[go: up one dir, main page]

RU2520282C1 - Directional hardening of metal teemed in mould - Google Patents

Directional hardening of metal teemed in mould Download PDF

Info

Publication number
RU2520282C1
RU2520282C1 RU2012148049/02A RU2012148049A RU2520282C1 RU 2520282 C1 RU2520282 C1 RU 2520282C1 RU 2012148049/02 A RU2012148049/02 A RU 2012148049/02A RU 2012148049 A RU2012148049 A RU 2012148049A RU 2520282 C1 RU2520282 C1 RU 2520282C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mold
coating
metal
amount
industrial oil
Prior art date
Application number
RU2012148049/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012148049A (en
Inventor
Никита Владимирович Мартюшев
Александр Григорьевич Мельников
Юрий Николаевич Петренко
Илья Владимирович Семенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2012148049/02A priority Critical patent/RU2520282C1/en
Publication of RU2012148049A publication Critical patent/RU2012148049A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2520282C1 publication Critical patent/RU2520282C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: proposed method comprises application of different-composition protective-separation coatings on the mould surface before teeming of fused metal. Coating, 0.1-0.2 mm thick, consisting of ultrafine powder of magnesium oxide in amount of 20-25 wt % and industrial oil in amount of 78-80 wt %. Coating, 0.2-0.3 mm thick, consisting of ultrafine powder of zirconium oxide in amount of 20-25 wt % and industrial oil in amount of 75-80 wt %. Coating, 0.3-0.4 mm thick, consisting of ultrafine powder of zirconium oxide in amount of 20-25 wt % and industrial oil in amount of 75-80 wt %.
EFFECT: directed crystallisation of metal, higher strength of casts.
1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способу направленного затвердевания залитого в форму металла.The invention relates to the field of foundry, and in particular to a method of directional solidification of a molded metal.

Известен способ направленного затвердевания залитого в форму металла (Б.И.Медовар. Металлургия вчера, сегодня, завтра. Киев: Наукова думка, 1990, стр.142, рис.47).A known method of directional solidification of a molded metal (B.I. Medovar. Metallurgy yesterday, today, tomorrow. Kiev: Naukova Dumka, 1990, p.142, Fig. 47).

Его недостатком является трудность воспроизведения полученных результатов от слитка к слитку ввиду отсутствия обратных связей, обеспечивающих возможность коррекции режимных параметров затвердевания слитка.Its disadvantage is the difficulty of reproducing the obtained results from ingot to ingot due to the lack of feedbacks, which provide the opportunity to correct the operating parameters of solidification of the ingot.

Известен способ литья дисковых и кольцевых заготовок из жаропрочных труднодеформируемых сплавов на никелевой основе. Способ включает вакуумно-индукционную выплавку сплава с получением шихтовой заготовки, изготовление керамической формы, расплавление шихтовой заготовки жаропрочного сплава, заливку расплава в керамическую форму и проведение направленной кристаллизации в керамической форме. Керамическую форму изготавливают из наружной, внутренней частей и вставок-перегородок. Внутреннюю часть керамической формы устанавливают на дно наружной части. Пространство между внутренней стенкой наружной части и наружной стенкой внутренней части разделяют по высоте вставками-перегородками на части, равные высоте заготовок. Во вставках выполнены отверстия, через которые осуществляют заполнение и подпитку нижерасположенных заготовок в процессе направленной кристаллизации отливок. Достигается снижение трудоемкости изготовления деталей, повышение коэффициента использования металла.A known method of casting disk and ring billets of heat-resistant hardly deformable alloys based on nickel. The method includes vacuum-induction smelting of the alloy to obtain a billet, manufacturing a ceramic mold, melting the billet of a heat-resistant alloy, pouring the melt into a ceramic mold and conducting directed crystallization in a ceramic mold. The ceramic mold is made of outer, inner parts and insert-partitions. The inside of the ceramic mold is mounted on the bottom of the outside. The space between the inner wall of the outer part and the outer wall of the inner part is divided in height by inserts-partitions into parts equal to the height of the workpieces. Holes are made in the inserts through which filling and replenishment of the downstream workpieces during directional crystallization of the castings is carried out. Achieving a reduction in the complexity of manufacturing parts, increasing the utilization of metal.

