СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК
METHOD OF RECEIVING OF STEEL CASTINGS

Изобретение относится к способам изготовления отливок с использованием термитной смеси и может быть использовано в машиностроительной отрасли.
Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъемных разовых формах, изготавливаемых с использованием выплавляемых, растворяемых или выжигаемых моделей однократного использования. В процессе литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) выполняют следующие технологические операции: в пресс-формах изготовляют модели деталей и литниково-питающей системы, для чего используют воскообразные легкоплавкие материалы, составы на основе смол и пластмасс, сплавы солей. Модели соединяют в блоки (спаиванием, склеиванием, механическим скреплением) и наносят на них слои суспензии из связующего раствора и пылевидного огнеупорного материала. Слои суспензии для их упрочнения и лучшей взаимной связи обсыпают песком и сушат. Число наносимых слоев различно: от трех-четырех до 20 и более в зависимости от металлоемкости и назначения формы. Из полученной многослойной неразъемной оболочковой формы удаляют выплавлением, растворением или выжиганием модельный состав. В ряде случаев, в целях защиты оболочки от силовых и термических воздействий на последующих операциях блоки с готовой оболочкой до или после удаления моделей заформовываются в сыпучий или содержащий связующее опорный наполнитель.
Освобожденные от модельного состава оболочки отдельно или в опорном наполнителе прокаливают для удаления органических остатков модельных и связующих материалов, после чего горячие или охлажденные формы заливают расплавом [Специальные способы литья: Справочник/В.А.Ефимов, Г.А.Анисович, В.Н.Бабич и др.; Под общ. ред. В.А.Ефимова. - M.: Машиностроение, 1991. - С.197-230].
Реализация способа позволяет обеспечить возможность изготовления фасонных отливок из любых литейных сплавов, в т.ч. сложных по конфигурации и тонкостенных, максимально приближенных по форме и размерам к готовой детали, что снижает трудоемкость и стоимость изготовления изделий, сокращается расход металла и инструмента, потребность в производственных площадях, станочном оборудовании и приспособлениях.
Недостатками известного способа-прототипа являются: отсутствие возможности использования отходов металлургического производства; длительность технологического процесса получения отливок; большое количество операций, используемых в технологическом цикле.
Задачами заявляемого способа являются: использование отходов металлургического производства (окалины, стружки черных металлов) для получения стальных отливок; сокращение длительности технологического процесса получения отливок; сокращение числа операций, используемых в технологическом процессе.
Указанные задачи достигаются заявляемым способом получения стальных отливок, включающим изготовление модельного блока, получение оболочковой неразъемной формы нанесением слоев огнеупорной суспензии на модельный блок, формовку оболочковой формы в огнеупорный наполнитель и ее прокалку, при этом модельные блоки изготавливают прессованием термитной шихты, содержащей железоалюминиевый термит, ферросплавы и связующий материал, воспламеняют модельный блок для осуществления экзотермической реакции с образованием в оболочковой форме стального расплава. Кроме того, воспламенение термитной смеси производят в верхней части модельного блока при помощи, например, газопламенной горелки.
Известные признаки заявляемого способа: изготовление модельного блока, получение оболочковой неразъемной формы нанесением слоев огнеупорной суспензии на модельный блок, формовка оболочковой формы в огнеупорный наполнитель и ее прокалка.
Отличительные признаки: модельные блоки изготавливают прессованием термитной шихты, содержащей железоалюминиевый термит, ферросплавы и связующий материал, воспламеняют модельный блок для осуществления экзотермической реакции с образованием в оболочковой форме стального расплава.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками и получаемыми техническими результатами достигается посредством использования в качестве компонентов прессуемой термитной шихты отходов металлургического производства, в частности окалины и стружки черных металлов; воспламенение модельного блока для осуществления экзотермической реакции с образованием в оболочковой форме стального расплава позволяет сократить длительность технологического процесса и число операций, устраняя из технологического процесса операции выплавления модельной массы из оболочковой формы и приготовления расплава жидкой стали в печах. Благодаря составу термитной шихты, включающему железоалюминиевый термит и ферросплавы, в процессе экзотермической реакции получают расплав стали заданного химического состава, который при затвердевании формирует тело отливки.
Заявляемый способ получения стальных отливок осуществляется с помощью устройства, представленного на фиг.1 и 2, где на фиг.1 показан разрез литейной опоки перед воспламенением модельного блока, а на фиг.2 - разрез литейной опоки после формирования стальной отливки.
На фигурах представлен модельный блок 1 с нанесенной оболочковой неразъемной формой 2, установленной в опорном наполнителе 3, который засыпан в литейную опоку 4. К модельному блоку 1 подведена газопламенная горелка 5.
Заявляемый способ получения стальных отливок осуществляют следующим образом.
Прессованием металлотермической шихты, состоящей из железоалюминиевого термита (22% алюминиевого порошка, 52% окалины, 2% плавикового шпата, 19% молотого шамота, 5% формовочной глины), ферросплавов и воскообразного модельного материала, изготавливают модельный блок 1 с литниково-питающей системой (фиг.1). В качестве ферросплава может быть использован, например, для получения отливки из стали по химическому составу соответствующей Ст45 порошок ферросилиция ФС-45 фракции 0,5 мм, с содержанием кремния 44%, остальных элементов не более: S=0,02%, Р=0,05%, Аl=2%, Mn=0,6%, Cr=0,5%, С=0,2%. На модельный блок наносят слои суспензии из связующего раствора и огнеупорного материала, например графита, формируя оболочковую форму 2. Слои суспензии для их упрочнения и лучшей взаимной связи обсыпают графитом и сушат. Число наносимых слоев различно: от трех-четырех до 20 и более в зависимости от металлоемкости и назначения стальных отливок.
В целях защиты оболочковой формы 2 от силовых и термических воздействий на последующих операциях модельный блок 1 с готовой оболочковой формой 2 помещают в опоку 4 и заформовывают в сыпучий или содержащий связующее опорный наполнитель 3. Оболочковую форму 2, установленную в опорный наполнитель 3 опоки 4, прокаливают для удаления органических остатков модельных и связующих материалов, в результате чего образуется пиролитический углерод, который усваивается образующимся в дальнейшем расплавом.
После этого в горячей оболочковой форме 2, находящейся в опоке 4, производят воспламенение термитного материала литниково-питающей системы модельного блока, например, газопламенной горелкой 5. Процесс горения протекает быстро, последовательно распространяясь на весь объем термитного материала, и проходит в общем по экзотермической реакции:
2
3
2
3
p
2Аl+FеО=2Fe+АlO+Q',
'
p
где Q  - теплота экзотермической реакции, протекающей в оболочковой форме 2, обеспечивающая расплавление всех компонентов модельного блока 1.
При этом в оболочковой форме 2 образуется расплав стали, который затем затвердевает, формируя стальную отливку. В процессе прохождения термитной реакции образуется шлак, который всплывает в полном объеме в верхнюю часть оболочковой формы 2. Стальная отливка охлаждается в оболочковой форме 2 и извлекается из нее традиционным способом.
Данный способ осуществляется посредством использования традиционной оснастки и доступных материалов, что обеспечивает его промышленную применимость.