способ получения отливок из свинцовистых бронз

Формула изобретения

Способ получения отливок из свинцовистых бронз, включающий нагрев литейной формы до температуры 280-320°С, нанесение на нагретую поверхность формы обмазки следующего состава, вес.%:

индустриальное масло	80-85
ультрадисперсный порошок оксидов металлов	15-20

заливку в форму свинцовистой бронзы и охлаждение до комнатной температуры на воздухе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления мелкогабаритных и среднегабаритных литых изделий на основе медных сплавов, работающих в условиях интенсивного износа трения.

Известен способ улучшения качества поверхности и свойств поверхностного слоя отливок из медных сплавов с помощью покрытий литейной формы (Бедель В.К. Кокильное литье цветных сплавов. - М.: Наука и техника. - 1944). На поверхность нагретой до температуры 250-300°С литейной формы наносят обмазку, состоящую из 96% (весовых) машинного масла и 4% графита порошкообразного. Этот способ позволяет получать достаточно чистую и однородную по свойствам поверхность формы.

К недостаткам способа относятся склонность к газообразованию машинного масла в момент соприкосновения с жидким металлом, вследствие чего отливки часто получаются с газовыми раковинами.

Известен способ получения равномерной структуры и повышения механических свойств бронз марок БрОС 10-10 и БрОЦС 5-5-5 путем повышения температуры нагрева формы до 600-800°С (Бараданьянц В.Г. Свойства отливок из медных сплавов, изготовленных по выплавляемым моделям // Литейное производство. - 1957. - № 5. - С.10-12).

К недостаткам данного способа относятся незначительное повышение механических свойств (предел прочности возрастает на 5-10%, твердость падает на 7-11%, относительное удлинение возрастает в 2-2,3 раза), а также технологическая трудность обеспечения столь высоких температур нагрева литейной формы и необходимость значительных затрат энергии на нагрев.

Известен способ улучшения качества поверхности отливок из сталей и алюминиевых сплавов (Крушенко Г.Г., Москвичев В.В., Буров А.Е. Применение нанопорошков химических соединений при производстве металлоизделий // Тяжелое машиностроение. - 2006. - № 9). На поверхность формы наносится стандартная огнеупорная краска (порошок окиси цинка ZnO, жидкое стекло Na₂ SiO₃, вода) с добавкой в нее нанопорошка нитрида кремния Si₃N₄. Это дает возможность увеличить чистоту поверхности в 1,6 раза.

К недостаткам способа относятся необходимость дополнительных затрат времени на сушку нанесенного покрытия, а также слабое влияние на свойства поверхностного слоя из-за относительно высокой теплопроводности используемого нанопорошка.

Известен способ повышения механических свойств углеродистых сталей (Усков И.В., Крушенко Г.Г., Миллер Т.Н., Пинкин В.Ф. Формирование и свойства поверхностно-легированного слоя в отливке. - Литейное производство. - 1992. - № 11. - С.3) с помощью легирующего покрытия формы. При этом в качестве покрытия используется смесь порошкового сплава ПГ-СР4, стандартного связующего и ультрадисперсного порошка карбонитрида титана TiCN в количестве 0,06% (по массе). Смесь наносят на рабочую поверхность литейной формы. Использование такого покрытия дает увеличение твердости поверхности на 34%, относительной износостойкости на 43%.

Недостатком данного способа является достаточная сложность и дороговизна такого покрытия, а также невозможность использовать его в таком качестве для медных сплавов из-за более низкой температуры заливки. Также карбонитрид титана TiCN не используют для легирования медных сплавов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения отливок из медных сплавов при центробежном литье (патент РФ № 2297300 от 20.04.2007, В22С 3/00). Способ включает нагрев литейной формы, нанесение на нагретую поверхность формы обмазки следующего состава, вес.%: 80-85 индустриальное масло, 15-20 ультрадисперсный порошок оксидов металлов, заливку и охлаждение отливки.

