Проба для контроля трещиноустойчивости и жидкотекучести металла

Предлагаемая полезная модель относится к области литейного производства.
В уровне техники известно изобретение по авторскому свидетельству № 448361, опубликованное 30.10.1974, «Проба для контроля трещиноустойчивости металла». В предложенной пробе пластина выполнена в виде клина и снабжена по оси симметрии с внутренней стороны П-образного сечения ребром. Это уменьшает типоразмеры проб и создает возможность управления развитием горячей трещины. В неподатливой форме литейная усадка металла в данной пробе в температурном интервале хрупкости практически отсутствует, в результате чего в середине верхней части пробы образуется и развивается горячая трещина. Трещиноустойчивость металла измеряют длиной П-образного сечения пробы в том месте, где кончается трещина.
Недостатком изобретения является то, что по данной пробе можно определить только одно свойство стали - трещиноустойчивость. Кроме того, в данной пробе точность контроля свойства стали - трещиноустойчивости находится в прямой зависимости от состава формовочной смеси или стержневой смеси. Физико-механические свойства формовочной смеси или стержневой смеси могут изменяться в технологически заданном диапазоне, поэтому смеси имеют различную прочность. При заливке металла в форму происходит линейная усадка пробы. При этом различная прочность формовочной смеси или стержневой смеси будет влиять на результат точности контроля трещиноустойчивости, так как у пробы треугольной формы линейная усадка происходит по всей плоскости пластины. Чем прочнее смесь, тем более будут выражены образующиеся горячие трещины, соответственно, точность контроля трещиноустойчивости будет выше и чем меньше прочность смеси, тем точность контроля трещиноустойчивости будет ниже.
В уровне техники также известно изобретение по авторскому свидетельству № 637625, опубликованное 15.12.1978, «Проба для контроля трещиноустойчивости металла». Предлагаемая проба выполнена в виде двух массивных элементов, соединенных перемычками, имеющими одинаковую длину и различные площади поперечного сечения. Проба изготавливается отливкой в форму, и появляющиеся при затвердевании металла трещины в перемычках позволяют осуществить объективный контроль трещиноустойчивости металла при отливке. Поскольку перемычки имеют различное сечение, то количество перемычек, в которых появились трещины, будет служить критерием при контроле.
Недостатком данной пробы является неравномерное заполнение металлом перемычек, и как следствие разности температур перемычек в момент начала движения металла по перемычке, что дает неточность при контроле трещиноустойчивости разных проб одной плавки. Недостатком изобретения является также то, что по данной пробе можно определить только одно свойство стали - трещиноустойчивость. Данное изобретение принимается в качестве прототипа.
Предлагаемой полезной моделью решается проблема улучшения качества отливок, уменьшения количества брака. При этом достигается следующий технический результат: повышение точности контроля трещиноустойчивости и жидкотекучести металла.
Технологическая проба изготавливается в форме для заливки металлом. Форма состоит из 3-х стержней: нижний стержень, поз. 1, стержень центральный, поз. 2, и верхний стержень, поз. 3.
Предлагаемая проба включает в себя: стояк, поз. 4, нижнюю пластину, поз. 5, верхнюю пластину, поз. 6, которые образуются в полостях нижнего стержня и верхнего стержня соответственно после заливки металла в форму, цилиндрические перемычки, поз. 7, которые образуются в цилиндрических каналах, поз. 9, центрального стержня и цилиндрические элементы, поз. 8, которые образуются в цилиндрических каналах, поз. 9, центрального стержня после заливки металла в форму.
Технический результат достигается за счет того, что: проба состоит из верхней пластины 6 и нижней пластины 5, верхняя пластина 6 и нижняя пластина 5 располагаются параллельно друг другу, верхняя пластина и нижняя пластина соединены цилиндрическими перемычками, цилиндрических элементы соединены только с нижней пластиной, цилиндрические перемычки и цилиндрические элементы равноудалены от вертикальной оси симметрии пробы, проходящей через центр нижней пластины 5 и верхней пластины 6, подвод металла осуществляется через нижнюю пластину, высота цилиндрической перемычки (h) превышает ширину нижней пластины (s), цилиндрические перемычки имеют одинаковую площадь поперечного сечения, цилиндрические элементы, имеют различную площадь поперечного сечения, при этом площадь поперечного сечения цилиндрической перемычки больше чем площадь поперечного сечения цилиндрического элемента.
Нижняя и верхняя пластины расположены параллельно друг другу, что необходимо для того, чтобы вектор направления растягивающих сил, возникающих в металле, располагался вдоль вертикальной оси симметрии пробы, что оказывает влияние на возникновение горячих трещин в цилиндрических перемычках. При этом подвод металла в нижнюю пластину, соединенную с цилиндрическими перемычками и элементами обеспечивает продвижение металла в пробе снизу вверх, что обеспечивает противодействие растягивающим силам, возникающим в металле при его кристаллизации в цилиндрических каналах, что способствует возникновению напряжений, которые проявляются в виде горячих трещин в цилиндрических перемычках в местах соединения с пластинами.
Площади поперечных сечений цилиндрических перемычек должны быть одинаковые, чтобы растягивающие усилия, возникающие в процессе кристаллизации в металле при его усадке, распределялись равномерно, что приводит к повторяемости возникновения горячих трещин. Высота цилиндрической перемычки должна быть больше ширины нижней пластины, так как в противном случае, усадка жидкого металла в цилиндрической перемычке приведет к уменьшению растягивающих напряжений, возникающих в жидком металле, в результате чего, горячие трещины не будут образовываться. Таким образом, соблюдение вышеизложенного приведет к возникновению горячих трещин, их повторяемости, соответственно, к повышению точности контроля трещиноустойчивости.
