PL B1. Sposób i urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza żeliwa

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. B22D 17/00 ( ) B22D 27/02 ( ) B22D 27/04 ( ) (54) Sposób i urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza żeliwa (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT ODLEWNICTWA, Kraków, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/14 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/15 (72) Twórca(y) wynalazku: WOJCIECH WIERZCHOWSKI, Kraków, PL MAREK KRANC, Wieliczka, PL TADEUSZ GROCHAL, Wieliczka, PL KRZYSZTOF JAŚKOWIEC, Kraków, PL ANDRZEJ GWIŻDŻ, Kraków, PL ZENON PIROWSKI, Kraków, PL WALDEMAR UHL, Wieliczka, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza z żeliwa. Znane sposoby wytwarzania odlewów o strukturze tiksotropowej składają się z dwóch odrębnych procesów technologicznych. Pierwszego, procesu wymuszania krystalizacji niedendrytycznej fazy pierwotnej stopu, polegającego na mieszaniu mechanicznym, bądź elektrohydromagnetycznym kąpieli metalowej w czasie jej stygnięcia od temperatury przegrzania powyżej temperatury likwidus do temperatury w zakresie likwidus-solidus. Metody te stosowane są na skalę przemysłową w przetwórstwie stopów aluminium i magnezu. Znana jest też metoda chłodzącej płyty pochyłej SCP, polegająca na szybkim zarodkowaniu fazy pierwotnej stopu w czasie jego przepływu po płycie metalowej, zazwyczaj miedzianej, dzięki czemu istnieją warunki sprzyjające dla procesu wzrostu dużej ilości trwałych zarodków fazy pierwotnej równomiernie rozłożonych w objętości wlewka, metoda ta stosowana jest tylko w laboratoriach badawczych. I drugiego procesu - procesu kształtowania odlewów o strukturze tiksotropowej poprzez kucie, prasowanie lub odlewanie. Znany z opisu patentowego PL sposób otrzymywania odlewów tiksotropowych polega na tym, że ciekły stop wlewa się bezpośrednio do komory maszyny ciśnieniowej urządzenia, gdzie poddaje się go działaniu wirującego pola elektromagnetycznego do czasu uzyskania temperatury likwidu-solidus, struktury reokast, następnie stop upłynnia się pod siłowym działaniem tłoka maszyny ciśnieniowej i pod jego działaniem przetłacza przez układ wlewowy do wnęki formy ciśnieniowej, gdzie krzepnie w warunkach działania ciśnienia doprasowania, a urządzenie zbudowane jest z poziomej komory maszyny ciśnieniowej zaopatrzonej w otwór wlewowy, tłok i układ wlewowy, a na zewnątrz komory ciśnieniowej zainstalowane są cewki indukujące wirujące pole elektromagnetyczne. Metoda i urządzenie stosowane jest do stopów niskotopliwych na bazie aluminium i magnezu. Sposób wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza z żeliwa, według wynalazku polega na tym, że wlewek wykonany ze stopu wysokotopliwego podgrzewa się do założonej temperatury procesu potrzebnej do jego upłynnienia, najkorzystniej zawartej w przedziale od Ts do T L +10K, następnie spuszcza się go z wysokości zapewniającej laminarny przepływ upłynnionego strumienia stopu na powierzchnię kanału przepływowego w komorze pośredniej, z której bezpośrednio wprowadza się go do urządzenia odlewniczego. Urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej, zwłaszcza z żeliwa i stopów wysokotopliwych według wynalazku zbudowane jest z pionowej kolumny spadania o kształcie rury o średnicy wewnętrznej większej od średnicy wewnętrznej zamkniętego tygla bez dna podłączonego do niej osiowo od góry, przy czym pomiędzy kolumną spadania a tyglem zainstalowana jest wymienna zastawka, z kolei od dołu kolumna spadania podłączona jest do urządzenia odlewniczego poprzez komorę pośrednią z kanałem przelotowym pochyłym, lub z kanałem przelotowym o kształcie odwróconego stożka ściętego, w którym średnica dolna jest mniejsza od średnicy wewnętrznej tygla, przy czym korzystnie kolumna spadania zbudowana jest z dwóch przesuwnych części dla umożliwienia regulacji wysokości spadania, a z kolei zastawka wykonana jest z materiału, który ulega degradacji w założonej temperaturze procesu potrzebnej do upłynnienia wlewka, lub wykonana jest z materiału trwałego w postaci ruchomej odsuwanej płytki. W sposobie i urządzeniu według wynalazku zastosowanie etapu spadania upłynnionego stopu powoduje rozpraszanie energii kinetycznej stopu po zderzeniu z powierzchnią komory pośredniej i jest czynnikiem przeciwdziałającym krystalizacji dendrytycznej. Jest to także najszybszy z możliwych sposobów transportu stopu od miejsca jego upłynnienia do urządzenia realizującego proces kształtowania wyrobu przed zakrzepnięciem stopu, przez co unika się strat ciepła podczas transportu w pośrednich naczyniach takich jak palety i tygle, co mogłoby powodować zakrzepnięcie stopu przed wprowadzeniem go do formy. Przepływ stopu przez komorę pośrednią jest laminarny. Temperatura procesu zależy od gatunku stopu i rodzaju struktury wyjściowej materiału wlewka. Dla wlewka w stanie lanym, temperatura procesu najkorzystniej zawarta jest w przedziale (T L -10K, T L +10K), a dla wlewka posiadającego już strukturę tiksotropową wcześniej wytworzoną temperatura procesu mieści się w przedziale (Ts, T L ). Takie wartości temperatury zapewniają płynność stopu wystarczającą do gwałtownego opadnięcia w dół do wnętrza komory pośredniej. Z punktu widzenia przeciwdziałania krystalizacji dendrytycznej korzystna jest duża wysokość spadania, ale ogranicza ją konieczność zapewnienia laminarnego przepływu metalu do urządzenia odlewniczego, co zależy od właściwości stopu i od temperatury procesu.

