Стержень для получения полых слитков

 

Изобретение относится к литейному производству. Стержень содержит полый корпус, основание, центральный элемент-холодильник, деформируемые элементы и огнеупорное покрытие. Деформируемые элементы выполнены в виде обечайки, расположенной с зазором вокруг корпуса и состоящей из продольных секций. Две диаметрально противоположные секции соединены внахлест с соседними секциями. Поверхности их соединения расположены по поперечной оси секции. Между секциями образованы продольные пазы, суммарная ширина которых по внешнему периметру обечайки превышает линейную усадку заливаемого сплава в 1,3-1,5 раза. С внешней стороны обечайки пазы заполнены огнеупорной смесью. С внутренней стороны пазы и зазор между обечайкой и корпусом заполнены легкоплавким материалом. Величина зазора превышает линейную усадку слитка в радиальном направлении в 1,5-1,7 раза. Это обеспечивает свободное перемещение секций под действием усадочных деформаций слитка в радиальном направлении. Деформация обечайки исключается за счет расплавления гранул в зазоре. Свободное протекание усадочных деформаций в слитке обеспечивает получение слитков без усадочных трещин с требуемой геометрической формой. 2 ил.

Изобретение относится к литейному производству, в частности, к изготовлению полых слитков в металлических формах.

Известен стержень для получения полого слитка, содержащий цельную полую обечайку и сердечник, размещенный в ней с кольцевым зазором, сообщенный с источником охлаждающего агента (акц. заявка Японии 50-28898, кл. B 22 D 25/00, 1975 г.).

Применение данного стержня для получения полых слитков приводит к образованию в них усадочных трещин и искажению геометрии отверстия из-за выпучивания внутрь обечайки от нагрева и действия металлостатического давления жидкого металла. Обечайка и сердечник (при заклинивании его обечайкой) из слитка не могут быть извлечены. Использование пустотелой обечайки с увеличенной толщиной стенки для обеспечения прочности по отношению к металлостатическому давлению приводит к поражению полого слитка усадочными трещинами из-за затрудненной усадки корочки затвердевшего вокруг стержня металла, и из слитка обечайка не извлекается.

Известен также стержень для получения полого слитка, содержащий полый корпус, выполненный на рабочей поверхности многогранным, с гранями, вогнутыми внутрь, основание и центральный элемент-холодильник. Отношение периметра рабочей поверхности полого корпуса в поперечном сечении к длине окружности, описанной вокруг его граней, равно 1,02-1,03, а стрела прогиба грани равна 1-3 мм при отношении ширины грани к стреле прогиба, равном 8-10 (Авт. св. СССР 1766596, кл. B 22 D 7/04, БИ 37, 1992 г.).

Применение данного стержня для получения полых слитков без усадочных трещин требует точного выполнения сложной рабочей поверхности стержня, что трудно выполнимо при нанесении на его поверхность защитного огнеупорного покрытия, и может быть уменьшена стрела прогиба, что приведет к появлению усадочных трещин. Гарантированное увеличение стрелы прогиба против требуемой величины приводит к искажению геометрии отверстия в полом слитке и получению многоугольника с вогнутыми гранями.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стержень для получения полого слитка, содержащий полый корпус, основание, центральный элемент-холодильник, продольные деформируемые элементы, установленные на рабочей поверхности корпуса и имеющие в поперечном сечении форму дуги, концы которой расположены в продольных пазах, имеющих в поперечном сечении форму ласточкиного хвоста (Патент РФ 2060096, кл. B 22 D 7/04, 15/00, БИ 14, 1996 г.).

Применение данного стержня для получения полых слитков без усадочных трещин требует изготовления сложной рабочей поверхности полого корпуса стержня (наличие продольных пазов, имеющих в поперечном сечении форму ласточкиного хвоста). Возможна деформация элементов, установленных в пазах, под действием температуры и металлостатического давления жидкого металла до начала протекания усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла (отсутствует подложка у деформируемых элементов), что приведет к поражению полого слитка усадочными трещинами. Извлечение деформируемых элементов из пазов полого корпуса стержня для многократного его использования представляет определенные трудности, и при этом возможно искажение геометрии пазов. Кроме того, наличие воздушного зазора между деформируемыми элементами и полым корпусом уменьшает интенсивность отвода теплоты от затвердевающего вокруг стержня металла в зоне деформируемых элементов. Это может привести к тому, что количество теплоты, поступающей к деформируемому элементу со стороны затвердевающего вокруг него металла, будет больше количества теплоты, которое способен воспринять стержень в этой зоне, что приведет к повышению температуры, размягчению и деформации деформируемых элементов под действием металлостатического давления еще до начала протекания усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла, что будет способствовать образованию усадочных трещин в полом слитке.

Задачей изобретения является упрощение конструкции полого корпуса стержня, повышение надежности работы стержня, исключающей возможность поражения полого слитка усадочными трещинами, многократность применения полого корпуса стержня.

