SU1306641A1

SU1306641A1 - Method of producing castings

Info

Publication number: SU1306641A1
Application number: SU853943635A
Authority: SU
Inventors: Юрий Андреевич Никишин; Дмитрий Владимирович Жарков; Николай Иванович Понипартов; Елена Васильевна Лебединская
Original assignee: Предприятие П/Я В-2190
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1987-04-30

Abstract

Изобретение относитс к области литейного производства, а именно к способам изготовлени отливок с мелкодисперсной структурой и может быть использовано дл получени отливок из жаростойких сплавов методом лить по выплавл е.мым модел м. Цель изобретени - измельчение литого зерна, повьшение плотности и механических свойств металла отливок. Сущность способа заключаетс в том, что в литейную форму,.преимущественно керамическую , заливают жидкий сплав,одновременно ввод в его струю нагретые металлические добавки в виде жидко-твердой суспензии бестигельного переплава шихтовой заготовки, в качестве которой примен ют гранулированный материал с мелкодисперсной структурой. Способ позвол ет в 6-10 раз уменьшить размер литого зерна, повысить прочность высоколегированных сталей на 3-8% и пластичность на 15-25% за счет увеличени плотности металла . 13.П.Ф-ЛЫ, 1ил., 1 табл. ;о (Л jO о 35 СП) The invention relates to the field of foundry, in particular, to methods for producing castings with a finely dispersed structure and can be used to produce castings from heat-resistant alloys using casting methods. The purpose of the invention is grinding of cast grain, increasing the density and mechanical properties of metal castings . The essence of the method lies in the fact that a liquid alloy is poured into the casting mold, mainly ceramic, while the heated metal additives are introduced into its stream in the form of a liquid-solid suspension of melt-free remelting of the billet, which uses a granular material with a finely dispersed structure. The method allows to reduce the size of cast grain by 6-10 times, to increase the strength of high-alloy steels by 3-8% and plasticity by 15-25% due to an increase in the density of the metal. 13.P.F-Ly, 1il., 1 tab. ; o (L jO o 35 JV)

Description

fOfO

1 13066411 1306641

Изобретение относитс к литейному производству, а именно к способам приготовлени отливок с мелкозернистой структурой, и может быть использовано дл получени отливок из жаростойких сплавов методом лить по выплавл е ным модел м.The invention relates to a foundry, in particular, to methods for preparing castings with a fine-grained structure, and can be used to produce castings from heat-resistant alloys by the method of casting using melted models.

Цель изобретени - измельчение литого зерна, повышение плотности и механических свойств металла отливокThe purpose of the invention is the grinding of cast grains, increasing the density and mechanical properties of metal castings

Сущность способа заключаетс в том, что в литейную форму, преимущественно керамическую, производ т заливку жидкого сплава с одновременным введением в его струю нагретых металлических добавок в виде жидкотвердой суспензии безтигельного переплава шихтовой заготовки, в качестве которой примен ют гранулированный металл с мелкозернистой структурой.,The essence of the method lies in the fact that in the casting mold, mainly ceramic, the liquid alloy is poured with the simultaneous introduction of heated metal additives in the stream in the form of a liquid-solid suspension of the non-crucible remelting charge billet, which is a granular metal with a fine-grained structure.

На чертеже представлено устройство дл осуществлени способа.The drawing shows a device for carrying out the method.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

В нагревательной печи 1, размещенной внутри вакуумной плавильно-зали- вочной камеры 2, производ т нагрев керамической формы 3 до температуры 1300-1600 К. Основную часть (60-80%)In the heating furnace 1, located inside the vacuum melting and casting chamber 2, the ceramic mold 3 is heated to a temperature of 1300-1600 K. The main part (60-80%)

1515

По мере оплавлени заготовку постепенно опускайт вниз. Распла поверхности заготовки стекает в ронку 10, из которой попадает в тральную часть основного потока, ступающего в рабочугс полость фор через щелевой фильтр. Расплав пр поступлении в воронку имеет темп туру не выше температуры ликвиду сплава. За счет быстрого прогрев керамической оболочки, оформл ющ воронку 10, основным расплавом, ступающим перегретым нз тигельно чи, и образованию разр жени в нAs the material melts, gradually lower the billet. Raspla surface of the workpiece flows into the tank 10, from which it enters the central part of the main stream, stepping into the working foreform cavity through a slit filter. The melt when entering the funnel has a tempo not higher than the liquide temperature of the alloy. Due to the rapid heating of the ceramic shell, making up the funnel 10, the main melt, stepping overheated nz crucible chi, and the formation of a discharge in