К недостаткам способа относится ограниченность применения только сплавами на никелевой основе, а так же наличие сложной и дорогостоящей литейной формы. Способ нельзя применить без переналадки оборудования в стандартных условиях.The disadvantages of the method include the limited use of only nickel-based alloys, as well as the presence of a complex and expensive casting mold. The method cannot be applied without readjustment of equipment in standard conditions.

Известен способ направленного затвердевания залитого в форму металла (патент РФ №2392092 от 02.07.2008). Способ включает управление процессом кристаллизации в форме, оборудованной средствами обеспечения перепада температур в направлении кристаллизации металла. Используют кольцеобразную форму с конической внутренней поверхностью. Перепад температур в направлении кристаллизации металла осуществляют посредством одновременного охлаждения кольцеобразной формы со стороны днища и ее внутренней поверхности и нагрева металла в ее верхней части. Достигается повышение качества получаемых отливок.A known method of directional solidification of a molded metal (patent of the Russian Federation No. 2392092 from 02.07.2008). The method includes controlling the crystallization process in a form equipped with means for providing a temperature difference in the direction of crystallization of the metal. An annular shape with a conical inner surface is used. The temperature difference in the direction of crystallization of the metal is carried out by simultaneously cooling the annular shape from the bottom and its inner surface and heating the metal in its upper part. EFFECT: improved quality of obtained castings.

Недостатком способа является сложная и дорогостоящая литейная форма, а так же невозможность применения без переналадки оборудования в стандартных условиях.The disadvantage of this method is the complex and expensive casting mold, as well as the impossibility of using equipment without readjustment in standard conditions.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, описанный в патенте №1680441 от 30.09.1991. Способ заключается в том, что заливку расплавленного металла производят в кокиль с нанесенным на его внутреннюю поверхность покрытием толщиной 0,3-1,5 мм, кратковременно разогревающимся при помощи электрического тока напряжением 30-400 В. Покрытие состоит из смеси графитового порошка, глинозема и геля SiO2 в качестве связующего, выделенного из гидролизованного раствора этилсиликата, взятых в соотношении, об.%: графит 17-40, SiO2 12-19, глинозем остальное. При этом количество графита в покрытии меняется в указанных пределах, увеличиваясь в направлении от отливки к питающим частям литниковой системы. Электрический ток подводят к кокилю и заливаемому металлу в ковше.Closest to the claimed method is the method described in patent No. 1680441 from 09/30/1991. The method consists in the fact that the molten metal is poured into a chill mold with a coating of 0.3-1.5 mm thick applied on its inner surface and heated for a short time using an electric current of 30-400 V. The coating consists of a mixture of graphite powder, alumina and gel SiO 2 as a binder isolated from a hydrolyzed solution of ethyl silicate, taken in the ratio, vol.%: graphite 17-40, SiO 2 12-19, the rest is alumina. In this case, the amount of graphite in the coating varies within the indicated limits, increasing in the direction from the casting to the feeding parts of the gate system. Electric current is supplied to the chill mold and the poured metal in the ladle.

Недостатком способа является необходимость наличия дополнительного оборудования и источника электрического тока для разогрева покрытия и кокиля, необходимость подготовки смесей различного состава для обеспечения разного количества графита в покрытии в разных частях литейной формы.The disadvantage of this method is the need for additional equipment and a source of electric current for heating the coating and the chill mold, the need to prepare mixtures of various compositions to provide different amounts of graphite in the coating in different parts of the mold.

Задачей изобретения является - возможность применения без переналадки оборудования в стандартных условиях.The objective of the invention is the ability to use without readjustment of equipment in standard conditions.

Поставленная задача достигается тем, что перед заливкой расплавленного металла в литейную форму, на часть ее поверхностей наносятся защитно-разделительные покрытия различных составов. На нижнюю часть стенок литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,1-0,2 мм. На среднюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,2-0,3 мм. На верхнюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,3-0,4 мм.The task is achieved by the fact that before pouring the molten metal into the mold, protective parting coatings of various compositions are applied to part of its surfaces. A coating consisting of an ultrafine powder of magnesium oxide 20-25 wt.% And industrial oil 75-80 wt.% With a thickness of 0.1-0.2 mm is applied to the lower part of the walls of the mold. A coating consisting of an ultrafine zirconium oxide powder of 20-25 wt.% And industrial oil 75-80 wt.% With a thickness of 0.2-0.3 mm is applied to the middle part of the mold. A coating consisting of an ultrafine powder of zirconium oxide 20-25 wt.% And industrial oil 75-80 wt.% With a thickness of 0.3-0.4 mm is applied to the upper part of the mold.

