способ формирования трубной заготовки
Классы МПК: | B22D13/02 длинномерных сплошных или полых изделий, например труб в формах, вращающихся вокруг своей оси |
Автор(ы): | Чуманов Валерий Иванович (RU), Чуманов Илья Валерьевич (RU), Пятыгин Дмитрий Александрович (RU), Гарифулин Рустам Рафаилович (RU), Вершинина Ольга Юрьевна (RU), Аникеев Андрей Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-07-14 публикация патента:
10.02.2010 |
Изобретение относится к изготовлению стальной трубной заготовки методом центробежного литья с упрочнением внешней, внутренней или одновременно двух поверхностей. Способ включает заливку расплава во вращающуюся вокруг горизонтальной оси форму и присадку тугоплавких частиц через дозатор в струю металла. В зависимости от плотности тугоплавкие дисперсные частицы перемещаются на внутреннюю или внешнюю поверхность заготовки под действием центробежной силы и силы тяжести. Для одновременного упрочнения внешней и внутренней поверхностей заготовки сначала подают тугоплавкие дисперсные частицы с плотностью более 6000 кг/м3, а затем вводят частицы с плотностью менее 5000 кг/м3 и до конца разливки их подают совместно. Обеспечивается получение трубной заготовки с высокими прочностными, коррозионными и жаропрочными свойствами поверхностей. 1 ил.
![способ формирования трубной заготовки, патент № 2381087](/images/patents/82/2381087/2381087.jpg)
Формула изобретения
Способ формирования стальной трубной заготовки путем центробежного литья, включающий заливку расплава во вращающуюся вокруг горизонтальной оси форму и упрочнение поверхности заготовки путем подачи через дозатор в заливочный желоб в струю расплава тугоплавких дисперсных частиц, при этом для упрочнения внешней поверхности трубной заготовки осуществляют подачу тугоплавких дисперсных частиц с плотностью более 6000 кг/м3 с первыми порциями расплава и заканчивают подачу после заливки 75%-ного расплава, для упрочнения внутренней поверхности трубной заготовки осуществляют подачу тугоплавких дисперсных частиц с плотностью менее 5000 кг/м3 после заливки 25%-ного расплава и заканчивают подачу с концом разливки, а для упрочнения внешней и внутренней поверхности трубной заготовки осуществляют подачу 25%-ного тугоплавких дисперсных частиц с плотностью более 6000 кг/м3 в первые порции расплава и до конца разливки их подают совместно с тугоплавкими дисперсными частицами с плотностью менее 5000 кг/м3.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии изготовления трубной заготовки методом центробежного литья с упрочнением внешней и внутренней поверхности дисперсной твердосплавной фазой, которая может быть применена в металлургической и других отраслях промышленности.
Известен способ получения слитка, включающий подачу через литниковую систему расплава металла с тугоплавкими частицами (RU № 2080206, B22D 11/00, опубл. 1997.05.27). Способ обеспечивает получение качественной заготовки, возможность модифицирования расплава тугоплавкими частицами и их равномерного распределения в отливаемой заготовке. Однако таким способом невозможно получить тонкостенную отливку с равномерным и преимущественным распределением в поверхностном слое тугоплавких частиц.
В качестве ближайшего аналога выбран способ центробежного литья вокруг горизонтальной оси, включающий опоку, механизм вращения и литниковую систему, а заполнение формы и затвердевание отливки происходит в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести. Способ позволяет получать трубную заготовку. (Технология литейного производства: Специальные виды литья: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Э.Ч.Гини, A.M.Зарубин, В.А.Рыбкин; Под. ред. В.А.Рыбкина. - М.: Издательский центр «Академия», 2005, 352 с.).
Недостатком способа являются необходимость дополнительных технологических операций с целью упрочнения внутренней и внешней поверхности трубной заготовки для обеспечения нужных прочностных, коррозионных и жаропрочных свойств.
Задачей изобретения является получение трубной заготовки с обеспечением внешней, внутренней или одновременно двух поверхностей заготовки высокими прочностными, коррозионными и жаропрочными свойствами.
