способ получения литых металлических изделий

Классы МПК:B22D11/00 Непрерывное литье металлов, те отливка изделий неограниченной длины
B22D27/04 путем изменения температуры металла, например нагревом или охлаждением литейной формы
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Супов Александр Владимирович,
Александрова Наталья Михайловна,
Какабадзе Реваз Варденович,
Павлов Владимир Петрович
Приоритеты:
подача заявки:
1996-09-26
публикация патента:

Использование: область металлургии, в частности, литейное производство и непрерывное литье заготовок. Технический результат - обеспечение возможности стабильного получения качественных отливок из сплавов с низкими литейными свойствами, а также достижение максимальной структурной и химической однородности литого металла. Сущность: способ получения литых металлических изделий включает расплавление, гомогенизацию, разливку в форму или в кристаллизатор, охлаждение жидкого металла в температурных интервалах фазовых превращений отливаемого металла прерывисто с чередованием периодов интенсивного теплоотвода с периодами подогрева, при этом количество импульсов "охлаждение - подогрев" должно быть не менее двух. Интенсивное охлаждение ведут с температурными градиентами, переменными во времени и/или по сечению изделия, и/или по его длине. Пульсирующее охлаждение ведут на установках непрерывной разливки в зонах вторичного охлаждения, а также в зонах вторичного охлаждения и после выхода металла из установки непрерывной разливки. 2 з.п.ф-лы, 3 табл.
Рисунок 1

Формула изобретения

1. Способ получения литых металлических изделий, включающий расплавление, гомогенизацию, разливку в форму или в кристаллизатор и охлаждение жидкого металла, отличающийся тем, что охлаждение жидкого металла в температурных интервалах фазовых превращений осуществляют прерывисто с чередованием периодов интенсивного теплоотвода и подогрева с числом чередований не менее двух.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивный теплоотвод осуществляют с температурными градиентами, переменными во времени, и/или по сечению изделия, и/или по его длине.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что чередование периодов интенсивного теплоотвода и подогрева осуществляют под кристаллизатором установки непрерывной разливки металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано для повышения структурной и концентрационной однородности литых металлических заготовок, получаемых, в том числе, методом непрерывного литья.

Литой металл, как правило, имеет целый комплекс специфических пороков в виде грубого дендритного строения, ликвации всех типов, локальных скоплений крупных первичных структур, пограничных выделений избыточных фаз, эвтектических образований и др.

Все перечисленные дефекты усиливаются по мере замедления скоростей кристаллизации и остывания отливок.

(Башнин Ю.А. и др. "Термическая обработка крупногабаритных изделий и полуфабрикатов на металлургических заводах". М.Металлургия, 1985 г. 116 с.).

Известен способ получения отливок, преимущественно из высокопрочного чугуна, включающий заливку металла в предварительно нагретую литейную форму и последующее охлаждение, причем в интервале температур 1180-1120oC со скоростью 30-50 град. /мин, а в интервале 1119-1060oC со скоростью 10-25 град. /мин, т. е. в интервале температур ликвидус солидус осуществляют регулирование скорости охлаждения.

Способ обеспечивает получение мелкозернистой структуры. (Авт. св. N 404556, кл. B 22 D 27/04, 1973).

Известны способы регулирования теплоотвода от кристаллизующегося непрерывного слитка, обеспечивающие снижение осевой пористости и ликвации в литом металле слитка. Способы реализованы в устройствах, защищенных авт. св. N 261660 и 671918 (кл. B 22 D 11/124) и заключаются в подогреве затвердевающего слитка, охлажденного после выхода из кристаллизатора.

Известен способ вторичного охлаждения непрерывнолитого слитка, направленный на повышение качества слитков за счет исключения трещинообразования и снижения осевой рыхлости.

Способ заключается в регулировании интенсивности охлаждения путем изменения соотношения долей воды и воздуха в водовоздушной смеси в зависимости от содержания углерода в металле. (Патент РФ N 2000167, кл. B 22 D 11/124, 1993).

