Способ получения отливки
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в строительной промышленности для получения композиционных конструкций. На поверхность модели или постоянной формы наносят слой из смеси раздробленного высокоглиноземистого огнеупора с температурой плавления 1800-1850°С и бентонитовой глины с криолитом, температура плавления которых ниже 1000°С. В форму заливают жидкий чугун при температуре 1420°С. При заливке жидкий чугун выплавляет глину и криолит и проникает между более тугоплавкими зернами огнеупора. При затвердевании чугун прочно связывает зерна огнеупора. На поверхности отливки образуется слой композиционного материала. Основная часть отливки имеет высокую механическую прочность, а поверхностный слой защищает отливку от воздействия высоких температур и агрессивных сред. Обеспечивается снижение трудоемкости процесса получения отливок в 2-3 раза, уменьшение энергетических, материальных и финансовых затрат.
Предлагаемый способ относится к металлургии и может быть применен в литейном производстве для получения отливки.
Известен способ получения отливки, включающий изготовление формы из песчаной смеси по модели и заливку в собранную форму жидкого металла (Гринберг Б.Г., Юдин С.Т. Основы литейного производства. - М.: Трудрезервиздат, 1958, с.74-80). Этим способом получают отливки с малой теплостойкостью поверхностного слоя. При необходимости применения отливок для работы при температурах выше 700°С в формы заливают специальные легированные металлические сплавы или на металлические изделия наносят дорогостоящими способами покрытия (Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н.Арзамасов, В.А.Брострем, Н.А.Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н.Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - c.419-423, 474-498). Недостатками этих способов являются высокая стоимость легирующих материалов и нанесения покрытий, большая энергоемкость процессов, трудность регулирования толщины покрытий, их огнеупорности, теплостойкости и прочности изделий.
Из известных, наиболее близким по технической сущности, является способ получения отливки, включающий изготовление формы из песчаной смеси по модели, когда на поверхность модели наносят сначала облицовочный слой, а затем засыпают наполнительную смесь, и все это уплотняют, извлекают модель из формы, форму окрашивают или присыпают противопригарными веществами, производят сборку формы и заливают в форму жидкий металл (Литейное производство. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1987, с.84-86). Этот способ также имеет недостатки. Он не позволяет получать отливки с теплостойкой поверхностью. На поверхности отливок не образуется слой разнородных композиционных материалов, который служил бы защитой металла от воздействия высоких температур и агрессивных сред.
Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение и снижение трудоемкости создания на поверхности отливки слоя разнородных композиционных материалов, защищающих металл от воздействия высоких температур и агрессивных сред, уменьшение затрат на процесс образования защитного слоя на поверхности металла отливки.
На основе исследований предлагается способ получения отливки, включающий изготовление формы и заливку в собранную форму жидкого материала, который отличается от известного способа тем, что поверхностный слой формы выполняют требуемой толщины из зернистого материала, температура плавления которого выше температуры плавления заливаемого материала, в смеси с материалом, температура плавления которого ниже температуры плавления заливаемого материала, а затем заливают в форму жидкий материал, выплавляют им менее тугоплавкий материал между более тугоплавкими зернами поверхностного слоя, связывают затвердевающим материалом тугоплавкие зерна и образовывают на поверхности отливки слой разнородных композиционных материалов.
Согласно предлагаемому изобретению осуществляют нанесение на поверхность модели или на поверхность постоянной формы, например, металлической формы, слой зернистого материала высокой огнеупорности, например, раздробленных высокоглиноземистых огнеупоров, кварцита, циркона, рутила, хромомагнезита, хромита, муллита, шамота, в смеси с материалом низкой огнеупорности, например, легкоплавкими глинами, криолитом, солями, стеклами, легкоплавкими металлами и сплавами в виде порошков. В эти материалы добавляют крепители, которые должны быть легкоплавкими. Материалы поверхностного слоя формы могут быть крупнозернистыми и мелкозернистыми, неметаллическими и металлическими. Зернистость материалов может быть неодинаковой, если это требуется по условиям использования отливок. Толщина слоя, величина, форма зерен и состав могут быть одинаковыми и неодинаковыми в разных местах формы в зависимости от предъявляемых требований. Заливаемый в форму материал может быть металлом или неметаллом, чугуном, сталью, медными, алюминиевыми, титановыми сплавами, расплавленными керамическими материалами и шлаком, а также материалом, который применяется для производства каменного литья. При заливке в форму жидкий материал своим теплом выплавляет менее тугоплавкий материал между более тугоплавкими зернами поверхностного слоя, проникает в образующиеся зазоры между тугоплавкими зернами, затвердевает и прочно связывает эти зерна. На поверхности отливки образуется слой разнородных композиционных материалов. При этом основная часть отливки может иметь высокую механическую и строительную прочность, а поверхностный слой отливки будет защищать металл от воздействия высоких температур и агрессивных сред, будет износостойким.