ней части воронки при омывании е снизу потоком металла, суспензи металлических добавок свободно п пает в рабочую полость формы без твердевани в горловине воронки 20 же при относительно низкой темпе туре предварительного нагрева ке мической оболочки (1300 К). Посл заполнени полости жидким металл плавление шихтовой заготовки и з ку расплава прекращают.During the washing of the bottom of the funnel with a metal stream, the suspension of metal additives freely falls into the working cavity of the mold without solidification in the throat of the funnel 20 at a relatively low preheating temperature of the ceramic sheath (1300 K). After filling the cavity with liquid metal, melting of the charge billet and smelting of the melt cease.

Дальнейшие опер ации по изгото нию отливки производ т известным тодом лить по выплавл емым модеFurther operations on the casting manufacture are performed by a known method of casting in a melted fashion.

Пример. Сталь ВНП-1 в %:С Example. Steel VNP-1 in%: C

2525

заливаемого в форму металла плав т в Сг 13,8, Ni 7,5, Mo 1,0, MnOjA,the metal poured into the mold is melted in Cr 13.8, Ni 7.5, Mo 1.0, MnOjA,

индукционной тигельной печи 4 и заливают в металлоприемную чашу 5, из которой через щелевой фильтр 6 очищенный от пшака и плен расплав поступает в рабочую полость литейной формы. Одновременно с заливкой основной части расплава из печи 4 производ т оплавление шихтовой заготовки 7 в индукционном Устройстве 8. Заготовку 7 предварительно получают с мелкозернистой структурой из гранулированного материала или одним из специальных методов лить , например, вакуумно-дуговой плавкой с змивкой металла в кокиль с принудительным охлаждением и вибрацией его в процессе кристаллизации. Материал заготовки 7 имеет химический состав, одинаковый с шихтой, переплавл емой в тигельной печи 4. В процессе оплавлени заготовки 7 в случае необходимости ее могут дополнительно подвергать воздействию ультразвука с помощью волновода 9 с целью увеличени интен- .сивности отделени твердотопливных капель от заготовки и повышени содержани твердой фазы в заливаемом расплаве.induction crucible furnace 4 and poured into the metal receiving bowl 5, from which, through the slit filter 6, the molten material cleansed from the pshak and the captivity flows into the working cavity of the mold. Simultaneously with pouring the main part of the melt from the furnace 4, the billet 7 is melted in the induction device 8. The preform 7 is prefabricated with a fine-grained structure of granular material or one of special casting methods, for example, vacuum arc melting with metal in a chill mold with forced cooling and vibration in the process of crystallization. The material of the workpiece 7 has a chemical composition similar to the charge remelted in the crucible furnace 4. In the process of reflowing the workpiece 7, if necessary, it can be further subjected to ultrasound using waveguide 9 in order to increase the intensity of the separation of solid fuel droplets from the workpiece and increase the solids content in the cast melt.

По мере оплавлени заготовку 7 постепенно опускайт вниз. Расплав с поверхности заготовки стекает в воронку 10, из которой попадает в центральную часть основного потока, поступающего в рабочугс полость формы через щелевой фильтр. Расплав при поступлении в воронку имеет температуру не выше температуры ликвидуса сплава. За счет быстрого прогрева керамической оболочки, оформл ющей воронку 10, основным расплавом, поступающим перегретым нз тигельной печи , и образованию разр жени в нижней части воронки при омывании ее снизу потоком металла, суспензи из металлических добавок свободно поступает в рабочую полость формы без затвердевани в горловине воронки да- же при относительно низкой температуре предварительного нагрева керамической оболочки (1300 К). После заполнени полости жидким металлом плавление шихтовой заготовки и заливку расплава прекращают.As the melting of the workpiece 7 is gradually lowered down. The melt from the surface of the workpiece flows into the funnel 10, from which it enters the central part of the main flow entering the working cavity of the mold through a slit filter. The melt when entering the funnel has a temperature not higher than the liquidus temperature of the alloy. Due to the rapid heating of the ceramic shell, which forms the funnel 10, the main melt entering the superheated nz of the crucible furnace, and the formation of a discharge in the lower part of the funnel when it is washed from the bottom with metal flow, the suspension from metal additives freely enters the working cavity of the mold without solidification in the neck funnels even at relatively low temperatures for preheating the ceramic shell (1300 K). After filling the cavity with liquid metal, the melting of the charge billet and the pouring of the melt cease.