Известен способ получения слитков, направленный на повышение химической и структурной однородности металла, а также получение мелкозернистой структуры. Способ включает плавку расплава в печи и разливку его в изложницу, которые ведут в атмосфере разреженного инертного газа, причем в процессе кристаллизации ведут продувку расплава инертным газом, изменяя при этом давление вдуваемого газа (авт. св. N 1585066, кл. B 22 D 27/00, 1990).

Известен способ обработки сплава, например, на основе алюминия, в процессе его кристаллизации, включающий воздействие на него в начале кристаллизации переменным магнитным полем, которое выключают при достижении сплавом температуры ниже температуры ликвидуса с температурным интервалом, равным 15-20% температурного интервала кристаллизации, после чего на сплав воздействуют постоянным магнитным полем до окончания затвердевания. Способ обеспечивает увеличение предела прочности отливок путем получения мелкозернистой макроструктуры и мелкодисперсной микроструктуры (авт. св N 1049180, кл. B 22 D 27/02, 1983).

Известен способ подавления большинства из пороков литых металлов, заключающийся в использовании интенсивного теплоотвода от металла в жидком, жидко-твердом и твердом состояниях путем заливки расплава в медный водоохлаждаемый кокиль по так называемой КЛИТ-технологии (кокильное литье с интенсивным теплоотводом). (Кондратюк С. Е. и др. "Применение интенсивного теплоотвода при кристаллизации и охлаждении для улучшения свойств сталей". МиТОМ, 1988 г. N 9, с.45-49) (прототип).

Известный способ позволяет увеличивать одновременно прочность, пластичность и ударную вязкость литой стали разного состава по сравнению со свойствами сталей, отлитых по традиционной технологии. Указанные положительные эффекты связаны с резким измельчением дендритной структуры, измельчением первичного зерна, общим повышением структурной и концентрационной гомогенности литого металла. При этом величина этих эффектов прямо зависит от степени ускорения охлаждения.

В связи с последним управление КЛИТ-процессом в основном сводится только к увеличению интенсивности теплоотвода.

Известно, однако, что любое непрерывное повышение скорости охлаждения обязательно сопровождается нарастанием внутренних напряжений в объеме отливки вследствие различий в удельных объемах жидкой и твердой фаз, термических дилатаций, кристаллографических отличий фазовых составляющих и т.п. Одновременно направленный теплоотвод от отливки в сторону стенок кокиля неизбежно будет усиливать столбчатую направленность литой структуры.

В результате отливка приобретает повышенную склонность к растрескиванию, а свойства литого металла оказываются все более анизотропными по мере увеличения интенсивности теплоотвода. Поэтому КЛИТ-процесс имеет ограничения в применении по геометрии отливок и составу материалов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности стабильного получения качественных отливок из сплавов, в том числе с низкими литейными качествами, а также достижение максимальной структурной и химической однородности для повышения комплекса механических свойств литого металла и снижения склонности литых металлических изделий к непрогнозируемым деформациям или к растрескиванию.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения литых металлических изделий, включающем расплавление, гомогенизацию жидкого металла, разливку, охлаждение с интенсивным теплоотводом, предлагается охлаждение в температурных интервалах фазовых превращений отливаемого металла осуществлять не монотонно, а прерывисто, чередуя при этом периоды интенсивного теплоотвода с периодами подогрева, при этом количество импульсов "охлаждение подогрев" должно быть не менее двух. Предлагается интенсивное охлаждение вести с тепловыми градиентами, переменными во времени, и/или по сечению изделия, и/или по его длине. Предлагается пульсирующее охлаждение вести на установках непрерывной разливки в зонах вторичного охлаждения, а также в зонах вторичного охлаждения и после выхода его из установки непрерывной разливки.

