CS269391B1

CS269391B1 - A method for casting and cooling hollow billets

Info

Publication number: CS269391B1
Application number: CS884873A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ing Motloch; Jiri Ing Saip; Petr Doc Ing Csc Jelinek
Original assignee: Motloch Zdenek; Jiri Ing Saip; Jelinek Petr
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS487388A1

Abstract

Účelem řeSení je dosažení vysoké' chemické i strukturní homogenity dutých předlltků. Za tim účelem je předliteK v dutině v průběhu tuhnutí ochlazován tekutým dusíkem, který proudí přívodem, vytvořeným v jádře.The purpose of the solution is to achieve high chemical and structural homogeneity of hollow preforms. For this purpose, the preform in the cavity is cooled during solidification by liquid nitrogen flowing through a feed formed in the core.

Description

Vynález se týká způsobu odlévání a chlazení dutých předlitků. Duté součásti se vyrábějí obvykle jako odlitky nebo jako výkovky. Při prvém, slévárenském způsobu výroby se na kvalitě odlitku negativně projevuje chemická nehomogenita, vznikající zákonitě v důsledku selektivního charakteru tuhnutí a uplatňující se u všech technických slitin s intervalem tuhnutí. Selektivita tuhnutí je u tohoto způsobu výroby podporována pomalým odvodem tepla, podmíněným nepříznivými tepelně fyzikálními charakteristikami formovacích materiálů. Chemická nehomogenita má potom za následek nestejnorodost mechanických vlastností, jejichž úroveň značně klesá v partiích odlitků obohacených segregacemi. Tím se snižují užitné vlastnosti finálního výrobku. Další způsob výroby dutých součástí, kovárenský, spočívá v tom, že se ingot spěchuje a jeho středová část, obohacená seregaeemi, se odstraní vyděrováním a zbývající část se potom tváří na definitivní tvar, Je třeba podotknout, že i v této části se vyskytují segregace, zejména typu A a jsou příčinou výše uvedených nedostatků i u tohoto způsobu. Nevýhodou obou výrobních postupů je nízké využití tekutého kovu. Poměrně nejdokonalejším výrobním postupem dutých součástí je výroba z ingotů s částečně nebo úplně předlitou dutinou v podélné ose. Dutina je vytvořena bud jádrem z formovacího materiálu, nebo plným kovovým jádrem nebo dutým jádrem ochlazovaným proudícím vzduchem. Účinnost při ovlivňování procesu tuhnutí dutého předlitků je u všech tří druhů jader rozdílná. Nejméně působí na urychlení odvodu tepla z tuhnoucího předlitků jádro z formovacího materiálu, jehož ochlazovací funkce pomine po nasycení teplem. Předlitky, vyrobené za použití jádra z formovacích materiálů, mají poměrně markantní stvolové vycezeniny. Účinnější vliv na potlačení segregací má kovové jádro, avšak jen tehdy, je-li dodrženo určité rozmezí relace mezi hmotnostmi předlitků a jádra. Kromě toho u větších průměrů předlévané dutiny.vzniká nebezpečí výskytu trhlin v důsledku brzděného smršťování odlitku. Přitom lineární smrštění dosahuje takových absolutních hodnot, že ani námazek, nanesený na povrch kovového jádra, nemůže vznikající pnutí eliminovat. Relativně nejúčinnější z hlediska odvodu tepla a také nejuniverzálnější je způsob vytvoření dutiny jádrem z trubky, která je na vnitřním povrchu ochlazována vzduchem a na vnějším povrchu pokrytá námazkem. Přesto však se v tepelné ose předlitků nacházejí segregace, přičemž jejich výraznost je v důsledku rozptýlení na větší objem méně výrazná.The invention relates to a method of casting and cooling hollow blanks. Hollow parts are usually produced as castings or as forgings. In the first, foundry production method, the quality of the casting is negatively affected by chemical inhomogeneity, which naturally arises as a result of the selective nature of solidification and applies to all technical alloys with a solidification interval. In this production method, the selectivity of solidification is supported by slow heat dissipation, caused by unfavorable thermal and physical characteristics of the molding materials. Chemical inhomogeneity then results in non-uniformity of mechanical properties, the level of which decreases significantly in the parts of the castings enriched with segregations. This reduces the useful properties of the final product. Another method of producing hollow parts, forging, consists in the ingot being pressed and its central part, enriched with segregates, is removed by punching and the remaining part is then shaped into the final shape. It should be noted that segregations occur in this part as well, especially type A, and they are the cause of the above-mentioned shortcomings in this method as well. The disadvantage of both production methods is the low utilization of liquid metal. The relatively most advanced production method of hollow parts is the production from ingots with a partially or completely pre-cast cavity in the longitudinal axis. The cavity is created either by a core made of molding material, or by a solid metal core or by a hollow core cooled by flowing air. The effectiveness in influencing the solidification process of hollow billets is different for all three types of cores. The core made of molding material has the least effect on accelerating the heat removal from the solidifying billet, whose cooling function ceases after saturation with heat. Preforms made using a core made of molding materials have relatively pronounced stem protrusions. A metal core has a more effective effect on suppressing segregations, but only if a certain range of relation between the weights of the preforms and the core is maintained. In addition, with larger diameters of the pre-cast cavity, there is a risk of cracks occurring due to inhibited shrinkage of the casting. In this case, linear shrinkage reaches such absolute values that even a coating applied to the surface of the metal core cannot eliminate the resulting stress. The relatively most effective in terms of heat dissipation and also the most universal method is the method of creating a cavity with a core made of a tube, which is cooled by air on the inner surface and covered with a coating on the outer surface. Nevertheless, segregations are found in the thermal axis of the preforms, and their severity is less pronounced due to dispersion over a larger volume.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby dutých předlitků podle vynálezu, jehož podstatou je, že během tuhnutí se předlitek v dutině ochlazuje tekutým dusíkem.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the method of producing hollow preforms according to the invention, the essence of which is that during solidification the preform in the cavity is cooled with liquid nitrogen.

