Способ получения отливок направленной кристаллизацией

 

Использование: отливка деталей из жаропрочных сплавов. Сущность изобретения: способ включает нагрев в печи подогрева литейной оболочковой формы, заливку в нее жидкого металла и последующую направленную кристаллизацию металла в форме за счет одностороннего теплоотвода от донной части холодильником и последовательного бокового охлаждения в процессе постепенного извлечения формы из печи в зону охлаждения потоком окружающего воздуха в зазоре между кольцевым газовым коллектором и литейной формой за счет его всасывания через кольцевой коллектор. При этом скорость воздуха в зазоре рекомендуется в пределах 10-12 м/с. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 22 0 27/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ОО

0 Q0

> (21) 4838412/02 (22) 12.06.90 (46) 15.01.93. Бюл. М 2 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) М, Я. Пекарский, Л. Г. Панюхно, А, А.

Фокин и Е. В, Крыжановский (56) Патент Японии йт 53-57127, кл, В 22 0 . 15/00, 1978. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ (57) Использование; отливка деталей из жаропрочных сплавов. Сущность изобретения:

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в литье по выплавляемым моделям, Известны способы получения отливок направленной кристаллизацией, в которых, с целью интенсификации процесса охлаждения, нагретую форму с металлом погружают с определенной- скоростью в расплав металла, имеющего более низкую температуру, чем температура затвердевания отливки, или в псевдоожиженный слой.

Недостатком этих способов является сложность конструкций устройств для их реализации: необходимы емкости для жидкого металла, нагреватели и холодильники для поддержания определенной температуры охладителя, механизмы погружения формы в расплав или "кипящий" слой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ направленного зэтвердевэния от„„. Ж„„1787б78 А1 способ включает нагрев в печи подогрева литейной оболочковой формы, зэливку в нее жидкого металла и последующую направленную кристаллизацию металла в форме зэ счет одностороннего теплоотвода от донной части холодильником и последовательного бокового охлаждения в процессе постепенного извлечения формы из печи в зону охлаждения потоком окружающего воздуха в зазоре между кольцевым газовым коллектором и литейной формой за счет его всасывания через кольцевой коллектор. При этом скорость воздуха в зазоре рекомендуется в пределах 10 — 12 м/с. 1 з. и, ф-лы, 1 ил. ливки в форме, в котором после заливки металла в нагретую форму в кольцевую камеру, расположенную вокруг нижней части формы, подается инертный газ для охлаждения отливки в этой зоне, Охлаждающее кольцо с газом перемещается, обеспечивая градиент температур, необходимый для направленного затвердевания металла.

Недостатком этого способа является то, что для создания достаточной скорости газового потока, требуется значительный расход сравнительно дорогого инертного газа. Кроме того, создаются неблагоприятные условия для работы обслуживающего персонала, так как из применяемых в качестве инертной среды газов аргон вреден для здоровья, а азот, попадая в печь и нагреваясь, образует окислы вида NO, также весьма опасные для человека, 1787678

Целью настоящего изобретения является снижение материальных затрат на производство отливок.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем нагрев в печи подогрева литейной оболочкой формы, заливку в нее жидкого металла и последующую направленную кристаллизацию металла в форме за счет одностороннего теплоотвода от донной части поддоном-холодильником и последовательного бокового охлаждения в процессе постепенного извлечения формы иэ печи подогрева s зону охлаждения потоком холодного газа в зазоре между кольцевым газовым коллектором и литейной формой, боковое охлаждение формы B зазоре ведут потоком окру>кающего воздуха за счет его всасывания через кольцевой коллектор.

Способ бокового охлаждения формы потоком окружающего воздуха, всасываемого через кольцевой коллектор, позволяет исключить попадание окислителя в рабочее пространство печи и сохранить имеющуюся там восстановительную атмосферу, необходимую для получения качественной отливки и увеличения срока службы деталей из графита, На чертеже изображена установка для направленной кристаллизации, снабженная кольцевым холодильным коллектором.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В подогревательную индукционную печь 1, состоящую из индуктора 2, концентратора тепла из боросилицированного графита 3, слоя 4 теплоизоляции между ними, устанавливали электрокорундовую литейную форму 5, имеющую овальный фланец, на графитовую опорную подставку с овальным отверстием 6, имеющим большие размеры, чем фланец формы, Аналогичные отверстия имеются в огнеупорном кольце и металлическом листе(чертеж). В приемную чашу формы помещали шихтовую заготовку из стали ВНЛ-6. Форму нагревали до 1450 С и после начала плавления металла опускали вместе с печью на поддон — холодильник 7. Контроль температуры осуществлялся оптическим датчиком 8, свизированным на приемную чашу с металлом, После полной заливки металла в форму, опирающуюся на поддон — холодильник, послецний поворачивали на 90 до совмещения больших осей фланца формы и овальных отверстий в подставке, огнеупорном кольце и металлическом листе. Форма оставалась на поддоне, а печь поднимали с переменной скоростью в соответствии с конфигурацией отливки. При этом печь двигалась при помощи привода 9 по направляизвлечения из печи форма попадала в коль5 . цевой коллектор с отверстиями на боковой