В каждом из интервалов интенсивного охлаждения в связи с ускоренным теплоотводом резко сокращается вероятность концентрационного расслоения затвердевающего металла и уменьшается возможность роста первичного зерна. Каждый подогрев, осуществляемый немедленно вслед за периодом интенсивного охлаждения, способствует снятию возникающих внутренних напряжений и эффективно препятствует растрескиванию слитка. В связи с тем, что интенсивный теплоотвод предлагается осуществлять с тепловыми градиентами, переменными во времени, по сечению изделия и/или по его длине, резко уменьшается вероятность формирования столбчатых кристаллов в кристаллизующемся металле, измельчается или полностью устраняется дендритная структура литого металла.

Предлагаемой технологии авторы дают название "ИНКО-процесс" (импульсно-непрерывная кристаллизация отливки).

Пример 1. Произведена разливка высокомарганцовистой стали 110Г13 в земляную форму по традиционной технологии и в стальной кокиль по технологии "ИНКО". Размер слитков способ получения литых металлических изделий, патент № 2101129 70 мм, высота 270 мм (табл.1).

Пример 2. Произведена разливка конструкционной стали 12Х2Н4А на установке непрерывной разливки (сечение заготовки 140 х 140) -табл.2.

Пример 3. Произведена разливка быстрорежущей стали Р18 в земляную форму и в стальной кокиль по технологии "ИНКО". Размер слитков: 70 х 70 х 270 мм (табл. 3).

Класс B22D11/00 Непрерывное литье металлов, те отливка изделий неограниченной длины

машина непрерывного литья с роторным кристаллизатором -  патент 2528925 (20.09.2014)
горячекатаная тонкая литая полоса и способ ее изготовления -  патент 2528920 (20.09.2014)
непрерывный способ литья и устройство для производства черновых профилей, в особенности двойных т-образных профилей -  патент 2528562 (20.09.2014)
способ закрепления затравки в установке непрерывной разливки и установка непрерывной разливки с затравкой -  патент 2527568 (10.09.2014)
способ и устройство для изоляции слитка при запуске -  патент 2527535 (10.09.2014)
способ получения аморфных или мелкокристаллических материалов для изготовления спеченных постоянных магнитов методом сверхбыстрой закалки расплава -  патент 2527105 (27.08.2014)
способ непрерывной разливки стали и способ производства стального листа -  патент 2520891 (27.06.2014)
способ регулирования для зеркала расплава в кристаллизаторе непрерывной разливки -  патент 2520459 (27.06.2014)
форма для непрерывного литья расплавленного металла и система литья -  патент 2520303 (20.06.2014)
способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации -  патент 2519078 (10.06.2014)

Класс B22D27/04 путем изменения температуры металла, например нагревом или охлаждением литейной формы

отливки из сплава, имеющие защитные слои, и способы их изготовления -  патент 2529134 (27.09.2014)
способ направленного затвердевания залитого в форму металла -  патент 2520282 (20.06.2014)
устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой -  патент 2492026 (10.09.2013)
способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией -  патент 2492025 (10.09.2013)
лопатка газотурбинного двигателя, выполненная литьем, и способ ее изготовления, турбина, содержащая такую лопатку, и газотурбинный двигатель -  патент 2477196 (10.03.2013)
способ гравитационного литья фасонных отливок -  патент 2444415 (10.03.2012)
способ получения изделия из жаропрочных монокристаллических никелевых сплавов -  патент 2427446 (27.08.2011)
способ изготовления монокристаллических зародышей одновременно с литьем монокристаллических деталей -  патент 2422564 (27.06.2011)
способ литья дисковых и кольцевых заготовок из жаропрочных труднодеформируемых сплавов на никелевой основе -  патент 2422244 (27.06.2011)
охлаждающая составная часть литейной формы для заливки литейного материала и применение охлаждающей составной части литейной формы -  патент 2422243 (27.06.2011)
Наверх