Недостатком данного способа является ограниченность применения, способ предназначен для центробежного литья, а также невозможность повышения механических свойств более чем на 10% за счет его использования.

Задачей прелагаемого технического решения является повышение механических свойств свинцовистых бронз формированием сферических включений свинца в бронзовой отливке.

Для достижения указанного технического результата в способе получения отливок из свинцовистых бронз осуществляют нагрев литейной формы до температуры 280-320°С, на нагретую поверхность формы наносят обмазку состава:

80-85% (весовых) индустриальное масло,

15-20% ультрадисперсный порошок оксидов металлов,

затем в форму заливают свинцовистую бронзу и охлаждают до комнатной температуры на воздухе.

Нанесенный на поверхность литейной формы защитно-разделительный слой препятствует непосредственному контакту расплавленного металла с металлической формой. Нагретая до температуры 280-320°С литейная форма обеспечивает значительно менее интенсивный теплоотвод, поэтому залитый металл будет дольше находиться в расплавленном состоянии в литейной форме.

Увеличению времени нахождения в расплавленном состоянии заливаемого металла в литейной форме будет способствовать и выгорание индустриального масла из защитно-разделительного покрытия.

Большее время нахождения в форме в расплавленном виде позволяет эффективнее удалить газы из расплавленного металла. Замедление скорости охлаждения приведет к выравниванию структуры по сечению отливки (небольшое отличие в величине зерна у поверхности отливки и в центральной зоне). При этом более длительный процесс кристаллизации сплава приводит к сфероидизации свинцовых включений. При разделении жидкой эмульсии свинца и меди на составляющие у свинцовых включений появляется время на образование капельной формы за счет больших сил поверхностного натяжения (480 мН/м), чем у меди (135 мН/м).

Округлая форма свинцовых включений служит меньшим концентратором напряжения в структуре сплава, обеспечивая более высокие механические свойства.

Предварительный подогрев литейной формы до температуры ниже 280°С не позволит получить включения свинца сферической формы, в результате чего механические свойства отливки получаться ниже. В случае предварительного нагрева до температуры более 320°С произойдет укрупнение частиц свинца и значительный рост зерна, что также отрицательно скажется на механических свойствах.

Пример 1

На нагретую до температуры 280°С литейную форму наносят обмазку следующего состава:

85% (весовых) индустриального масла;

15% ультрадисперсного порошка оксида алюминия со средним размером частиц 0.2-0.3 мкм.

Затем в форму заливают бронзу из ряда свинцовистых бронз марки БрС10 и охлаждают до комнатной температуры на воздухе, затем извлекают отливку. Полученная структура обеспечивает увеличение ударной вязкости на 21%, предела прочности на 13% по сравнению с отливкой, полученной без применения обмазки и залитую в форму комнатной температуры.

Пример 2

На нагретую до температуры 320°С литейную форму наносят обмазку следующего состава:

80% (весовых) индустриального масла;

20% ультрадисперсного порошка оксида алюминия со средним размером частиц 0.2-0.3 мкм.

Затем в форму заливают бронзу из ряда свинцовистых бронз марки БрС30 и охлаждают до комнатной температуры на воздухе, затем извлекают отливку. Полученная структура обеспечивает увеличение ударной вязкости на 28%, предела прочности на 19% по сравнению с отливкой, полученной без применения обмазки и залитую в форму комнатной температуры.

Пример 3

На нагретую до температуры 300°С литейную форму наносят обмазку следующего состава:

82% (весовых) индустриального масла;

18% ультрадисперсного порошка диоксида циркония со средним размером частиц 0.2-0.3 мкм.

Затем в форму заливают бронзу из ряда свинцовистых бронз марки БрС30 и охлаждают до комнатной температуры на воздухе, затем извлекают отливку. Полученная структура обеспечивает увеличение ударной вязкости на 25%, предела прочности на 17% по сравнению с отливкой, полученной без применения обмазки и залитую в форму комнатной температуры.