3 PL B1 3 Stosując sposób i urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej według wynalazku otrzymuje się odlewy o strukturze tiksotropowej w ramach jednego odlewniczego cyklu produkcyjnego. Korzystnie wlewki w stanie lanym wykonywane są metodą odlewania ciągłego. Przykład sposobu wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza z żeliwa. Wlewek 1 wykonany z żeliwa szarego o zawartości 2,92% mas. C; 1,89% mas. Si po pomiarze temperatury likwidus T L =1255 C podgrzewa się do temperatury 1265 C w zamkniętym tyglu bez dna 2, a następnie spuszcza się upłynniony stop przez komorę spadania 5 o wysokości 50 cm do wnętrza komory pośredniej 7, która zapewnia laminarny przepływ strumienia, z której bezpośrednio wprowadza się stop do wnęki maszyny odlewniczej 8. Wyrób otrzymany sposobem według wynalazku ma strukturę granularną fazy pierwotnej, co zapewnia izotropowość właściwości mechanicznych i nie wykazuje nieciągłości pochodzących ze skurczu strukturalnego; jeżeli kształtowanie wyrobu realizowane jest metodą ciśnieniową w formie metalowej, otrzymuje się odlew na gotowo z niewielkim naddatkiem na odcięcie. Przykłady urządzenia do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza żeliwa w przykładach wykonania przedstawione są na rysunkach, na fig. 1 urządzenie z komorą pośrednią z pochyłym kanałem przelotowym, fig. 2 urządzenie z komorą pośrednią z kanałem przelotowym o kształcie odwróconego stożka ściętego. P r z y k ł a d I Urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza z żeliwa według wynalazku zbudowane jest z pionowej kolumny spadania 5 o kształcie rury o średnicy wewnętrznej większej od średnicy wewnętrznej zamkniętego tygla bez dna 2, wyposażonego w cewkę indukcyjną 3, podłączonego do kolumny do spadania 5 osiowo od góry. Pomiędzy kolumną spadania 5 a tyglem 2 zainstalowana jest zastawka 4 z materiału, który ulega degradacji w założonej temperaturze procesu potrzebnej do upłynnienia wlewka. Od dołu kolumna spadania 5 podłączona jest do maszyny odlewniczej poprzez komorę pośrednią 7 z pochyłym kanałem przelotowym, który podłączony jest do komory 8 maszyny ciśnieniowej. Kolumna spadania 5 zbudowana jest z dwóch przesuwnych cylindrów i pierścieni dystansowych 6. P r z y k ł a d II Urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza z żeliwa według wynalazku zbudowane jest z pionowej kolumny spadania 5 o kształcie rury o średnicy wewnętrznej większej od średnicy wewnętrznej zamkniętego tygla bez dna 2, wyposażonego w cewkę indukcyjną 3, podłączonego do kolumny spadania 5 osiowo od góry. Pomiędzy kolumną spadania 5 a tyglem 2 zainstalowana jest zastawka 4 z materiału, który ulega degradacji w założonej temperaturze procesu potrzebnej do upłynnienia wlewka. Od dołu kolumna spadania 5 podłączona jest do urządzenia odlewniczego poprzez komorę pośrednią z kanałem przelotowym o kształcie odwróconego stożka ściętego 7, w którym średnica dolna jest mniejsza od średnicy wlewka. Kolumna spadania 5 zbudowana jest z dwóch przesuwnych cylindrów i pierścieni dystansowych 6. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza z żeliwa polegający na podgrzewaniu stopu do temperatury upłynnienia, znamienny tym, że wlewek wykonany ze stopu wysokotopliwego podgrzewa się do założonej temperatury procesu potrzebnej do jego upłynnienia zawartej najkorzystniej w przedziale od T S do T L +10K, a następnie spuszcza się go z wysokości zapewniającej laminarny przepływ upłynnionego strumienia stopu na powierzchnię kanału przepływowego w komorze pośredniej, z której bezpośrednio wprowadza się go do urządzenia odlewniczego. 2. Urządzenie do wykonywania odlewów o strukturze tiksotropowej ze stopów wysokotopliwych, zwłaszcza z żeliwa, znamienne tym, że zbudowane jest z pionowej kolumny spadania (5) o kształcie rury o średnicy wewnętrznej większej od średnicy wewnętrznej zamkniętego tygla (2) bez dna podłączonego do niej osiowo od góry, przy czym pomiędzy kolumną spadania (5), a tyglem 2 zainstalowana jest wymienna zastawka (4), z kolei od dołu kolumna spadania (5) podłączona jest do urządzenia odlewniczego poprzez komorę pośrednią (7) z kanałem przelotowym pochyłym, lub z kanałem przelotowym o kształcie odwróconego stożka ściętego, w którym średnica dolna jest mniejsza od średnicy

4 4 PL B1 wewnętrznej tygla (2), przy czym korzystnie kolumna spadania (5) zbudowana jest z dwóch przesuwnych części dla umożliwienia regulacji wysokości spadania, z kolei zastawka (4) wykonana jest z materiału, który ulega degradacji w założonej temperaturze procesu potrzebnej do upłynnienia wlewka, lub wykonana jest z materiału trwałego w postaci ruchomej odsuwanej płytki. Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)