Техническим результатом изобретения является возможность использования толстостенных металлических стержней для формирования в слитках полостей требуемой геометрической формы в поперечном сечении, исключающем поражение полостей в слитках усадочными трещинами.

Технический результат достигается тем, что стержень для получения полых слитков, содержащий полый корпус, основание, центральный элемент-холодильник, деформируемые элементы и огнеупорное покрытие, содержит деформируемые элементы, выполненные в форме тонкостенной обечайки, расположенной с зазором вокруг полого корпуса и состоящей из отдельных продольных секций с возможностью их радиального перемещения, причем две диаметрально противоположные секции соединены внахлест с двумя соседними диаметрально противоположными по поверхности, образованной поперечными и продольными осями по толщине секций с формированием продольных пазов между секциями с внешней и внутренней сторон обечайки, суммарная ширина которых превышает величину линейной усадки материала слитка по внешнему периметру обечайки в ее поперечном сечении в 1,3-1,5 раза, при этом продольные пазы с внешней стороны обечайки заполнены податливой огнеупорной смесью, а с внутренней стороны и зазор между обечайкой и полым корпусом заполнены гранулами легкоплавкого материала с возможностью его перемещения после расплавления по высоте зазора в сливную кольцевую емкость под действием усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла, причем зазор между обечайкой и полым корпусом превышает линейную усадку материала слитка в радиальном направлении в 1,5-1,7 раза.

Зазор между обечайкой и полым корпусом служит для свободного перемещения обечайки в радиальном направлении под действием усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла, при этом выполнение величины зазора ниже нижнего предела не исключает возможность заклинивания обечайки с полым корпусом, а выполнение зазора выше верхнего предела увеличивает сопротивление перемещению обечайки в радиальном направлении, связанное с вытеснением расплава легкоплавкого материала, находящегося в зазоре, в сливную кольцевую полость и увеличивает сопротивление тепловому потоку от затвердевающего слитка к полому корпусу.

Наличие продольных пазов между секциями обечайки с ее внешней и внутренней сторон при соединении секций внахлест необходимо для свободного перемещения секций обечайки по ее периметру в поперечном сечении под действием усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла путем уплотнения податливой огнеупорной смеси в пазах с внешней стороны обечайки и вытеснения расплава легкоплавкого материала из пазов с внутренней стороны обечайки. Выполнение суммарной ширины пазов ниже нижнего предела не исключает заклинивание секций обечайки между собой, а выполнение суммарной ширины пазов выше верхнего предела нецелесообразно из конструктивных соображений изготовления обечайки и уменьшения теплового потока от слитка к стержню в зоне соединения секций.

Заполнение зазора между обечайкой и полым корпусом гранулами легкоплавкого материала исключает возможность деформации обечайки под действием металлостатического давления и температуры жидкого металла до образования вокруг стержня слоя затвердевшего металла. Под действием температуры залитого металла гранулы легкоплавкого материала расплавляются и между обечайкой и полым корпусом образуется жидкий легкоплавкий материал, который продолжает служить подложкой для обечайки. Наличие жидкого легкоплавкого материала между обечайкой и полым корпусом в процессе всего периода затвердевания слитка увеличивает интенсивность теплообмена между затвердевающим слитком и стержнем, так как теплопроводность жидкого легкоплавкого материала на порядок больше его теплопроводности в твердом состоянии. При этом прослойка жидкого легкоплавкого материала между обечайкой и полым корпусом не препятствует перемещению обечайки в радиальном направлении под действием усадочных деформаций в затвердевающем вокруг стержня слое металла, так как происходит его вытеснение в сливную кольцевую полость.

Таким образом, уменьшение диаметра стержня под действием усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла происходит путем перемещения секций обечайки в радиальном направлении за счет уменьшения ширины продольных пазов с внешней и внутренней сторон обечайки и величины зазора между обечайкой и полым корпусом без искажения геометрической формы внешней поверхности обечайки, формирующей полость в слитке. Ширина продольных пазов на внешней стороне обечайки уменьшается за счет деформации податливой огнеупорной смеси, которой заполнен паз, а на внутренней стороне обечайки величина зазора между обечайкой и полым корпусом - за счет вытеснения жидкого легкоплавкого материала из зазора в сливную кольцевую полость.

На фиг.1 изображен стержень для получения полых слитков, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез.

