способ изготовления цилиндрических отливок

Формула изобретения

Способ изготовления цилиндрических отливок, преимущественно из никелевых жаропрочных сплавов в постоянных формах, включающий подготовку и сборку формы, заливку формы металлом, охлаждение и извлечение отливки из формы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества отливок путем увеличения их плотности, в процессе заливки сверху в заливочной чаше поддерживают постоянный уровень расплава, а заполнение формы осуществляют через калиброванное отверстие в заливочной чаше, размер d₀ которого определяется соотношением:



где D диаметр рабочей полости формы, м;

H высота столба металла в заливочной чаше, м;

коэффициент расхода через калиброванное отверстие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к методам получения отливок в кокиль.

Известна технология получения отливок в постоянных металлических формах, заключающаяся в подготовке формы, заливке металла, выдержке и извлечении готовой отливки (см. например, под.ред.А.И. Вейника "Литье в кокиль", М. Машиностроение. 1980г. с.262-269)

Кроме того, известен способ получения отливок в кокиль, предусматривающий питание отливки посредством ступенчатой литниковой системы и прибыли. (см. например, Жаров Н.Т. "Автоматизация некоторых литейных процессов", М. Машиностроение, 1964г. с.247-248 прототип).

Общим недостатком перечисленных выше способов является негарантированное качество готовых изделий отливок, выражающееся в наличии таких дефектов, как распределенная усадочная пористость и концентрированные усадочные раковины, т.е. недостаточная плотность отливок. Наличие усадочной пористости более 0,2

0,3 является недопустимым для некоторых ответственных отливок, полученных методом литья в постоянные формы, в частности мерных цилиндрических шихтовых заготовок, предназначенных для литья методом "Trucast "-процесса.

Цель изобретения повышение качества отливок путем увеличения их плотности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления отливок, включающем подготовку и сборку формы, заливку формы металлом, охлаждение и извлечение отливки, в процессе заливки сверху в заливочной чаше поддерживают постоянный уровень расплава, а заполнение формы осуществляют через калиброванное отверстие в заливочной чаше, размер которого определяется соотношением



где d_о диаметр калиброванного отверстия, м;

D диаметр рабочей полости формы, м;

Н высота столба металла в заливочной чаше, м;

коэффициент расхода через калиброванное отверстие.

Проведенные патентные исследования показали отсутствие в технической и патентной литературе известных технических решений, содержащих признаки, изложенные в отличительной части заявленной формулы изобретения, которые проявляли бы в известных решениях свойства, идентичные свойствам отличительных признаков предложенного способа. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Сущность заявленного способа состоит в следующем. Для кокиля с цилиндрической рабочей полостью изготавливают керамическую заливочную чашу, в дне которой выполняют калиброванное отверстие, размер которого определяют из соотношения (1).

Высоту столба жидкого металла в заливочной чаше выбирают из условия обеспечения гидростатического давления, необходимого для преодоления сил поверхностного натяжения расплава, препятствующих вытеканию его из калиброванного отверстия. Коэффициент расхода через отверстие определяется формой отверстия, длиной канала и шероховатостью стенок.

Поддерживая в процессе заливки кокиля заранее заданный уровень металла в заливочной чаше, обеспечивают постоянный расход жидкого металла через калиброванное отверстие, а следовательно, и постоянную скорость подъема зеркала металла в форме, величина которой зависит от диаметра калиброванного отверстия, определяемого по приведенной выше зависимости.

Таким образом, контролируя скорость заполнения формы металлом при выполнении граничных условий вышеуказанной эмпирической зависимости, добиваются гарантированного последовательного питания отливки по всей высоте. Компенсацию усадки верхней части отливки обеспечивают за счет металла, остающегося после заполнения всей полости формы в заливочной чаше, которая выполняет функцию прибыли, что с учетом вышесказанного позволяет существенно повысить плотность получаемых отливок.

Реализацию предложенного способа осуществляли на вакуумной плавильно-заливочной установке УППФ-ЗМ. По заявляемой технологии отливали цилиндрические заготовки длиной 500 мм и диаметром 32 мм из двух никелевых жаропрочных сплавов СЖЛ-800-1 и ЦНК-17.

В соответствии с техническими условиями на указанные отливки в них не допускается наличие усадочных раковин и пор, объем которых составляет более 0,2 0,3 от объема отливки.

Отливки получали в неохлаждаемом чугунном кокиле. Рабочие полости кокиля были выполнены в виде семи цилиндрических отверстий диаметром 32 мм, расположенных по вершинам равносторонних треугольников. Расстояние между осями отверстий составляло 55 мм. Заливочные чаши, изготовленные из корунда, имели калиброванные отверстия, расположенные в дне чаши аналогично рабочим полостям кокиля. Размер указанных отверстий был определен по предлагаемой зависимости с учетом величины коэффициента расхода m, равного 0,2, и заданного значения высоты столба расплава в чаше H=20 мм. Крайние расчетные значения диаметра калиброванного отверстия составили 2,87 и 4,04 мм, поэтому литье заготовок осуществляли с использованием заливочных чаш, имеющих четыре типоразмера калиброванных отверстий: 2, 3, 4, и 6 мм. Заливочную чашу перед заливкой устанавливали на верхний торец кокиля таким образом, чтобы оси калиброванных отверстий в чаше и рабочих полостей кокиля совпадали. После установки заливочной чаши осуществляли заливку расплавленного металла, поддерживая в чаше заранее определенный уровень расплава путем регулирования расхода металла из разливочного тигля.

По предлагаемому способу было изготовлено по 300 шт. отливок из каждого сплава.

Кроме того, было отлито по 100 шт. заготовок по известной технологии, принятой в качестве базовой (способ-прототип). Для этой цели использовали чугунный разъемный кокиль, в котором получали одновременно по 6 заготовок. Заливку кокиля осуществляли сверху через ступенчатую литниковую систему и прибыль.

Плотность полученных отливок определяли методом гидростатического взвешивания, а размеры пор-металлографическими методами на вырезанных из заготовок темплетах. Результаты исследования приведены в таблице.

Полученные результаты свидетельствуют о повышенной осевой распределенной усадочной пористости и наличии усадочных раковин размером до 3 мм по всей высоте отливок, полученных по известному способу.

При использовании заливочных чаш, имеющих диаметр отверстий меньше, чем нижний предел расчетного значения (d_o=2 мм) полученные отливки имели большое количество дефектов в виде недоливов и спаев, что связано с недостаточной скоростью заполнения формы расплавом. Указанные отливки не удовлетворяли требованиям технических условий, в связи с чем анализ их плотности не проводился.

Как видно из таблицы, при увеличении диаметра калиброванного отверстия свыше верхнего расчетного значения (d_о=6 мм) в отливках наблюдалось существенное повышение объемной пористости (более 0,5) и максимального размера пор (более 1,5 мм).

Отливки, полученные по предлагаемому способу, имели лишь незначительные дефекты усадочного характера размером до 0,25 мм, что удовлетворяет требованиям технических условий на указанные отливки.

Анализ результатов гидростатического взвешивания показал, что пористость отливок, полученных по предлагаемому и по известному способам, составила соответственно 0,1-0,3% и 0,5 -1,0% что свидетельствует о существенном повышении плотности отливок, изготовленных по заявленному способу по сравнению с известным.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить качество цилиндрических отливок из никелевых жаропрочных сплавов путем повышения их плотности, а следовательно, и эксплуатационные характеристики отливок.

Предлагаемый способ прошел опытное опробование и готов к внедрению на Ступинском металлургическом комбинате.