Дальнейшие опер ации по изготовлению отливки производ т известным методом лить по выплавл емым модел м.Further operations for the manufacture of castings are carried out by a known method of casting on melted models.

Пример. Сталь ВНП-1 в %:С 0,06,Example. Steel VNP-1 in%: With 0.06,

Сг 13,8, Ni 7,5, Mo 1,0, MnOjA,Cr 13.8, Ni 7.5, Mo 1.0, MnOjA,

4040

Si 0,2 выплавл ют из свежих шихтовых материалов в вакуумной установке ИСВ- 0,16 с заливкой в кокиль мерных шихтовых заготовок размерами ммSi 0.2 is melted from fresh batch materials in a vacuum unit ISV-0.16 with die-casting charge billets with dimensions of mm.

35 Плавление и кристаллизацию стали производ т при остаточном давлении аргона в плавильной камере 150 мм.рт. ст После расплавлени металла производ т раскисление жидкой ванны углеродом в количестве 0,01 % и ферроцери- ем в количестве 0,2 % от веса шихты. Полученные мерные шихтовые заготовки одинакового химического состава переплавл ют в опытной вакуумной35 Melting and crystallization of steel is carried out at a residual pressure of argon in the melting chamber 150 mm Hg. After the metal has been melted, the liquid bath is deoxidized with carbon in an amount of 0.01% and ferrocerium in an amount of 0.2% by weight of the charge. The resulting measuring charge billets of the same chemical composition are remelted in an experimental vacuum

плавильно-заливочной установке типа , оснащенной дополнительно индукционным устройством бестигельной плавки. При этом основную массу металла , расходуемого на получение ли50 того блока, плав т в индукционной тигельной печи емкостью 15 кг. После доведени температуры стали в тигеле до 1888 К (температура заливки по серийной технологии) расплав залива55 ют с массовой скоростью 8000 г/с в форму с литниковой системой, оснащенной щелевым фильтром кольцевого типа с отверсти ми шириной 1,5 мм. Форма на основе электрокорунда имеет температуру 1373 К. melting-casting installation type, equipped with an additional induction device, crucibleless melting. At the same time, the bulk of the metal consumed to obtain this unit is melted in an induction crucible furnace with a capacity of 15 kg. After the temperature of the steel in the crucible is brought to 1888 K (pouring temperature according to serial technology), the melt is poured at a mass rate of 8000 g / s into a mold with a sprue system equipped with a ring-type filter of ring type with 1.5 mm wide holes. The form based on electrocorundum has a temperature of 1373 K.

Одновременно с плавкой шихты в тигельной печи провод т предварительный нагрев шихтовой заготовки в устройстве бестигельной плавки при проводимой мощности 10-15 кВт. За 1,5 мин до слива металла из тигел в форму включают формированный разогрев заготовки при максимальной мощности на индукторе .80 кВт. Дл обеспечени синхронного заполнени формы металлом тигельного и бестигельного переплавов слив металла из тигел начина охлаждение на воздухе, обработка холодом , при -60 С, отпуск при 873 К. Результаты исследований свойств отливок из стали ВНЛ-1 приведены в таблице,Simultaneously with the smelting of the charge in the crucible furnace, the preheating of the billet in the crucible melting device with a conducted power of 10–15 kW is carried out. 1.5 minutes before the metal is drained from the crucible into the mold, the formed heating of the billet at the maximum power on the inductor is .80 kW. In order to ensure the simultaneous filling of the mold with the crucible and crucible-free melting of the metal, the crucible began cooling in air, cold treatment at -60 ° C, tempering at 873 K. The results of the study of the properties of VNL-1 steel castings are given in the table,

Сравнение полученных результатовComparison of the results

способа изготовлени отливок обеспечивает измельчение зерна, повышение /О плотности и механических СЕОЙСТВ металла в отливках.The method of making castings provides the grinding of grain, the increase in / about density and the mechanical properties of metal in castings.