Výhodou způsobu výroby dutých předlitků podle vynálezu je zaručení jejich vysoké chemické i strukturní homogenity jak v horizontálním, tak ve vertikálním směru, potlačení výraznosti segregací a vysoké využití kovu. V důsledku použití tekutého dusíku se dosáhne řádově stejného odvodu tepla z tuhnoucího předlitků z vnějšího a z vnitřního povrchu. Doba tuhnutí celého předlitků se tím minimalizuje a tepelný střed je při tuhnutí totožný s geometrickou osou řezu předlitků. Výsledkem je nejnižší stupen výskytu segregací a nejvyšší dosažitelná rovnoměrnost chemického složení po průřezu předlitku. Vysoká kvalita dutých ingotů umožňuje jejich použití pro velmi náročné výkovky, jako například součásti zařízení jaderné energetiky, tlakové nádoby a podobně. Dále je výhodou to, že v důsledku snížení počtu kovárenských operací a s tím spojených potřebných ohřevů předkovkú, dochází k podstatnému snížení spotřeby energie a ke zkrácení doby výrobního cyklu.The advantage of the method of manufacturing hollow ingots according to the invention is that it guarantees their high chemical and structural homogeneity both in the horizontal and vertical directions, suppresses the severity of segregations and high metal utilization. As a result of the use of liquid nitrogen, approximately the same heat removal from the solidifying ingot from the outer and inner surfaces is achieved. The solidification time of the entire ingot is thereby minimized and the thermal center is identical to the geometric axis of the ingot section during solidification. The result is the lowest degree of occurrence of segregations and the highest achievable uniformity of the chemical composition along the cross-section of the ingot. The high quality of hollow ingots allows their use for very demanding forgings, such as components of nuclear power equipment, pressure vessels and the like. Another advantage is that due to the reduction in the number of forging operations and the associated necessary heating of the ingots, there is a significant reduction in energy consumption and a shortening of the production cycle time.

Na připojeném výkresu je znázorněno příkladné provedení licí soupravy v řezu při odlévání způsobu podle vynálezu.The attached drawing shows an exemplary embodiment of a casting set in cross-section during casting according to the method according to the invention.

