Способ формирования трубной заготовки

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.

 

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/м3 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/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. 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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к литейному производству, в частности к центробежному способу литья биметаллических заготовок с осевой полостью, например мелющих валков, применяемых в пищевой промышленности - мукомольной (размол зерен пшеницы и ржи), пивоваренной (размол солода), кондитерской (размол кофе, какао бобов) и др.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к центробежному литью чугунных валков. .

Изобретение относится к способам центробежного литья металла В 22 D 13/10 и позволяет быстро изменять форму при конвейерном изготовлении корпусов средств транспорта и более простых конструкций как в единичном, так и во многих экземплярах.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к центробежному литью чугунных валков. .

Изобретение относится к литейному производству, в частности к центробежному литью крупных заготовок, например прокатных валков. .

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к получению отливок методом центробежного литья. .

Изобретение относится к литейному производству и предназначено для изготовления отливок центробежным способом. .
Изобретение относится к литейному производству

Изобретение относится к космической технологии и может быть применено для изготовления бесшовных цилиндрических оболочек, используемых в качестве основы для строительства жилых, производственных и складских помещений

Изобретение относится к технологии центробежного литья заготовок

Изобретение относится к области изготовления тонкостенных высокопрочных корпусов с использованием электрошлаковой технологии получения стальных трубных заготовок с тонкой стенкой

Изобретение относится к обработке металлов давлением и металлургии сплавов на основе алюминия, в частности к способам изготовления кольцевых полуфабрикатов, и может быть использовано в машиностроении для получения цельных полуфабрикатов в виде крупногабаритных втулок (бандажей), т.е

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при отливке тонкостенных труб из сложнолегированного жаростойкого жаропрочного сплава 50Х32Н43В5С2Б2, в частности труб диаметром 0,076-0,159 м, толщиной стенки 0,008-0,014 м и длиной 3,0 м. На внутреннюю поверхность формы наносят теплоизоляционный материал слоем толщиной 0,0007-0,0012 м. Выпущенный из печи в ковш металл заливают в форму, нагретую до температуры 150-250°C и вращающуюся со скоростью, соответствующей величине гравитационного коэффициента, равного 70-160, на внутренней поверхности отливки. Выпуск металла из печи в ковш производят при температуре в пределах [Тлик+k1⋅(1695-Тлик)]°C, где Тлик - температура ликвидуса металла, k1 - эмпирический коэффициент, равный 0,78…1,00. Заливку металла в форму осуществляют с массовой скоростью 8-16 кг/с и температурой в пределах [Tлик+k2⋅(1595-Tлик)]°C, где k2 – эмпирический коэффициент, равный 0,77…1,00. Обеспечивается получение труб с плотной и однородной структурой, обладающих высокими кратковременными и длительными механическими характеристиками. 3 табл.

Изобретение относится к составным валкам, используемым при прокатке. Центробежнолитой составной валок содержит внешний слой, полученный из чугуна, содержащего, мас.%: 2,7-3,5 C, 1,5-2,5 Si, 0,4-1,0 Mn, 3,7-5,1 Ni, 0,8-2,2 Cr, 1,5-4,5 Mo, 2,0-4,5 V и 0,5-2,0 Nb, остальное Fe и неизбежные примеси, причем массовое отношение Nb/V составляет 0,18-0,65, а массовое отношение Mo/V составляет 0,7-2,5, при этом структура чугуна включает в расчете на площадь 15-45% фазы цементита и 1-10% фазы графита, и внутренний слой, полученный из ковкого чугуна, металлургически связанного с внешним слоем; при этом подходящая для использования при прокатке область внешнего слоя глубиной, составляющей 10 мм и более, от поверхности не содержит сегрегированных дендритов бейнита и/или мартенсита, имеющих диаметры, составляющие 1,5 мм и более. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 табл., 7 ил.

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению электродов из сплавов на основе алюминида титана. Способ включает получение литого интерметаллидного полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси при следующем соотношении компонентов, вес.%: целевой состав 57,5 - 62,0, энергетическая добавка 35,0-40,0, флюс CaF2 2,5-5,0, и последующий вакуумный индукционный переплав полученного полуфабриката в медном водоохлаждаемом тигле с введением в расплав за 1-2 минуты до его разливки в кристаллизатор порошковой лигатуры, состоящей из прессованной смеси алюминия с нанопорошком с удельной поверхностью 5÷30 м2/г, в количестве, обеспечивающем содержание 0,5-7 об.% нанопорошка в расплаве, при этом в качестве целевого используют смесь порошков TiO2, Ti, Al, Ca, Nb2O5 и Cr2O3, а в качестве энергетической добавки смесь порошков CaO2 и Al. Изобретение позволяет разработать интегральную технологию получения электродов из сплавов на основе алюминида титана путем центробежной атомизации материала электродов и получения гранул для аддитивных 3d-технологий спекания сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов. 2 з.п. ф-лы, 10 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области изготовления биметаллических втулок и подшипников скольжения с антифрикционным покрытием. Способ включает изготовление стальной заготовки, засыпку в нее шихты, состоящей из стружки наплавленной антифрикционной бронзы, смешанной с флюсом, герметизацию заготовки с помощью двух технологических крышек, закрепление заготовки в центрах установки для биметаллизации, осуществление вращения заготовки с нагревом ее поверхности токами высокой частоты (ТВЧ) посредством индуктора ТВЧ до температуры плавления шихты, изотермическую выдержку и охлаждение, при этом в процессе нагрева и изотермической выдержки осуществляют продольное перемещение заготовки относительно индуктора ТВЧ, а время нагрева Т поверхности заготовки до упомянутой температуры задают в соответствии с выражением Т=245,6*ехр(-8,77*Q) сек, где Q - удельная мощность нагрева, кВт/см3. Использование изобретения позволяет за счет равномерного нагрева заготовки повысить качество наплавленного слоя при биметаллизации втулок. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх