Патент на изобретение №2299112

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОТЛИВОК

(57) Реферат:

Изобретение относится к области литейного производства. В форму послойно засыпают предварительно подогретые наполнители, сначала основной, потом крупнодисперсный. Размер фракции крупнодисперсного наполнителя определяется по формуле d_ч<10cos/gh, где – плотность расплава, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с²; h – высота зеркала расплава над слоем наполнителя, м; – поверхностное натяжение расплава, Н/м²; – угол смачивания наполнителя расплавом, град. Сумма толщин слоев наполнителей равна чистой высоте отливки. После заливки формы вакуумным всасыванием и затвердевания отливки наполнители удаляются. Нанесение дополнительного слоя крупнодисперсного наполнителя позволяет получить отливки без газовых раковин, сочетающих пористую и монолитную части.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении пористых отливок.

Технология получения пористых отливок предусматривает заливку расплава в засыпку предварительно подогретого наполнителя под внешним давлением [Патент Японии №60-184651, кл. С22С 1/08, 1985], выбранная в качестве прототипа. В условиях высокого угла смачивания расплавом наполнителя для пропитки необходимо приложить внешнее давление, что обеспечивается в основном вакуумированием засыпки. Неравномерность распределения давления по границе раздела расплав-наполнитель-воздух приводит к образованию локальных потоков расплава. В результате области повышенного давления оказываются со всех сторон окруженными расплавом – возникают газовые раковины, которые являются недопустимым дефектом.

Часть отливки, содержащая газовые раковины, удаляется, что снижает коэффициент использования металла и не позволяет реализовать одно из важнейших преимуществ пористого литья, необходимое для использования отливок в качестве глушителей шума пневмооборудования, – сочетание в одном изделии пористой и монолитной части.

Задачей изобретения является получение пористых отливок, свободных от газовых раковин, сочетающих пористую и монолитную часть, без удаления части отливки.

Указанная задача решается тем, что в известном способе получения пористых отливок, включающем пропитку вакуумным всасыванием предварительно подогретого наполнителя расплавом в литейной форме с последующей экстракцией наполнителя, поверх слоя наполнителя наносят слой предварительно подогретого крупнодисперсного наполнителя с размером фракции, определяемым по формуле:

, где

– плотность расплава, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – высота зеркала расплава над слоем наполнителя, м;

– поверхностное натяжение расплава, Н/м²;

– угол смачивания наполнителя расплавом, град.

Слой крупнодисперсного наполнителя за счет меньшего сопротивления газовому потоку позволяет стабилизировать давление на границе с расплавом. Размер частиц крупнодисперсного наполнителя должен быть как можно больше для создания меньшего сопротивления вакуумированию, но не должен приводить к самопроизвольной пропитке под действием собственного гидростатического давления расплава:

, где

– плотность расплава, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – высота зеркала расплава над слоем наполнителя, м;

– поверхностное натяжение расплава, Н/м²;

– угол смачивания наполнителя расплавом, град;

r – гидравлический радиус капилляра, м.

По модели Козени засыпка рассматривается как система круглых гладких шаров – фиктивный грунт. При свободной засыпке укладка шаров фиктивного грунта близка к кубической (центры шаров по углам куба). Следовательно, гидравлический радиус капилляра составляет от фракции наполнителя, т.е. примерно 0,2: (r=0,2d_ч).

Таким образом, рекомендуемый размер фракции крупнодисперсного наполнителя рассчитывается по формуле:

.

При вакуумировании засыпки поверхности равного давления выглядят как суперпозиция сфер с центрами на вентиляционных каналах, расположенных в днище формы. В момент достижения капиллярного давления для крупнодисперсного наполнителя границы раздела основной слой наполнителя – слой крупнодисперсного наполнителя благодаря низкому сопротивлению потоку газа в слое крупнодисперсного наполнителя давление в нем выравнивается и пропитка начинается одновременно по всей поверхности крупнодисперсного наполнителя. Поскольку вязкость газа намного меньше вязкости расплава, при достижении расплавом границы раздела основного и крупнодисперсного наполнителя давление на ней уже стабилизируется на уровне давления вакуум-ресивера – преодоление этой границы произойдет без остановки расплава.

В соответствии с предложенным способом пористую отливку получают следующим образом.

Отливку получают из алюминиевого сплава, содержащего 7% кремния. В качестве наполнителя для получения пористой отливки используется NaCl. Размер фракции наполнителя составляет 0,64-0,32 мм. Размер частиц крупнодисперсного наполнителя, рассчитанный из следующих условий – = 2650 кг/м³; g = 9,81 кг/м·с²; h = 0,1 м; = 0,88 Н/м²; = 140° – должен быть d_ч<2,5 мм. Используем крупнодисперсный наполнитель фракции 1,5-2 мм. Наполнитель засыпают в два поддона, крупнодисперсный – отдельно. Поддоны устанавливают в камерную печь, где нагревают до температуры 450°С. После перемешивания наполнителя температуру в печи доводят до 620°С.

Также в камерной печи прогревают кокиль до температуры 450°С. Донная часть кокиля соединена с вакуум-ресивером через вентиляционные каналы и вакуум-камеру. Затем нагретый наполнитель засыпают в кокиль цилиндрической формы послойно. Сначала в форму засыпается основной наполнитель, поверх засыпается крупнодисперсный наполнитель слоем толщиной 15-25% от основного. Сумма толщин слоев крупнодисперсного и основного наполнителя соответствует чистовой высоте пористой части отливки.

На поверхность наполнителя заливается расплав при температуре 750°С. Затем открывают газовый кран, соединяющий вакуум-камеру и вакуум-ресивер. Благодаря возникшему в капиллярных зазорах разрежению расплав заполняет форму с наполнителем. После затвердевания отливки осуществляют механическую обработку, удаляя прибыль и литейные уклоны. Затем наполнитель удаляется растворением в воде.

Контроль наличия газовых раковин проводился визуально с разрезанием отливки пластины толщиной 5 мм. В результате газовых раковин не выявлено.

Данным способом изготавливаются пористые отливки в ЗАО «НПО Спецсплавов» с 2004 г.

Формула изобретения

Способ получения пористых отливок, включающий предварительный нагрев основного наполнителя, пропитку его расплавом в литейной форме вакуумным всасыванием, отличающийся тем, что поверх слоя основного наполнителя наносят слой предварительно подогретого крупнодисперсного наполнителя с размером фракции, определяемым по формуле

где – плотность расплава, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – высота зеркала расплава над слоем наполнителя, м;

– поверхностное натяжение расплава, Н/м²;

– угол смачивания наполнителя расплавом, град,

после затвердевания отливки производят экстракцию наполнителей.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.12.2007

Извещение опубликовано: 20.08.2009 БИ: 23/2009