Jako příklad k bližšímu objasnění způsobu podle vynálezu lze uvést odlévání dutého ingotu o hmotnosti 47 t,o rozměrech - průměr 1 643 mm a délce 2 810 mm. Licí soupravu tvořila horní £ a spodní podložka 2, v nichž byla zabudována vtoková soustava 3. Na podložkách £, 2 byla postavena kokila 4 běžného typu polygonálního průřezu s kladným úkosem, v jejíž horní části byly vsazeny tepelně izolační elementy 5, Jádro 6, o vnějším průměru 550 mm, bylo spodní částí vsazeno do licí horní podložky £ a jeho poloha byla nahoře vystředěna rozpěrným křížem 7. Horní část jádra 6 byla také opatřena tepelně izo2As an example to further explain the method according to the invention, one can cite the casting of a hollow ingot weighing 47 t, with dimensions of - diameter 1,643 mm and length 2,810 mm. The casting set consisted of an upper £ and a lower support 2, in which a gating system 3 was built. A mold 4 of a conventional polygonal cross-section type with a positive slope was built on the supports £, 2, in the upper part of which thermal insulation elements 5 were inserted. The core 6, with an outer diameter of 550 mm, was inserted with its lower part into the upper casting support £ and its position was centered at the top by a spacer cross 7. The upper part of the core 6 was also provided with a thermal insulation element 5.

CS 269391 Bl lačním prstencem 8. Ocel, které byla vakuově zpracována, se nalévala z licí pánve do nálevky 9, protékala vtokovou soustavou 3 a postupně plnila kokilu 4 na stanovenou výšku. Oiž od začátku odléváni se středové jádro 6 ochlazovalo tekutým dusíkem, který se přiváděl trubkou 10 do dolní části jádra 6. Ochlazování jádra 6 pak pokračovalo i po podstatnou část doby tuhnutí. Po úplném ztuhnutí ingotu se vyjmula středové část jádra 6 a ingot se stripoval z kokily 4.CS 269391 Bl lacing ring 8. The steel, which was vacuum-treated, was poured from the ladle into the funnel 9, flowed through the sprue system 3 and gradually filled the mold 4 to a specified height. From the beginning of casting, the central core 6 was cooled with liquid nitrogen, which was fed through the pipe 10 to the lower part of the core 6. The cooling of the core 6 then continued for a significant part of the solidification time. After the ingot had completely solidified, the central part of the core 6 was removed and the ingot was stripped from the mold 4.

Kontrolní chemický rozbor dutého ingotu, provedený ve dvou třetinách výěky, prokázal velmi dobrou homogenitu. Vzorky na rozbor byly přitom odebrány ve vzdálenosti 30 mm od vnějěiho a vnitřního povrchu ingotu a ze středu jeho tloušťky.The control chemical analysis of the hollow ingot, carried out in two thirds of the height, showed very good homogeneity. The samples for analysis were taken at a distance of 30 mm from the outer and inner surfaces of the ingot and from the middle of its thickness.

Tabulka uvádí výsledky chemických rozborů nejdůležitějších prvků. Tab.The table shows the results of chemical analyses of the most important elements. Tab.

Chemické složení v % hmot.Chemical composition in % by weight.

Místo odběru Place of collection C C Mn Mn Si You P P s with tavební analysa melting analysis 0,18 0.18 0,66 0.66 0,26 0.26 0,016 0.016 0,014 0.014 vnější povrch external surface 0,16 0.16 0,63 0.63 o;25 o;25 0,017 0.017 0,012 0.012 střed tloušťky center of thickness 0,19 0.19 0,67 0.67 0,27 0.27 0,014 0.014 0,015 0.015 vnitřní povrch inner surface 0,17 0.17 0,64 0.64 0,24 0.24 0,015 0.015 0,011 0.011

Rozbor makrostruktury a Baumanovy otisky, odebrané z podélného řezu dutého ingotu potvrdily, že segregace jsou velmi nevýrazné a rozptýlené ve středu tloušťky. Alternativně je možno doplnit technologii odlévání i chlazení kokily 4 kanálky s přívodem kapalného plynu spodem pro zvýšení teplotního gradientu.Macrostructure analysis and Bauman impressions taken from a longitudinal section of the hollow ingot confirmed that the segregations are very faint and scattered in the middle of the thickness. Alternatively, it is possible to supplement the casting technology and the cooling of the mold with 4 channels with a liquid gas supply from the bottom to increase the temperature gradient.

Způsob výroby dutých předlitků podle vynálezu může být využit i pro odlévání specielních odlitků ze slitin mědi, na které jsou kladeny vysoké požadavky z hlediska homogenity, jako například pro stavěči matice válcovacích stolic.The method of producing hollow billets according to the invention can also be used for casting special castings from copper alloys, which have high requirements in terms of homogeneity, such as for setting nuts of rolling mills.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Method of casting and cooling hollow billets, characterized in that during solidification the billet in the cavity is cooled with liquid nitrogen.