Указанная задача решается тем, что в способе формирования трубной заготовки путем центробежного литья, включающем заливку расплава во вращающуюся форму, согласно изобретению в заливочном желобе в струю расплава через дозатор подают тугоплавкие дисперсные частицы, а вращение формы осуществляют вокруг горизонтальной оси.
В предлагаемом способе для упрочнения внешней поверхности трубной заготовки тугоплавкие дисперсные частицы плотностью более 6000 кг/м3 начинают подавать в заливочный желоб с первыми порциями расплава, а заканчивают - после заливки 75% расплава.
Для упрочнения внешней поверхности трубной заготовки тугоплавкие дисперсные частицы плотностью менее 5000 кг/м3 начинают подавать в заливочный желоб после заливки 25% расплава, а заканчивают - с концом разливки.
Для одновременного упрочнения внутренней и внешней поверхности трубной заготовки в первые порции расплава подают до 25% тугоплавких дисперсных частиц плотностью более 6000 кг/м3, а до конца разливки в расплав их подают совместно с тугоплавкими дисперсными частицами плотностью менее 5000 кг/м3.
Технический результат изобретения заключается в получении трубной заготовки с возможностью обеспечения ее высокими прочностными, коррозионными и жаропрочными свойствами за счет введения тугоплавких частиц в расплав и их распределения преимущественно в поверхностных слоях.
Это достигается тем, что трубная заготовка формируется путем центробежного литья, включающего заливку расплава во вращающуюся форму, а в заливочный желоб в струю расплава через дозатор подают тугоплавкие дисперсные частицы и вращение формы осуществляют вокруг горизонтальной оси. Если плотность тугоплавкой дисперсной частицы, погруженной в расплав, отличается от плотности расплава, то сила, действующая на частицу, не уравновешивается их собственной центробежной силой и силой тяжести. Поэтому возникают условия для перемещения частиц в ту или другую сторону, т.е. на внутреннюю или внешнюю поверхность формируемой заготовки. Когда частица соприкоснется с фронтом кристаллизации, то она оказывается прижатой расплавом к фронту кристаллизации и уже не всплывает, а захватывается растущими дендритами. В результате происходит упрочнение поверхности.
Для упрочнения внешней поверхности трубной заготовки тугоплавкие дисперсные частицы плотностью более 6000 кг/м3 подают в заливочный желоб с первыми порциями расплава, а заканчивают подачу после заливки 75% расплава. В этом случае значение центробежной силы преобладает над Архимедовой силой и частица в расплаве движется от оси вращения к фронту кристаллизации. Она оказывается прижатой расплавом к фронту кристаллизации, не всплывает и захватывается растущими дендритами. В результате происходит упрочнение внешней поверхности трубной заготовки.
Для упрочнения внутренней поверхности трубной заготовки тугоплавкие дисперсные частицы плотностью менее 5000 кг/м3 подают в заливочный желоб после заливки 25% расплава, а заканчивают с концом разливки. В этом случае значение Архимедовой силы преобладает над центробежной силой и частица в расплаве движется к оси вращения, всплывает на свободную поверхность расплава и захватывается растущими дендритами. В результате происходит упрочнение внутренней поверхности трубной заготовки.
Для одновременного упрочнения внешней и внутренней поверхности трубной заготовки до 25% тугоплавких дисперсных частиц плотностью более 6000 кг/м3 подают в заливочный желоб в первые порции расплава, остальные подаются совместно с тугоплавкими дисперсными частицами плотностью менее 5000 кг/м3 до конца разливки. Тугоплавкие дисперсные частицы плотностью более 6000 кг/м3 под действием центробежной силы движутся в расплаве от оси вращения к фронту кристаллизации. Они оказываются прижатыми расплавом к фронту кристаллизации, не всплывают и захватываются растущими дендритами. Тугоплавкие дисперсные частицы плотностью менее 5000 кг/м 3 под действием Архимедовой силы движутся к оси вращения, всплывают на свободную поверхность расплава и захватываются растущими дендритами. В результате происходит одновременное упрочнение внутренней и внешней поверхности трубной заготовки.
Заявителем впервые установлено, что введение тугоплавких дисперсных частиц в расплав при получении трубной заготовки способом центробежного литья позволяет достигнуть высокого уровня прочности и жаропрочности внешней и внутренней поверхности.
Сущность данного способа иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена схема получения трубной заготовки способом центробежного литья: 1 - формируемая заготовка, 2 - металлическая форма, 3 - заливочный желоб, 4 - дозатор, 5 - тугоплавкая дисперсная фаза, 6 - расплав, 7 - сталеразливочный ковш.
Примеры конкретного осуществления.
Трубную заготовку получали из стали марки 40Х13, выплавленной в индукционной печи. Внешний диаметр заготовки 300 мм, внутренний диаметр 50 мм, длина 1000 мм. В качестве упрочняющий фазы использовали карбид вольфрама (WC) плотностью 7200 кг/м3 в количестве 2,5 кг. Расплав температурой 1650°С из сталеразливочного ковша заливали во вращающуюся со скоростью 120 об/мин металлическую форму с горизонтальной осью вращения через заливочный желоб. В струю стали при помощи дозатора подавали WC. Расплав с введенной в него тугоплавкой дисперсной фазой растекался по внутренней поверхности металлической формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. После заливки 75% расплава подачу WC прекращали. После полного затвердевания металла и остановки вращения металлической формы отливку извлекали. Полученная таким образом отливка имела удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов.
Предложенный способ позволил получить трубную заготовку с равномерным распределением тугоплавкой дисперсной WC фазы преимущественно на поверхности.
Трубную заготовку получали из стали марки 40Х13, выплавленной в индукционной печи. Внешний диаметр заготовки 300 мм, внутренний диаметр 50 мм, длина 1000 мм. В качестве упрочняющей фазы использовали карбид титана (TiC) плотностью 1440 кг/м 3 в количестве 2,5 кг. Расплав температурой 1650°С из сталеразливочного ковша заливали во вращающуюся со скоростью 120 об/мин металлическую форму с горизонтальной осью вращения через заливочный желоб. После заливки 25% расплава осуществляли подачу в струю стали при помощи дозатора TiC. Расплав с введенной в него тугоплавкой дисперсной фазой растекался по внутренней поверхности металлической формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. После полного затвердевания металла и остановки вращения металлической формы отливку извлекали. Полученная таким образом отливка имела удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов. Предложенный способ позволил получить трубную заготовку с равномерным распределением тугоплавкой дисперсной фазы преимущественно на поверхности, причем карбида титана на внутренней поверхности.
Трубную заготовку получали из стали марки 40Х13, выплавленной в индукционной печи. Внешний диаметр заготовки 300 мм, внутренний диаметр 50 мм, длина 1000 мм. В качестве упрочняющей фазы использовали карбид вольфрама (WC) плотностью 7200 кг/м3 в количестве 2,5 кг и карбид кремния (SiC) плотностью 1550 кг/м3 в количестве 2,5 кг. Расплав температурой 1650°С из сталеразливочного ковша заливали во вращающуюся со скоростью 120 об/мин металлическую форму с горизонтальной осью вращения через заливочный желоб. В струю стали при помощи дозатора подавали WC и SiC, причем в первые порции расплава подавали WC. После подачи 25% карбида вольфрама (WC) начали осуществлять совместную подачу WC и SiC. Расплав с введенной в него тугоплавкой дисперсной фазой растекался по внутренней поверхности металлической формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. После полного затвердевания металла и остановки вращения металлической формы отливку извлекали. Полученная таким образом отливка имела удовлетворительное качество поверхности с плотным строением тела и без усадочных дефектов.
Предложенный способ позволяет получить трубную заготовку с равномерным распределением тугоплавкой дисперсной фазы преимущественно на поверхности, причем карбида вольфрама на внешней поверхности, а карбида кремния - на внутренней.
Промышленная применимость - получение трубной заготовки с обеспечением на внешней и внутренней ее поверхности высоких прочностных, коррозионных и жаропрочных свойств при эксплуатации в условиях высокого износа, температур и окислительной среды.
Класс B22D13/02 длинномерных сплошных или полых изделий, например труб в формах, вращающихся вокруг своей оси