В результате после заливки расплавленного металла наиболее интенсивный теплоотвод идет через дно литейной формы, на которое не нанесено покрытие. Менее интенсивно теплоотвод идет через нижнюю часть стенок литейной формы с нанесенным покрытием, основанным на порошке оксида магния. И наименее интенсивно теплоотвод идет через среднюю и верхнюю части стенок литейной формы, куда нанесено покрытие, основанное на оксиде циркония, так как оксид циркония обладает более низкой теплопроводностью в сравнении с оксидом магния и толщина слоя покрытия с оксидом циркония больше. Таким образом, формируется направленный теплоотвод от верхней части отливки к дну литейной формы, это создает необходимые условия для направленной кристаллизации расплава.As a result, after pouring molten metal, the most intense heat sink passes through the bottom of the mold, which is not coated. Less intensively, the heat sink goes through the lower part of the walls of the mold with a coating based on magnesium oxide powder. And the least intensive heat dissipation is through the middle and upper parts of the walls of the mold, where a coating based on zirconium oxide is applied, since zirconium oxide has lower thermal conductivity compared to magnesium oxide and the thickness of the coating layer with zirconium oxide is greater. Thus, a directed heat sink is formed from the upper part of the casting to the bottom of the mold, this creates the necessary conditions for directional crystallization of the melt.

Использование предложенного способа направленного затвердевания металла, при прочих равных условиях, позволяет повысить качество как легированного, так и нелегированного металла, обеспечивает возможность снижения расхода легирующих добавок в металл для малоответственных деталей и получить более высокое качество металла для изготовления ответственных деталей.Using the proposed method of directional solidification of metal, ceteris paribus, improves the quality of both alloyed and unalloyed metal, provides the opportunity to reduce the consumption of alloying additives in metal for non-critical parts and to obtain a higher quality metal for the manufacture of critical parts.

На фиг.1 изображено: на нижнюю часть поверхности литейной формы 1 наносят покрытие 2, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,1-0,2 мм. На среднюю часть литейной формы наносят покрытие 3, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,2-0,3 мм. На верхнюю часть литейной формы наносят покрытие 4, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,3-0,4 мм.Figure 1 shows: on the lower part of the surface of the mold 1 is coated 2, consisting of an ultrafine powder of magnesium oxide 20-25 wt.% And industrial oil 75-80 wt.% With a thickness of 0.1-0.2 mm On the middle part of the mold is coated 3, consisting of an ultrafine powder of zirconium oxide 20-25 wt.% And industrial oil 75-80 wt.% With a thickness of 0.2-0.3 mm A coating 4 consisting of an ultrafine zirconium oxide powder of 20-25 wt.% And industrial oil 75-80 wt.% With a thickness of 0.3-0.4 mm is applied to the upper part of the mold.

Такое соотношение компонентов объясняется тем, что при большем количестве масла в покрытии, оно не будет обладать достаточной вязкостью и будет стекать с покрываемой поверхности, а при меньшем количестве масла покрытие будет более густым по составу и не будет обеспечивать равномерное нанесение покрытия на стенки литейной формы. Толщина наносимого покрытия ограничивается величиной в 0,5 мм, при большей толщине покрытие будет стекать со стенок формы. Разная толщина покрытий необходима для формирования направленного фронта кристаллизации. Наличие трех зон с разной толщиной покрытия обусловлено тем, что при меньшем количестве зон не будет формироваться фронт направленной кристаллизации, а большее количество зон приведет к усложнению технологии.This ratio of components is explained by the fact that with a greater amount of oil in the coating, it will not have sufficient viscosity and will drain from the surface to be coated, and with less oil, the coating will be more dense in composition and will not ensure uniform coating on the walls of the mold. The thickness of the applied coating is limited to 0.5 mm, with a larger thickness, the coating will drain from the walls of the mold. Different coating thicknesses are necessary for the formation of a directed crystallization front. The presence of three zones with different coating thickness is due to the fact that with a smaller number of zones, a directional crystallization front will not form, and a larger number of zones will complicate the technology.