Стержень состоит из полого корпуса 1, основания 2, центрального элемента-холодильника 3, деформируемых элементов 4, огнеупорного покрытия 5 (фиг. 1). Деформируемые элементы 4 выполнены в форме тонкостенной обечайки, расположенной с зазором 6 вокруг полого корпуса 1 и состоящей из отдельных продольных секций 7 и 8 (фиг.2) с возможностью их радиального перемещения, причем две диаметрально противоположные секции 7 соединены внахлест с двумя соседними диаметрально противоположными секциями 8 по поверхности 9, образованной поперечными 10 и продольными 11 осями по толщине стенок секций с формированием продольных пазов 12 и 13 между секциями обечайки с ее внешней и внутренней сторон соответственно, суммарная ширина которых превышает величину линейной усадки заливаемого металла по внешнему периметру обечайки в ее поперечном сечении в 1,3-1,5 раза, при этом продольные пазы 12 с внешней стороны обечайки заполнены податливой огнеупорной смесью 14, а с внутренней стороны (паз 13) и зазор 6 между обечайкой и полым корпусом заполнены гранулами 15 легкоплавкого материала с возможностью после его расплавления перемещения по высоте зазора 6 в сливную емкость 16, причем зазор 6 между обечайкой и полым корпусом превышает линейную усадку металла слитка в радиальном направлении в 1,5-1,7 раза.

Зазор 6 между обечайкой 4 и полым корпусом 1 (фиг.2) служит для свободного перемещения обечайки в радиальном направлении, при этом выполнение величины зазора ниже нижнего предела не исключает возможность заклинивания обечайки с полым корпусом, а выполнение зазора выше верхнего предела увеличивает сопротивление перемещению обечайки в радиальном направлении и увеличивает сопротивление тепловому потоку от затвердевающего слитка к полому корпусу.

Наличие продольных пазов 12 и 13 (фиг.2) между секциями обечайки необходимо для свободного перемещения секций обечайки по ее периметру в поперечном сечении для обеспечения перемещения обечайки в радиальном направлении под действием усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла.

Заполнение зазора 6 и продольного паза 13 (фиг.2) гранулами легкоплавкого материала исключает возможность деформации обечайки под действием металлостатического давления и температуры жидкого металла до образования вокруг стержня слоя затвердевшего металла. После расплавления гранул легкоплавкого материала под действием температуры затвердевающего слитка он продолжает служить подложкой для обечайки в течение всего периода затвердевания слитка, способствуя увеличению интенсивности теплообмена между затвердевающим слитком и стержнем. При этом прослойка жидкого легкоплавкого материала между обечайкой и полым корпусом не препятствует перемещению обечайки в радиальном направлении, так как происходит его вытеснение в сливную кольцевую полость 16 (фиг.1).

Положение секций обечайки в исходном положении фиксируется в основании 2 стержня и кольцом 17 в его верхней части (фиг.1), при этом внешняя сторона обечайки образует требуемую геометрическую форму, соответствующую полости в слитке.

Стержень работает следующим образом.

При заливке формы металлом гранулы легкоплавкого материала 15 в зазоре 6 между обечайкой 4 и полым корпусом 1 препятствуют перемещению секций 7 и 8 обечайки в радиальном направлении под действием металлостатического давления жидкого металла (фиг.2). Под действием теплового потока от затвердевающего слитка к стержню гранулы легкоплавкого материала расплавляются и жидкий легкоплавкий материал заполняет зазор 6 между обечайкой и полым корпусом, способствуя более интенсивному отводу теплоты от затвердевающего слитка к полому корпусу 1 стержня. При этом создаются условия для перемещения обечайки в радиальном направлении под действием усадочных деформаций в затвердевшем вокруг стержня слое металла путем вытеснения жидкого легкоплавкого материала в сливную кольцевую полость 16, что обеспечивает полное свободное протекание усадочных деформаций в затвердевающем слитке. После окончания процесса затвердевания слитка производится извлечение центрального элемента-холодильника 3, полого корпуса 1, при этом жидкий легкоплавкий материал сливается в поддон 2. После чего извлекаются секции 8, затем секции 7 обечайки.

Применение данных стержней позволяет получать в слитках полости требуемой геометрической формы и размеров и исключает возможность поражения слитков усадочными трещинами.

Формула изобретения

Стержень для получения полых слитков, содержащий полый корпус, основание, центральный элемент-холодильник, деформируемые элементы и огнеупорное покрытие, отличающийся тем, что деформируемые элементы выполнены в форме тонкостенной обечайки, расположенной с зазором вокруг полого корпуса и состоящей из отдельных продольных секций, выполненных с возможностью их радиального перемещения, причем две диаметрально противоположные секции соединены внахлест с двумя соседними диаметрально противоположными секциями по поверхности, расположенной по поперечной оси секции, с формированием продольных пазов между секциями с внешней и внутренней сторон обечайки, суммарная ширина которых превышает величину линейной усадки материала слитка по внешнему периметру обечайки в ее поперечном сечении в 1,3-1,5 раза, при этом продольные пазы с внешней стороны обечайки заполнены податливой огнеупорной смесью, а продольные пазы с внутренней стороны обечайки и зазор между обечайкой и полым корпусом заполнены гранулами легкоплавкого материала, причем зазор между обечайкой и полым корпусом превышает линейную усадку материала слитка в радиальном направлении в 1,5-1,7 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2