Способ изготовления отливок литьем по газифицируемым моделям

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления отливок из сталей, чугунов, цветных металлов и их сплавов с применением технологии литья по газифицируемым моделям с целью расширения области их применения.

Из уровня техники известен способ модифицирования стали путем введения в расплав при сливе в ковш модификаторов на основе бора и его соединений (А.с. №1470777). Недостатком данного способа является модифицирование всего объема отливки, что ведет к неравномерному распределению модификаторов по объему отливки, а также к значительному расходу модификаторов.

Из уровня техники известен способ получения отливок литьем по газифицируемым моделям, включающий получение моделей в пресс-формах путем нанесения на предварительно вспененные гранулы пенополистирола модификаторов или легирующих добавок в виде краски, последующей сушки, засыпки их в пресс-форму и окончательного вспенивания, сборки моделей в модельный блок, окрашивания модельного блока газопроницаемой антипригарной краской, размещения модельного блока в опоке, заполнения его несвязанным формовочным материалом, уплотнения его вибрацией, герметизации и вакуумирования опоки, заливки металла (RU 2048953 C1, В22С 7/02, 27.11.1995). Недостатком данного способа является сложность получения качественных моделей, поскольку предварительно вспененные гранулы пенополистирола после окраски легирующим покрытием и последующей сушки утрачивают (частично или полностью) способность к последующему увеличению их объема при окончательном вспенивании в пресс-формах. Также значительное количество легирующих и модифицирующих элементов в объеме моделей может стать причиной дефектов в отливках (рыхлости, усадочные раковины, непроливы и др.).

Наиболее близким по технической сущности является способ введения модификаторов и легирующих добавок при литье по газифицируемым моделям, включающий изготовление моделей из пенополистирола в пресс-формах, которые заполняют предварительно вспененными гранулами пенополистирола, окрашенными легирующими элементами, с добавкой неокрашенных предварительно вспененных гранул в количестве от 2 до 94% по объему (RU 2427442 C1, В22С 7/02, В22С 9/04, 27.08.2011). Недостатком данного способа является сложность получения отливок с равномерно распределенными модификаторами и легирующими добавками, поскольку технически сложно заполнить объем пресс-формы так, чтобы окрашенные гранулы оказались равномерно распределенными. Все это снижает универсальность способа.

Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу. Повышение универсальности предлагаемого способа выражается в возможности получения моделей из пенополистирола в пресс-формах с требуемым (равномерным либо градиентным) содержанием и распределением модификаторов и легирующих добавок.

Способ осуществляется следующим образом.

При изготовлении моделей в пресс-формах их объем послойно заполняют предварительно вспененными гранулами пенополистирола, слоем не менее размера гранул, сверху которого добавляют модификаторы или легирующие добавки в виде гранул, пудры, порошков или кусков, слоем не менее размера частиц модификаторов и легирующих добавок. В зависимости от геометрии модели, ее габаритных размеров и требуемых свойств отливки выбирается количество и толщина слоев модификаторов и легирующих добавок. Для получения более плотной модели способ предусматривает добавление предварительно вспененных гранул пенополистирола слоем не менее размера гранул на верхний слой модификаторов и легирующих добавок при заполнении пресс-формы. Для локального модифицирования и легирования отливки способ предусматривает производить добавку модификаторов и легирующих добавок не по всей поверхности слоя предварительно вспененных гранул пенополистирола, а локально, в один или несколько участков, при этом площадь добавок должна составлять не менее 0,1% площади слоя предварительно вспененных гранул. Если площадь добавок составит не менее 0,1%, то модифицирование и легирование отливок может оказаться неэффективным. С целью создания градиента легированных слоев в отливках способ предусматривает добавление поверх слоя предварительно вспененных гранул модификаторов и легирующих добавок в различных сочетаниях с разной фракцией.

После заполнения объема пресс-формы предварительно вспененными гранулами пенополистирола с добавкой модификаторов и легирующих добавок она помещается в автоклав или другое доступное оборудование для окончательного вспенивания гранул пенополистирола путем теплового воздействия. Полученные модели извлекают из пресс-формы и при необходимости производят их сушку. Введенные в объем модификаторы и легирующие добавки оказываются прочно фиксированными в модели. Затем модели собирают в модельные блоки, окрашивают противопригарным покрытием и сушат. Сухие модельные блоки помещают в опоку, заполняют опорным материалом, герметизируют, вауумируют и заливают металлическим расплавом.

Примеры конкретного исполнения

Пример 1. Цилиндрическую пресс-форму диаметром 30 мм и высотой 50 мм послойно заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола диаметром 3-5 мм, слоем 8-10 мм. Сверху каждого слоя предварительно вспененных гранул добавляли феррохром ФХ 60 в виде порошка слоем 1-2 мм. Полученные модели заливали расплавом серого чугуна СЧ 15. Полученные отливки содержали хром, твердость их составила 58-62 HRC за счет образования карбидов хрома.

Пример 2. То же, что в примере 1, только в качестве легирующего элемента добавляли графит, фракцией 0,1-0,3 мм. Модели заливали бронзой ОЦС 5-5-5. Полученные отливки содержали в объеме включения графита.

Пример 3. То же, что в примере 1, только в качестве модификатора добавляли порошкообразный корунд фракцией 0,1 мм. Модели заливали расплавом стали 40. Полученные отливки имели на поверхности кристаллическую структуру, дендриты находились в объеме. Это свидетельствует о том, что порошкообразный корунд, введенный в объем модели, выступает в качестве модификатора, препятствуя росту дендритов на поверхности, и создает новые центры кристаллизации в отливке.