Патент на изобретение №2381087

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ

(57) Реферат:

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