УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК

Полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована для получения отливок из металлов и сплавов в различных отраслях промышленности для изготовления из них надежных в эксплуатации изделий.
Известна форма для получения отливок заливкой расплавленного металла. Отливка при этом получается с разной структурой по сечению. У стенок формы отливка имеет зону мелких разориентированных кристаллов, к которой примыкает зона столбчатых кристаллов, а в центре отливки располагается зона грубых равноосных кристаллов. (Колобнев И.Ф., Крымов В.В., Мельников А.В. Справочник литейщика / Цветное литье из легких сплавов. Изд. 2-е перераб. и допол. - М: Машиностроение, 1974. - 416 с).
Недостатком является то, что отливки, имеющие разные формы и размеры кристаллов по сечению, характеризуются анизотропией свойств этих зон, способствующей понижению механических и эксплуатационных характеристик готовых изделий.
Известно изобретение по патенту Японии №52-96934, кл. II. В 09 от 09.02.76 г, который предусматривает погружение формы с кожухом в ванну с металлом, выдержку до затвердевания в ней металла, подъем формы с кожухом выше зеркала металла и удаление отливки.
Недостатком является то, что после заполнения металлом формы его кристаллизация проходит по той схеме, что и литье в металлическую форму, для которого характерна структурная неоднородность отливки. Недостатком является и то, что периодический подъем формы с кожухом выше зеркала расплава способствует взаимодействию жидкого металла с кислородом воздуха, тем самым насыщая сплав оксидными включениями.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для получения отливок, содержащее погружаемые в ванну с металлом форму с горизонтальным разъемом и кожухом с отверстиями. После заполнения формы металлом и  выдержки до затвердевания в ней металла, форму с кожухом  поднимают до уровня контакта кожуха с зеркалом расплава и удаляют отливку. (SU №931289, B22D 23/04, опубл. 30.05.82 г).
Недостатком данного технического решения является структурная неоднородность отливки, которая связана с тем, что затвердевание металла в форме происходит по классической схеме литья в кокиль и, соответственно, тоже характеризуется анизотропией свойств металла по зонам отливки.
Техническим результатом является получение дисперсной равноосной кристаллической структуры по сечению и устранение анизотропии свойств по зонам отливок, а также снижение насыщенности сплава оксидными включениями для обеспечения более стабильного состава.
Технический результат достигается тем, что в кожухе устройства имеются отверстия для заполнения подвергаемой вибрированию формы жидким металлом и получения отливок, а в зазоре между кожухом и ванной установлена манжета из термостойкого асбестового материала с графитовой смазкой для исключения контакта расплава металла в ванне с воздухом.
При вибрации формы с кожухом в процессе заполнения металлом и затвердевания отливки в ней происходит образование дополнительных центров кристаллизации за счет двух источников: обламывания столбчатых кристаллов со стенок формы и образования зародышей в объеме расплава в результате кавитации. Вибрация за счет постоянного перемешивания расплава металла обеспечивает равномерное распределение центров кристаллизации по всему объему формы и получение дисперсной равноосной кристаллической структуры по сечению отливки.
Исключение непосредственного контакта расплава в ванне с воздухом ограничивает количество кислорода, контактирующего с жидким металлом, и, соответственно, снижается количество образующихся оксидов, что обеспечивает более стабильный состав сплава.
Сущность заявляемой полезной модели (на примере литья диска цилиндрической формы) поясняется чертежом {фиг. 1), где показано устройство для получения отливок в сборе на различных стадиях процесса. Устройство состоит из формы 1 с кожухом 2, ванны 3 с жидким металлом 4. В кожухе имеются отверстия 5 для заполнения формы жидким металлом и получения отливки 6. Для герметизации зазора между кожухом и ванной устанавливается манжета 7 из термостойкого асбестового материала с графитовой смазкой.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент (фиг 1, а) вибрируемая с определенной частотой и амплитудой форма 1 (параметры вибрации зависят от типа сплава) с кожухом 2 погружается в ванну 3 с жидким металлом 4 {фиг. 1, б), который через отверстия 5 в кожухе заполняет форму и затвердевает в ней. Вибрация продолжается до окончания затвердевания отливки 6, после чего форма с кожухом извлекается из жидкого металла до уровня контакта нижней части кожуха с зеркалом расплава {фиг. 1, в), исключая контакт с воздухом, а верхняя часть формы извлекается из кожуха для удаления отливки.
Предлагаемое устройство для получения отливок было апробировано на широкоинтервальном алюминиевом сплаве АК7 (ГОСТ 1583-93) при литье отливки в виде диска диаметром 160 мм и высотой 40 мм. Для данного сплава температура ликвидус, которая определена методом термического анализа, составляла 616°С, сплав перегревали до 720°С. Полученная отливка, практически, по всему сечению имела дисперсную равноосную кристаллическую структуру (дисперсность кристаллов в 3-5 раз выше, чем в контрольной отливке), что обеспечило изотропность свойств металла по зонам отливки. При этом прочностные характеристики металла возросли на 10-15%, а пластические - на 55-60%.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет получить отливки с дисперсной равноосной структурой, что исключает анизотропию свойств металла по сечению, а также обеспечивает более стабильный состав сплава путем устранения контакта с воздухом расплава металла в ванне.