Сущность изобретения заключается в следующем: нанесенный на поверхность литейной формы защитно-разделительный слой препятствует непосредственному контакту расплавленного металла с металлической формой, снижая теплоотвод. Дно литейной формы не покрыто защитно-разделительным покрытием и будет отводить тепло максимально быстро. На нижнюю часть литейной формы нанесено покрытие на основе нанопорошка оксида магния, оно незначительно снижает теплоотвод. На среднюю часть литейной формы наносится более толстый слой покрытия на основе нанопорошка диоксида циркония. Порошок диоксида циркония имеет значительно более низкую теплопроводность в сравнении с порошком оксида магния, это приведет к более значительному снижению теплоотвода в средней части формы. Минимальным теплоотвод будет в верхней части литейной формы из-за наличия покрытия на основе диоксида циркония максимальной толщины. Тем самым создается направленный теплоотвод от залитого металла к нижней части литейной формы. Это обеспечивает направленную кристаллизацию слитка и формирование повышенных прочностных свойств отливки.The invention consists in the following: a protective separation layer applied to the surface of the mold prevents the molten metal from directly contacting the metal mold, reducing heat dissipation. The bottom of the mold is not covered with a protective-release coating and will dissipate heat as quickly as possible. A coating based on a nanopowder of magnesium oxide is applied to the lower part of the mold; it slightly reduces heat removal. A thicker coating layer based on zirconia nanopowder is applied to the middle part of the mold. Zirconia powder has a significantly lower thermal conductivity compared to magnesium oxide powder, this will lead to a more significant decrease in heat removal in the middle part of the form. The heat sink will be minimal in the upper part of the mold due to the presence of a maximum thickness zirconia-based coating. This creates a directed heat sink from the cast metal to the bottom of the mold. This provides directional crystallization of the ingot and the formation of increased strength properties of the casting.

Пример.Example.

На нижнюю часть поверхности литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20 мас.% и индустриального масла 80 мас.% толщиной 0,15 мм. На среднюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 22 мас.% и индустриального масла 78 мас.% толщиной 0,25 мм. На верхнюю часть литейной формы наносят покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 22 мас.% и индустриального масла 78 мас.% толщиной 0,35 мм. Затем в литейную форму заливают расплавленный сплав. Расплав кристаллизуется, литейная форма остывает, отливку извлекают.A coating consisting of an ultrafine powder of magnesium oxide 20 wt.% And industrial oil 80 wt.% With a thickness of 0.15 mm is applied to the lower part of the surface of the mold. A coating consisting of an ultrafine powder of zirconium oxide 22 wt.% And industrial oil 78 wt.% With a thickness of 0.25 mm is applied to the middle part of the mold. A coating consisting of an ultrafine powder of zirconium oxide 22 wt.% And industrial oil 78 wt.% With a thickness of 0.35 mm is applied to the upper part of the mold. Then the molten alloy is poured into the mold. The melt crystallizes, the mold cools, the casting is removed.

Claims (1)

Способ направленного затвердевания металла в литейной форме с нанесенными на ее поверхность защитно-разделительными покрытиями, имеющими различный состав, включающий заливку в литейную форму расплавленного металла, отличающийся тем, что используют литейную форму, на нижнюю часть стенок которой нанесено покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида магния 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,1-0,2 мм, на среднюю часть стенок - покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,2-0,3 мм, а на верхнюю часть стенок - покрытие, состоящее из ультрадисперсного порошка оксида циркония 20-25 мас.% и индустриального масла 75-80 мас.% толщиной 0,3-0,4 мм. The method of directional solidification of metal in a mold with a protective separation coating applied to its surface, having a different composition, including pouring molten metal into a mold, characterized in that a mold is used, on the lower part of the walls of which is coated, consisting of ultrafine oxide powder magnesium 20-25 wt.% and industrial oil 75-80 wt.% with a thickness of 0.1-0.2 mm, on the middle part of the walls - a coating consisting of ultrafine zirconium oxide powder 20-25 wt.% and industrial oil 75-80 wt.% with a thickness of 0.2-0.3 mm, and on the upper part of the walls - a coating consisting of ultrafine powder of zirconium oxide 20-25 wt.% and industrial oil 75-80 wt.% with a thickness of 0, 3-0.4 mm.
RU2012148049/02A 2012-11-12 2012-11-12 Directional hardening of metal teemed in mould RU2520282C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148049/02A RU2520282C1 (en) 2012-11-12 2012-11-12 Directional hardening of metal teemed in mould

