовок без застосування додаткової термообробки при нагріванні з кімнатної температури і витримки в аустенітному стані, а також зі скороченням застосування рідких середовищ з несприятливими умовами праці.

Джерела інформації: 1. Патент 21253 А, Україна, опубл. 27.02.1998, Бюл. Мо 1. 2. Патент 6414, Україна, опубл. 16.05.2005, Бюл. Мо 5. 3. Патент 123731, Україна, опубл. 12.03.2018, Бюл. Мо 5. 4. Шуляк В.С. Литье по газифицируемь!м моделям. - Спб.: Профессионал. 2007. - 408 с. 5. Патент 106005, Україна, опубл. 11.04.2016, Бюл. Мо 7. бо 6. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер с нем. - М: Мир. - 1982. - 520 с

7. Формовочнье материальй и смеси / С.П. Дорошенко, В.П. Авдокушин, К. Русин, И.

Мацашек. - К.: Вьіща школа, 1990; Прага: СНТЛ, 1990. - 416 с. 8. Дорошенко С.П., Ващенко К.И. Наливная формовка: монография. - К.: Вища школа, 1980.- 176 с. 9. Патент 99412, Україна, опубл. 10.08.2012, Бюл. Мо 15. 10. Патент 105241, Україна, опубл. 25.04.2014, Бюл. Мо 8. 11. Патент 2613676, Росія, опубл. 21.03.2017 мли Ппараїепігпи/раїеп//261/2613676.пІті, порз//раїепів.доодіє. сот/раїеп/НО2613676С1/ги. 12. Патент 81014, Україна, опубл. 25.06.2013, Бюл.12.

Claims (3)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб виготовлення виливків з бейнітного або аусферитного залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі), що включає затверднення розплаву залізовуглецевого сплаву (чавуну, сталі) в піщаній формі з сипкого піску, видалення з цієї форми виливка в аустенітному стані, попереднє охолодження виливка, що виключає перлітне перетворення в ньому, до температури початку утворення структури бейніту і витримку в інтервалі бейнітного перетворення в сипкому матеріалі, який відрізняється тим, що при розміщенні виливків у сипкому матеріалі застосовують вібрацію ємності з цим матеріалом, створення псевдозрідженого стану цього матеріалу чи (та) похитування підвішених на крані виливків.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як сипкий матеріал для витримки в інтервалі бейнітного перетворення використовують попередньо нагріті сипкий формувальний пісок з зернами округлої форми або пропанти алюмосилікатний чи магнезійно-кварцовий.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вібрацію ємності з сипким матеріалом і виливком застосовують лише для шару цього матеріалу, що покриває виливок, а шар цього матеріалу, що знаходиться на 2-10 мм вище виливка, залишають у стані вільної засипки.