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения отливок из металлов и сплавов в различных отраслях промышленности для изготовления из них надежных в эксплуатации изделий.
Известен способ получения отливок заливкой расплавленного металла в металлическую форму. Отливка, полученная таким способом, имеет разную структуру по сечению: у стенок формы - зону мелких разориентированных кристаллов, к которой примыкает зона столбчатых кристаллов, за которой в центре отливки располагается зона грубых равноосных кристаллов (Колобнев И.Ф., Крымов В.В., Мельников А.В. Справочник литейщика / Цветное литье из легких сплавов. Изд. 2-е перераб. и допол. - М.: Машиностроение, 1974. - 416 с.).
Недостатком такого способа является то, что отливки, имеющие разные формы и размеры кристаллов по сечению, характеризуются анизотропией свойств этих зон и, как следствие, пониженными механическими и эксплуатационными характеристиками готовых изделий из них.
Известен также способ получения отливок, который предусматривает погружение формы с кожухом в ванну с металлом, выдержку до затвердевания в ней металла, подъем формы с кожухом выше зеркала металла и удаление отливки (пат. Японии №52-96934, кл. II B 09 от 09.02.76 г).
Недостатком такого способа получения отливок является то, что после заполнения металлом формы его кристаллизация проходит по той схеме, что и литье в металлическую форму, для которого характерна структурная неоднородность отливки. Кроме того, недостатком этого способа является и то, что периодический подъем формы с кожухом выше зеркала расплава способствует взаимодействию жидкого металла с кислородом воздуха и, как следствие этого, - к насыщению сплава оксидными включениями.
Известен и наиболее близок по технической сущности способ получения отливок, который предусматривает погружение формы с горизонтальным разъемом в ванну с металлом, выдержку до затвердевания в ней металла, подъем формы с кожухом до уровня контакта кожуха с зеркалом расплава и удаление отливки (авт. свид. СССР №931289, B22D 23/04, опубл. 30.05.82 г).
Недостатком такого способа также является структурная неоднородность отливки, которая связана с тем, что затвердевание металла в форме происходит по классической схеме литья в кокиль и, соответственно, тоже характеризуется анизотропией свойств металла по зонам отливки.
Техническим результатом является устранение анизотропии свойств по зонам отливок путем получения дисперсной равноосной кристаллической структуры по сечению, а также снижение насыщенности сплава оксидными включениями за счет исключения контакта расплава металла в ванне с воздухом.
Технический результат достигается тем, что форму с кожухом при погружении и затвердевании в ней отливки подвергают вибрированию, при этом зеркало металла изолировано от контакта с воздухом. При вибрации формы с кожухом в процессе заполнения металлом и затвердевания отливки в ней происходит образование дополнительных центров кристаллизации за счет двух источников: обламывания столбчатых кристаллов со стенок формы и образования зародышей в объеме расплава в результате кавитации. Вибрация за счет постоянного перемешивания расплава металла обеспечивает равномерное распределение центров кристаллизации по всему объему формы и получение дисперсной равноосной кристаллической структуры по сечению отливки. Исключение непосредственного контакта расплава в ванне с воздухом ограничивает количество кислорода, контактирующего с жидким металлом, и, соответственно, снижается количество образующихся оксидов, что обеспечивает более стабильный состав сплава.
Сущность заявляемого изобретения (на примере литья диска цилиндрической формы) поясняется чертежом (фиг. 1), где показано устройство для получения отливок в сборе на различных стадиях процесса. Устройство состоит из формы 1 с кожухом 2, ванны 3 с жидким металлом 4. В кожухе имеются отверстия 5 для заполнения формы жидким металлом и получения отливки 6. Для герметизации зазора между кожухом и ванной устанавливается манжета 7 из термостойкого асбестового материала с графитовой смазкой.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент (фиг 1, а) вибрируемая с определенной частотой и амплитудой форма 1 (параметры вибрации зависят от типа сплава) с кожухом 2 погружается в ванну 3 с жидким металлом 4 (фиг. 1, б), который через отверстия 5 в кожухе заполняет форму и затвердевает в ней. Вибрация продолжается до окончания затвердевания отливки 6, после чего форма с кожухом извлекается из жидкого металла до уровня контакта нижней части кожуха с зеркалом расплава (фиг. 1, в), минимизируя тем самым контакт с воздухом, а верхняя часть формы извлекается из кожуха для удаления отливки.
Предлагаемый способ получения отливок был апробирован на широкоинтервальном алюминиевом сплаве АК7 (ГОСТ 1583-93) при литье отливки в виде диска диаметром 160 мм и высотой 40 мм. Для данного сплава температура ликвидус, которая определена методом термического анализа, составляла 616°C, сплав перегревали до 720°C. Полученная отливка, практически, по всему сечению имела дисперсную равноосную кристаллическую структуру (дисперсность кристаллов в 3-5 раз выше, чем в контрольной отливке), что обеспечило изотропность свойств металла по зонам отливки. При этом прочностные характеристики металла возросли на 10-15%, а пластические - на 55-60%.
Таким образом, вибрирование литейной формы с кожухом в процессе заполнения и кристаллизации металла в ней гарантированно обеспечивает получение отливок с дисперсной равноосной структурой, что исключает анизотропию свойств металла по сечению, а исключения контакта расплава металла в ванне с воздухом обеспечивает стабильный состав сплава.