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148049/02A RU2520282C1 (en) 2012-11-12 2012-11-12 Directional hardening of metal teemed in mould

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012148049A RU2012148049A (en) 2014-05-20
RU2520282C1 true RU2520282C1 (en) 2014-06-20

Family

ID=50695502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012148049/02A RU2520282C1 (en) 2012-11-12 2012-11-12 Directional hardening of metal teemed in mould

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2520282C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1680441A1 (en) * 1988-09-02 1991-09-30 Предприятие П/Я А-1147 Method for manufacturing castings
RU2153955C2 (en) * 1998-10-06 2000-08-10 ОАО "Протон-Пермские моторы" Method for making thick-wall tube castings of refractory alloys
RU2157296C1 (en) * 1999-10-12 2000-10-10 Спиридонов Евгений Васильевич Method of manufacture of part of monocrystalline structure by oriented crystallization and device for realization of this method
RU2297300C1 (en) * 2005-12-14 2007-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Protecting-releasing coating and its application method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1680441A1 (en) * 1988-09-02 1991-09-30 Предприятие П/Я А-1147 Method for manufacturing castings
RU2153955C2 (en) * 1998-10-06 2000-08-10 ОАО "Протон-Пермские моторы" Method for making thick-wall tube castings of refractory alloys
RU2157296C1 (en) * 1999-10-12 2000-10-10 Спиридонов Евгений Васильевич Method of manufacture of part of monocrystalline structure by oriented crystallization and device for realization of this method
RU2297300C1 (en) * 2005-12-14 2007-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Protecting-releasing coating and its application method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012148049A (en) 2014-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101602102B (en) Solidification process control method using small external temperature gradient to eliminate shrinkage cavities and porosity in casting
CN112605351B (en) A method for improving the internal quality of an ingot and a heating and heat preservation box
CN107148322B (en) Mold for continuous casting and continuous casting method for steel
CN101928872B (en) Production method of low-magnetism iron casting
CN112496279B (en) A kind of ingot feeding method
RU2729246C1 (en) Casting method for active metal
US3630267A (en) Method of controlling the temperature of molten ferrous metal
RU2520282C1 (en) Directional hardening of metal teemed in mould
CN109047685A (en) A method of preparing steel ingot
RU2744601C2 (en) Cooling furnace for directional solidification and cooling method using such furnace
JP2541341B2 (en) Precision casting method and precision casting apparatus for Ti and Ti alloy
US6250365B1 (en) Die casting process
JP2013052421A (en) Casting apparatus and casting method
SU806236A1 (en) Method of continuous ingot casting
RU2335377C1 (en) Method of precise ingots production in ceramic moulds with pressurised crystallisation
RU2367538C1 (en) Coating for casting moulds at centrifugal casting of copper alloys
CN109530669A (en) A method of regulation cold-crucible casting TiAl alloy melts the degree of superheat
JP2015134377A (en) High purity ingot melting continuous casting apparatus and high purity ingot melting continuous casting method
CN206139790U (en) Compound electromagnetic pulse solidification structure processing apparatus of super duralumin casting
RU2820681C1 (en) Method of producing melt from thermite mixture and crucible for its implementation
SU616053A1 (en) Chill mould
WO2018110370A1 (en) Casting method for active metal
JP2007326111A (en) Immersion nozzle and continuous casting method
Sheggaf et al. Effect of Mould Preheating on the Quality of Re-melt Aluminum Alloy Cylinder Blocks: Experimental and Simulation Study
Sumanth et al. Fluidity Testing On Al-Si-Mg Cast Alloys

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141113