Кроме того, ввод металлических добавок в расплав в виде жидко-твердой суспензии позвол ет сн ть пере- ют после нагрева нижней торцовой час-15 грев над температурой ликвидуса уже ти шихтовой заготовки в устройстве в процессе заливки (с 150 до 50 град.).In addition, the introduction of metal additives into the melt in the form of a liquid-solid suspension makes it possible to remove the transfer after heating the bottom end hour-15 heating above the liquidus temperature of the already quenched billet in the device during the pouring process (from 150 to 50 degrees).

бестигельной плавки до температуры 1678 К, котора на 30 град, ниже температуры солидуса. Массова скорость оплавлени и стекани струи бести- гельного переплава составл ет 200- 230 г/с. Температура расплава в струе бестигельного переплава 1738-1728 К, т.е. в пределах 10 град, ниже температуры ликвидуса, равной 1738 К. Количество твердой фазы в расплаве составл ет 20-25% (по диаграмме состо ни ). Обща масса литейного блока, состо щего из трех вертикально расположенных плит 100x30x150 мм и литниковой системы, 14,5 кг,crucible melting to a temperature of 1678 K, which is 30 degrees, below the solidus temperature. The mass rate of melting and draining of the jet of non-melting remelting is 200-230 g / s. The melt temperature in the jet of crucible-free melting is 1738-1728 K, i.e. within 10 degrees, below the liquidus temperature, equal to 1738 K. The amount of solids in the melt is 20-25% (according to the state diagram). The total mass of the casting block, consisting of three vertically arranged plates of 100x30x150 mm and a gating system, is 14.5 kg,

Дл сравнени заливают формы с введением добавки в виде механически обработанного и нагретого до 1573 К прутка р 18 мм в горловину литейной воронки ф 40 мм. Отливки исследуют на прочность металла (методом гидростатического взвешивани ), определ ют размеры литого (первичного) зерна и механические свойства (на вырезан ных из отливок образцах).For comparison, molds are poured with the addition of an additive in the form of a machined and heated to 1573 K rod of p 18 mm into the mouth of a casting funnel f 40 mm. Castings are examined for the strength of the metal (by hydrostatic weighing), the dimensions of the cast (primary) grain and the mechanical properties (on specimens cut from the castings) are determined.

Заготовки образцов дл механических испытаний термообрабатывают поSamples for mechanical testing are heat treated at

режиму: закалка с температуры 1400 К, 45 структурой.Mode: quenching from a temperature of 1400 K, 45 structure.

тигельной печи с добавкой суспензии бестигельного переплаваcrucible furnace with the addition of crucible melting suspension

64146414

охлаждение на воздухе, обработка холодом , при -60 С, отпуск при 873 К. Результаты исследований свойств отливок из стали ВНЛ-1 приведены в таблице, air cooling, cold working, at -60 ° C, tempering at 873 K. The results of studies of the properties of castings from VNL-1 steel are given in the table,

что способствует снижению пригара отливок.which helps reduce burn castings.

Применение способа позвол ет в 6-10 раз кменьшить размер литого зерна , повысить прочность высоколегированных сталей на 3-8% и пластичность на 15-25% за счет увеличени плотности металла.The application of the method makes it possible to reduce the size of cast grain by 6-10 times, to increase the strength of high-alloyed steels by 3-8% and plasticity by 15-25% by increasing the density of the metal.

Claims

1. Method of making castings, including pouring into a mold,

predominantly ceramic, liquid alloy with the simultaneous introduction of heated metal additives into its jet, characterized in that, in order to grind the cast

grain, increasing the density and mechanical properties of metal castings as a metal additive using a liquid-solid suspension of non-gravity remelting of the charge stock.

2. Method POP1, characterized in that granular material with fine-grained material is used as the charge stock.

Order 1482/8 Draw 741 Subscription

VNIIPI USSR State Committee

on affairs of inventions and otftyy 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5

Production and printing company, Uzhgorod, Projecto st., 4

Table continuation