способ получения отливки

Формула изобретения

Способ получения отливки с защитным эмалевым покрытием, включающий изготовление формы из песчаной смеси по модели, нанесение на рабочую поверхность формы противопригарного покрытия, сборку формы и заливку ее жидким металлом, отличающийся тем, что на слой противопригарного покрытия наносят слой толщиной не более 5 мм эмалевой керамической массы, температура плавления которой ниже температуры заливаемого металла, а для формирования на отливке защитного эмалевого покрытия форму заливают металлом при температуре на 150-200°С выше температуры его плавления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению литых деталей с эмалевым покрытием, работающих в условиях высокотемпературной газовой коррозии.

Известен способ получения отливки, включающий изготовление формы из песчаной формовочной смеси по модели, нанесение на рабочую поверхность формы противопригарного покрытия, сборку формы и заливку ее жидким металлом (Технология литейного производства: Литье в песчаные формы: Учебник для вузов / А.П.Трухов, Ю.А.Сорокин, М.Ю.Ершов и др. Под ред. А.П.Трухова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005, 215-217; с.239-275). Этим способом получают отливки из низколегированных сплавов обыкновенного качества, не обладающих способностью сопротивления окислению и газовой коррозии при высоких температурах. При необходимости применения отливок для работы в условиях высокотемпературной газовой коррозии в формы заливают сплавы, легированные хромом, алюминием, кремнием, или на отливки наносят дорогостоящими способами эмалевые покрытия, состав которых выбирается с учетом работы изделия и состава агрессивной среды [Эмалирование металлических изделий под. общ. редакцией проф. В.В.Вартина, Л.: «Машиностроение», 1972, 495 с.] Недостатками этих способов являются высокая стоимость легирующих материалов, необходимость тщательной подготовки поверхности изделия перед эмалированием, большая энергоемкость процессов и необходимость использования специализированного оборудования.

Из известных способов, наиболее близких по технической сущности, является способ получения отливки, включающий изготовление формы из песчаной смеси по модели, нанесение на поверхность формы противопригарного покрытия, а затем закрепление на поверхности формы предварительно отформованных из порошковых материалов пластин заданного состава, например из смесей порошков алюминия и оксида железа или железа, углерода и титана. В процессе заливки расплава в песчаную форму смесь порошков самопроизвольно горит с высокой скоростью и большим тепловыделением. В результате высокотемпературного синтеза на поверхности отливки формируется керамическая корочка, состоящая из частиц тугоплавких соединений, (карбиды, нитриды, оксиды и др.), защищающая отливку от воздействия высоких температур и агрессивных сред [РЖ. Технология машиностроения, Реф. 08-12-14 г. 99. Изготовление стальной отливки с керамической облицовкой путем высокотемпературного синтеза. B.S. Jin, Y.F. Jiao, G.Li. Key Engineering Materials 373-374 (2008) p 666-669].

Недостатками данного способа являются высокие температуры синтеза (более 2000°C), что вызывает подплавление поверхности песчаной формы, повышение шероховатости и снижение геометрической точности отливки, он также не позволяет получать на отливке однородное по составу и толщине сплошное покрытие, как это имеет место при эмалировании литых изделий.

Задачей изобретения является формирование на рабочих поверхностях отливок в процессе изготовления в песчаных литейных формах однородного по составу и толщине защитного эмалевого покрытия, стойкого в условиях высокотемпературной газовой коррозии.

Поставленная задача для достижения технического результата решается тем, что способ получения отливки, включающий изготовление формы из песчаной смеси по модели, нанесение на рабочую поверхность противопригарного покрытия, сборку формы и заливку ее жидким металлом отличается от известного способа тем, что на слой противопригарного покрытия наносят слой толщиной не более 5 мм из эмалевой керамической массы, температура плавления которой ниже температуры заливаемого металла, затем форму заливают металлом при температуре на 150-200°C выше температуры его плавления для достижения слоем эмалевой керамической массы температуры, достаточной для его смачивания расплавом, и формирования на отливке защитного эмалевого покрытия.