У цилиндрических каналов различные площади поперечных сечений, площадь поперечных сечений у цилиндрических перемычек больше чем у цилиндрических элементов. Поэтому под действием физических законов (принцип сообщающихся сосудов и закон Паскаля, известных из уровня техники) в цилиндрических каналах происходит образование пленки из тугоплавких оксидов на открытой поверхности металла, которая препятствует естественному подъему жидкости в цилиндрических каналах с образованием цилиндрических элементов. Различная площадь поперечных сечений цилиндрических элементов обеспечивает ступенчатую регулировку объема поступаемого жидкого металла, что позволяет обеспечить разную высоту (h) подъема поступаемого жидкого металла в цилиндрических элементах, необходимую для измерения и контроля с высокой точностью жидкотекучести для разных сплавов. Если площади поперечных сечений цилиндрических элементов будут одинаковыми, то жидкий металл в них либо вообще не зальется, либо все из них зальются до верхней пластины и жидкотекучесть невозможно будет определить.
После полного затвердевания металла, проба выбивается из формы и производится анализ свойств металла. Трещиноустойчивость определяется в цилиндрических перемычках, а жидкотекучесть в цилиндрических элементах. Качество изготовленного металла определяется по следующим показателям:
для жидкотекучести за основу берем показатель - высоту (h) цилиндрического элемента;
для трещиноустойчивости за основу берем показатель - количество и протяженность образованных горячих трещин.
Полезная модель поясняется фиг. 1, на которой изображена форма для заливки металлом, в которой изготавливается технологическая проба.
Полезная модель поясняется фиг. 2 в частном варианте исполнения. На фиг. 2 показаны: стояк, поз. 4, нижняя пластина, поз. 5, верхняя пластина, поз. 6, цилиндрические перемычки, поз. 7, и цилиндрические элементы, поз. 8, ось симметрии пробы, поз. 10.
На фиг. 3 (вид сверху) изображены цилиндрические каналы разного сечения, поз. 9.
На фиг. 4 и на фиг. 5 представлены фотографии опытного образца пробы.
Цилиндрические перемычки и цилиндрические элементы в частном варианте исполнения могут располагаться равноудаленно от вертикальной оси симметрии пробы, поз. 10, что окажет влияние на одновременность заполнения всех цилиндрических каналов. Это, в свою очередь, обеспечит одинаковое распределение температурных характеристик во всех цилиндрических каналах одной пробы, так как начальная температура заполнения цилиндрических каналов, в которых будут образовываться цилиндрические перемычки и цилиндрические элементы, будет одинаковая.
Цилиндрические перемычки и цилиндрические элементы в частном варианте исполнения могут располагаться по окружности.
Верхняя и нижняя пластина в частном варианте исполнения могут быть выполнены в форме цилиндров. Тогда расстояние между верхней и нижней цилиндрическими пластинами (H) превышает ширину нижней цилиндрической пластины (s), которая равна по величине диаметру ее основания.
В частном варианте исполнения верхняя пластина может иметь сквозное отверстие.
Таким образом, в частном варианте исполнения стояк, нижняя и верхняя пластины могут быть цилиндрической формы, стояк может находиться в центре пробы, то есть его вертикальная ось симметрии будет совпадать с вертикальной осью симметрии пробы, поз. 10, а цилиндрические перемычки и цилиндрические элементы могут быть при этом равноудалены от центра стояка и располагаться по окружности, а верхняя пластина может иметь сквозное отверстие.
/
В литейных цехах предприятия Акционерного Общества «Научно-производственная Корпорация «Уралвагонзавод» в частном варианте исполнения полезной модели, в опытных пробах, количество цилиндрических каналов формируют в количестве 8 штук. Нижняя и верхняя пластины выполнены форме цилиндров. Верхняя пластина имеет сквозное отверстие. Чем больше формируют цилиндрических каналов, тем больше размер и масса пробы. Разница в величинах диаметров оснований цилиндрических перемычек и цилиндрических элементов может быть любой, так как не влияет на достижение технического результата. В опытных пробах в литейных цехах предприятия Акционерного Общества «Научно-производственная Корпорация «Уралвагонзавод» 4 цилиндрических канала формируют с диаметром основания равном 20 мм, а остальные 4 цилиндрических канала формируют различных диаметров, но меньше чем 20 мм. Диаметры оснований цилиндрических перемычек и цилиндрических элементов отличаются друг от друга не более чем на 2 мм. В опытных пробах высота нижней цилиндрической пластины не более 30 мм и диаметр ее основания не менее 150 мм, при этом высота нижней пластины (h) превышает диаметр цилиндрической перемычки (d). Цилиндрические перемычки и цилиндрические элементы равноудалены от центра стояка, находящегося в центре пробы и расположены по окружности.
Пробы используется на предприятии Акционерное общество «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» имени Ф.Э. Дзержинского» в литейных цехах для контроля жидкотекучести и трещиноустойчивости металла при изготовлении отливок «Рама боковая», «Балка надрессорная» и др. Этот факт свидетельствует о выполнении условия патентоспособности изобретений «промышленная применимость».
Источники информации
1. Авторское свидетельство на изобретение № 448361, опубликованное 30.10.1974, «Проба для контроля трещиноустойчивости металла».
2. Авторское свидетельство на изобретение № 637625, опубликованное 15.12.1978, «Проба для контроля трещиноустойчивости металла».