Такое сочетание новых признаков с известными позволяет упростить получение отливок для химических аппаратов, печей, строительных конструкций, тепловых агрегатов, водопроводов, канализационных устройств.
Предложенный способ является простым по осуществлению, не трудоемким, энергосберегающим, безопасным, экологически чистым.
Выбор материалов для получения поверхностного слоя отливки обусловлен назначением отливки, условиями ее эксплуатации. Если отливка предназначена для работы в условиях высоких температур, то применяются высокоогнеупорные (оксиды кремния, алюминия, титана, хрома, магния) зернистые материалы для получения поверхностного композиционного слоя. Материалом, связывающим зерна, может быть чугун или сталь. При производстве литья из сплавов алюминия зерна поверхностного слоя могут быть в виде битого стекла, гранул шлака, чугунной дроби, а также в виде зерен тугоплавких оксидов, боридов и их смесей. Расплавленные алюминиевые сплавы, выплавляя легкоплавкий материал (криолит, соли) между более тугоплавкими зернами, связывают тугоплавкие зерна, причем в поверхностном слое отливки часть алюминия, может образовывать тугоплавкий оксид алюминия.
Пример осуществления предлагаемого способа.
Изготавливали отливку для двери камерной термической печи. На поверхность формы нанесли слой толщиной 20 мм из смеси раздробленного высокоглиноземистого огнеупора, температура плавления которого была 1800-1850°С, и бентонитовой глины с добавлением криолита, температура плавления которых была ниже 1000°С. В форму заливали жидкий чугун при его температуре 1420°С. Жидкий чугун выплавил легкоплавкую глину и криолит, которые прошли через жидкий металл, всплыли и были удалены из формы через выпоры. Затвердевший между тугоплавкими зернами металл прочно связал тугоплавкие частицы и образовал "шубу", то есть шершавый огнеупорный поверхностный слой композиционных материалов. Были получены жаростойкие отливки простым, дешевым эффективным способом, вместо ранее применявшихся дорогих и недолговечных отливок из легированных хромом чугунов, которые необходимо было со стороны печного пространства обкладывать огнеупорным кирпичом, что повышало трудоемкость такой защиты и требовало использования дорогого шамотного или высокоглиноземистого кирпича.
Были также получены предлагаемым способом отливки из алюминиевых сплавов с защитным поверхностным слоем из раздробленных шамотных изделий. Эти отливки были предназначены для работы в условиях воздействия на поверхностный слой движущихся порошкообразных веществ с повышенной температурой. Долговечность этих отливок была высокой. Такие отливки были в 3-4 раза дешевле, чем композиционные отливки с созданием защитного слоя известными способами.
Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств.
При использовании предлагаемого способа снижается трудоемкость в 2-3 раза, уменьшаются затраты на осуществление процесса, энергию и материалы в 5-7 раз по сравнению с известными способами.
Предлагаемый способ позволяет широко использовать металло-неметаллические композиционные конструкции в строительной индустрии. Например, можно производить стены зданий из прочных металлических отливок, поверхностный слой которых будет неметаллическим, теплоизоляционным, износостойким.
Способ получения отливки, включающий выполнение поверхностного слоя формы из смеси зернистого материала, температура плавления которого выше температуры плавления заливаемого материала, и материала, температура плавления которого ниже температуры плавления заливаемого материала, заливку в форму жидкого материала, расплавление заливаемым материалом менее тугоплавкого материала и связывание зерен тугоплавкого материала с образованием на поверхности отливки слоя из разнородных материалов, отличающийся тем, что на поверхность формы наносят слой толщиной 20 мм из смеси раздробленного высокоглиноземистого огнеупора, температура плавления которого 1800-1850°С, и бентонитовой глины с добавлением криолита, температура плавления которых ниже 1000°С, и в форму заливают жидкий чугун при температуре 1420°С.