Согласно предлагаемому изобретению эмалевую керамическую массу в виде пасты наносят на ту часть формы, которая образует подвергаемую коррозии поверхность литой детали. Залитый в форму с заданным перегревом металлический расплав повышает температуру поверхностного слоя эмалевой керамической массы до значения 0,8 Т_пл металла. При этой температуре происходит растекание расплава и его проникновение в поры поверхностного слоя керамической массы, что создает промежуточный металлокерамический слой, обеспечивающий необходимую адгезионную прочность на границе покрытия с отливкой. Непропитанный металлом слой керамической массы прогревается за счет теплопроводности от затвердевающей отливки до температуры плавления и превращает его в компактное однородное по сечению эмалевое покрытие. Наличие на поверхности формы противопригарного покрытия предотвращает проникновение в поры формы расплава эмали, что обеспечивает высокое качество отливок и устраняет шероховатость ее поверхности.

Для получения качественного эмалевого покрытия на отливке требуется строгая регламентация температурных параметров процесса, которая заключается в следующем.

При заданных толщине слоя керамической массы, наносимого на форму, толщине отливки и перегрева сплава над ликвидусом менее чем 150°C, растекания и пропитки не происходит, так как поверхностный слой обмазки не прогревается до температуры 0,8 Т_пл. Кроме того, металл при меньшем перегреве обладает значительной вязкостью, что делает невозможным его проникновение в поверхностный слой керамической массы. В результате не достигается необходимая адгезионная прочность, и происходит отслоение эмалевого покрытия от отливки. Перегрев более чем 200°C приводит к значительной окисляемости расплава, преждевременному сплавлению керамического слоя, что отрицательно влияет на проникновение металлического расплава в поры керамической массы и на качество эмалевого покрытия на отливке.

Такое сочетание новых признаков с известными позволяет упростить получение отливок для металлических элементов электролизеров, тепловых агрегатов и других устройств, работающих в условиях высокотемпературной газовой коррозии.

Выбор материала для получения эмалевого покрытия на отливках зависит от условий их эксплуатации, в частности от их химической инертности по отношению к анодным газам, если отливки применяются в качестве чугунных секций газосборного колокола электролизера.

Пример осуществления предлагаемого способа.

Изготавливали отливку из чугуна СЧ 15 для секции газосборного колокола системы газоотсоса электролизера Содерберга. На поверхность песчаной формы нанесли слой графитовой противопригарной краски типа ГП 1 (ГОСТ 10772-78) толщиной 0,3 мм. После окраски форму просушивали и наносили слой эмалевой керамической массы толщиной 3-5 мм. Керамическая масса для формирования эмалевого покрытия имела следующий состав, мас.%: бой стекла - 60; глинозем - 15; оксид меди (Cu₂O) - 1; фтористый натрий (NaF) - 3; кварцевый песок - 17; глина - 4. Состав массы подобран таким образом, чтобы в результате ее расплавления на поверхности отливки формировался слой эмали, соответствующий по химическому составу альбиту NaAlSi ₃O₈, обладающему высокой химической стойкостью в среде анодных газов алюминиевого электролизера. В форму заливали жидкий чугун, перегретый на 150-200°C выше температуры плавления. В этих условиях поверхностный слой керамической массы прогревался до температуры 0,8 Т_пл чугуна, что делало возможным его растекание и проникновение в поры керамической обмазки. Добавки Cu₂O и NaF в состав керамической массы способствовали улучшению ее смачивания и пропитки расплавом чугуна. Непропитанный слой керамической обмазки прогревался за счет теплопроводности от затвердевающей отливки и при охлаждении превращался в компактное коррозионностойкое эмалевое покрытие. Отливки с эмалевым покрытием толщиной 3 мм были подвергнуты опытно-промышленным испытаниям на Красноярском алюминиевом заводе. Испытание проходило в течение 30 суток на работающем электролизере. Установлено, что за этот период эмалевое покрытие надежно защищало от коррозии чугунные секции газосборного колокола электролизера Содерберга.

Предлагаемый способ обеспечивает технической эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Его реализация для приведенного выше примера позволяет повысить стойкость отливок из чугуна с антикоррозионным эмалевым покрытием, работающих в условиях высокотемпературной газовой коррозии в 1,5 раза, заменить дорогие высокохромистые чугуны типа ЖЧХ 20 ЖЧХ 30 на более простые и дешевые серые чугуны типа СЧ 15 СЧ 35, а также снизить трудоемкость эмалирования железоуглеродистых сплавов исключением термической обработки, применяемой при обычных способах эмалирования для защиты литых деталей от высокотемпературной коррозии, и энергозатраты на плавку серых чугунов вместо сложнолегированных чугунов.