Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК 621.744.38:621. .74.045 (088.8) (72) Авторы изобретения В. М. Александров, Ю. П. Васин, Б. А. Кулаков, В. И;

А. Н. Логиновский, Б. Г. Иванов, М. Д. Поташников и ф. А. 1оцаретт, 1 = .ь

Челябинский политехнический институт им. Ленинскотйз комсомола-(71) Заявитель (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ПИРОЛИТИЧЕСКОГО

УГЛЕРОДА НА ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам нанесения покрытия пиролитического углерода на литейные формы для литья тугоплавких металлов и сплавов.

Известен способ нанесения пиролитического углерода на литейные формы за счет турбулизации потока смеси газов, создаваемой высокой скоростью подачи аргона, что приводит к большому расходу дорогостоящих инертных газов и удорожанию процесса (1).

Известно также техническое решение, согласно которому пироуглерод наносят на литейные формы, заформованные в псевдоожиженной засыпке из графитовых или других огнеупорных частиц.

Недостатками такого процесса являются низкая, производительность и недостаточно хорошее качество поверхности покрытия.

С целью увеличения производительности труда, уменьшения расхода газов, повышения равномерности отложения пироуглерода расход газовой смеси составляет 40 вЂ” 360 л/ч на

1 кг засыпки зернистостью 3 вЂ” 30 мм.

Способ осуществляется следующим образом.

Керамические формы, изготовленные по выплавляемым моделям, устанавливают в контейнер-реактор, свободный объем которого заполняют зернистой засыпкой, нагревают и затем обрабатывают смесью углеводо родного и инертного газов. В качестве засыпки целесообразно применять материалы с высокой теплопроводностью, обеспечивающие

5 быстрый прогрев форм, например графит, кокс (теплопроводность вЂ” 164 ккал/м г.

° град), зернистостью 3 вЂ” 30 мм. Применение графита или кокса зернистостью менее 3 мм .приводит к его спеканию в процессе обработ10 кп углеводородными газами, что затрудняет удаление форм из контейнера, а также пропускание газов в процессе обработки. Применение графита зернистостью более 30 мм резко снижает теплопроводность засыпки из-за

15 большого диаметра пор, что отрицательно сказывается на производительности процесса.

В случае применения мелкозернистой засыпки зернистостью 3 вЂ” 6 мм концентрация углеводородного газа составляет 80вЂ”

20 90 об. %, а при крупнозернистой засыпке размером 20 вЂ” 30 мм концентрация углеводородного газа в смеси с инертным составляет 40вЂ”

50 oo. %.

Формы в контейнере располагают таким об25 разом, что выходное сечение форм (литниковая чаша) примерно совпадает с уровнем засыпки, из которого газы выходят в атмосфеpv.

Применение зернистой засыпки полностью

30 подавляет процессы сажеобразования и тем

574267

55 самым позволяет вести процесс пропитки форм пироуглеродом при более высоких расходах и давлениях углеводородного газа, в несколько раз превышающих подобные параметры в известном способе.

В связи с тем, что процесс ведется в засыпке, расход газовой смеси необходимо относить не к единице площади поперечного сечения, а на 1 кг, зернистой засыпки. Это связано с тем, что часть газа расходуется на ,покрытие пироуглеродом засыпки.

В предлагаемом способе расход газов изменяется от 40 до 360 л/ч на 1 кг засыпки, что обеспечивает линейную скорость газового потока от 0,9 до 7,0 см/с, т. е. в 10 раз больше. Однако несмотря на увеличение расхода газов в 10 раз продолжительность предлагаемого способа по сравнению с известным сокращается в 25 40 раз, что обуславливает абсолютное сокращение расхода газов в 2,5вЂ”

4,0 раза.

При расходе газовой смеси более 360 л/ч на

1 кг засыпки не происходит существенного увеличения скорости отложения пироуглерода, а лишь снижается коэффициент использования газа. При расходе менее 40 л/ч на 1 кг засыпки процесс становится нетехнологичным.

Таким образом, в связи с высокими расходами углеводородных газов и сопротивлением, которое создает зернистая засыпка, образуется значительный градиент избыточного давления (0,03 вЂ” 0,6 атм) между наружной и внутренней стенками формы, в десятки раз .превышающей давление, создаваемое в известном техническом решении, что и обеспечивает наряду с диффузионным превалирующее значение принудительного движения газа через стенку формы, а следовательно, и высокую скорость процесса покрытия форм пироуглеродом.

Совокупность указанных факторов и обуславливает высокую производительность процесса, которая в 25 вЂ” 40 раз выше производительности известного способа.

Толщина пленки пироуглерода, полученная при,продолжительности процесса 1,5 ч, обеспечивает получение качественных отливок из титана и его сплавов с толщиной стенки более

200 мм, Указанная толщина стенки отливки является практически предельной в фасонном литье титана, При продолжительности .процесса 0,4 ч толщина пленки пироуглерода оказывается достаточной для получения качественных отливок с толщиной стенки до 20 мм.

При этом следует также отметить, что наличие зернистой засыпки в контейнере-реакторе равномерно распределяет поток вокруг наружной поверхности формы и тем самым

50 способствует равномерному отложению пироуглерода на ее рабочей поверхности.

Пример. Для покрытия,пироуглеродом электрокорундовые керамические шести- семислойные формы, изготовленные по выплавляемым моделям, помещают в контейнер, сделанный, например, из стали ЭИ-283, и засыпают графитом фракции 4 вЂ” 7 мм. Контейнер с формами загружают в печь и нагревают до

1050 i1100 С, При достижении заданной температуры через контейнер пропускают смесь углеводородного газа, пропана, (60 об, %) и инертного, например, аргона (40 об. о/о) при удельном расходе газовой смеси 150 л/ч на

1 кг засыпки, создавая при этом градиент избыточного давления между наружной и внутренними стенками формы 0,2 атм. При продолжительности процесса 0,7 ч количества отложив шегося на внутренней рабочей поверхности формы составляет 5 вЂ” 6 /о, что позволяет получать качественные отливки из сплавов титана без альфированного слоя. Качество полученных титановых отливок соответствует ТУ-01-294.

Предлагаемый способ обеспечивает высокую производительность процесса, значительную интенсификацию скорости отложения пироуглерода за счет создания значительного градиента избыточного давления между наружной и внутренней стенками формы; полное подавление процессов сажеобразования, позволяющее тем самым увеличить скорость газового потока и давление в контейнере; более равномерное отложение пироуглерода на рабочей поверхности формы; применение графитовой засыпки, позволяющее производить охлаждение обработанных форм без инертных газов; меньший расход инертных и углеводородных газов.

Формула изобретения

Способ нанесения покрытия пиролитического углерода на литейные формы, преимущественно .по выплавляемым моделям, путем обработки предварительно нагретых форм в зернистой засыпке смесью углеводородного и инертного газов, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности труда, уменьшения расхода газов, повышения равномерности отложения пироуглерода, расход газовой. смеси составляет 40 вЂ” 360 л/ч на

1 кг засыпки зернистостью 3 вЂ” 30 мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка М 1758751, кл. В 22С 3/00, 1972.

2. Авторское свидетельство № 289867, кл. В 22С 3/00, 1969,