40 ющим 10 опорных колонн 11, внутри которых размещены контргрузы 12 для компенсации массы печи, По мере постепенного поверхности с диаметром, равным длине большой оси отверстия в подставке 13, включался отсасывающий насос 14, и воздушный поток со скоростью 10 — 12 м/с засасывался из окружающей среды в зазор между формой и кольцевым коллектором, охлаждая боковую поверхность формы. При этом воздух не поступал в рабочее пространство печи, где сохранялась требуемая восстановительная атмосфера (около 30%

CO и 1 — 5% Н ), Интенсификация теплоотдачи от формы за счет увеличения конвективной составляющей до 55 — 60 Вт/м С позволила повысить среднюю скорость затвердевания до 15 ммl мин. Продолжительность затвердевания отливки массой 40 кг и высотой 300 мм составила 20 мин.

По сравнению с прототипом использование предлагаемого способа получения отливок позволило заменить сравнительно дорогостоящий инертный газ, требующийся в значительных количествах для интенсификации охлаждения формы, воздухом. Зто позволяет снизить материальные затраты на производство отливок, Кроме того, отказ от использования для интенсификации охлаждения отливки инертного газа позволил улучшить условия работы обслу>кивающего персонала, так как из используемых в промышленности инертных газов аргон вреден для здоровья, а азот, нагреваясь, образует окислы вида NOx, также опасные для человека, Оценим ориентировочно требуемый расход инертного газа для охлаждения цилиндрической отливки диаметром 150 мм высотой 300 мм в форме из электрокорунда толщиной 10 мм, Тепло, которое нужно отобрать у формы

Q y=Vy p g Сф(1ф, нач ф, кон), где Vy — объем, см; р ф — плотность, г/см; з, з, С > -- средняя удельная теплоемкость, кДж/(к г С); тф, — средняя температура нагретой формы, С; тф,кон — средняя температура формы после полного эатвердевания металла.

О,р=1684 2,35 ° 1,9 ° (1400-1000)=-3000 кДж.

1787678

Q =QM+Qy=23780 кДж

Ое т" бок Х

Расход газа на плавку

Вп=0,087к 20 <60=104 M цлуч Со Е ф() 30

Яконв а.pHa— тф тпот

Тепло, которое нужно отобрать у металла:

О.=VM ° Р. С.(t3 tM, )+Ч;Р . где VM — объем, см; р — плотность, r/см; з, 3.

CM — средняя теплоемкость, кДж/(кг С); 5

t3 — температура заливки металла, С, tM,êpH — средняя температура металла после полного затвердевания, С.

Qм= 4300 7,85 0,67(1550 — 1200)+5300" к7,85 > 265=20780 кДж, 10

Общее количество теплоты

Требуемый средний тепловой поток 15 где Гбок боковая поверхность формы, м; 20

2. — время зэтвердевания, час; принято 20 мин.

23780 1000

q 0 16 20 60 =124000 Вт/м .

Тепловые потери излучением где Со — коэффициент излучения абсолютно черного тела Вт/ 2 ОК4 е ф — степень черноты формы;

Тф — средняя температура формы в пе- 35 риод затвердевания;

Цлуч=5 76 0 8(100 + 273 )4= 66700

Вт/м 40

Тепло, которое нужно отобрать потоком газа

Цконв=124000 — 66700=57300 Вт/м

Требуемая скорость потока коэффици- 45 ент теплоотдачи конвекцией где пот — средняя температура потока, принята 50 С

Gypped 1100 -50 55 Вх /м C

Р

Этому а,онв соответствует скорость потока 10 м/с (Расчет нагревательных и термических печей, Справочник под редакцией В, М, Тымчака и В. Л. Гусовского, М., Металлургия, 1983, с. 181), Расход потока инертного газа, Площадь щелевого канала между формой и камерой охлаждения Я,тел= тг (Я— г2)=3,14(0;1 — 0,085 )=0,0087 м

Расход газа

В=Ящели" Япот=0,0087 10=0,087 м /с

Таким образом, при производстве одной отливки экономия инертного газа составляет 104 м .

Формула изобретения . 1. Способ получения отливок направленной кристаллизацией, включающий нагрев в печи подогрева литейной оболочковой формы, заливку в нее жидкого металла и последовательную направленную кристаллизацию металла в форме путем одностороннего теплоотвода от донной части поддоном-холодильником и последовател ьного бокового охлаждения в процессе постепенного извлечения формы из печи подогрева в зоне охлаждения потоком холодного газа в зазоре между кольцевым газовым коллектором и литейной формой, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения материальных затрат на производство отливок, боковое охлаждение формы в зазоре потоком окружающего воздуха ведут путем его всасывания через кольцевой коллектор, 2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что боковое охлаждение форму зазоре ведут потоком окружающего воздуха со скоростью 10 — 12 м/с, 1787678

Составитель М.Пекарский

Техред M.Mîðãåíòàë K0PPeKToP H К,р,ль

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 32 Тираж Подписное"

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5