RU2665862C1 - Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья - Google Patents

Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья Download PDF

Info

Publication number
RU2665862C1
RU2665862C1 RU2017129122A RU2017129122A RU2665862C1 RU 2665862 C1 RU2665862 C1 RU 2665862C1 RU 2017129122 A RU2017129122 A RU 2017129122A RU 2017129122 A RU2017129122 A RU 2017129122A RU 2665862 C1 RU2665862 C1 RU 2665862C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cast iron
layer
cast
casting
flux
Prior art date
Application number
RU2017129122A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Никифорович Поддубный
Юрий Владимирович Таушев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ОЗНА - Октябрьский механический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ОЗНА - Октябрьский механический завод" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ОЗНА - Октябрьский механический завод"
Priority to RU2017129122A priority Critical patent/RU2665862C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2665862C1 publication Critical patent/RU2665862C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/08Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при изготовлении буровых насосов и двигателей внутреннего сгорания, а именно чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья. Получают двухслойную заготовку путем последовательной заливки в изложницу чугуна разного состава с использованием флюса. После предварительного подогрева изложницы до температуры 250-300°C получают первый слой заготовки путем заливки высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Без промежуточного охлаждения первого слоя осуществляют заливку легированного чугуна с содержанием хрома 27-30% с получением второго слоя заготовки. Для заливки упомянутых слоев используют чугун с одинаковым содержанием углерода 3,0-3,5%. Флюс используют с температурой плавления ниже температуры плавления заливаемого чугуна. Способ позволяет повысить износостойкость внутренней рабочей поверхности втулки за счет применения коррозионно- и абразивно-стойкого высокохромистого чугуна, а также повысить надежность эксплуатации биметаллической втулки за счет обеспечения прочности соединения внутреннего и наружного слоев втулки. 1 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в буровых насосах и двигателях внутреннего сгорания.
Буровые насосы входят в состав бурового оборудования, областью применения которого является газо- и нефтедобыча. Буровые насосы используются в процессе эксплуатационного или геологоразведочного бурения. Конструкция бурового насоса состоит из двух зафиксированных на общей раме частей - механической и гидравлической. Механическая часть состоит из таких узлов как распределительный блок, редуктор, кривошипный механизм, приводной шкив, мотор и трансмиссионный вал. Гидравлическая оснастка представлена блоком из двух либо трех клапанов, цилиндропоршневой группы, компенсатора давления, предохранительного клапана и блока охлаждения. Втулка бурового насоса является основным составляющим элементом цилиндропоршневой группы. Элементы насоса, и прежде всего втулка, должны быть приспособлены для работы с активными промывочными растворами (абразивными, маслосодержащими и т.п.), а также характеризоваться долговечностью эксплуатации.
Известны биметаллические цилиндровые втулки буровых насосов, выполненные из стальной обечайки, внутри которой расположена гильза из износостойкого высокохромистого чугуна с твердостью не менее 60 HRC (Н.Н. Тауров и др. «Разработка технологии изготовления биметаллических цилиндровых втулок буровых насосов с внутренним слоем из высокохромистого чугуна». Труды IV съезда литейщиков России, т. 1, стр. 139-138. Екатеринбург, 2003 г.).
Также известна цилиндровая втулка [RU 44154, МПК F04B 47/00, опубл. 27.02.2005], выполненная в виде обечайки, например из стали или чугуна и армирующей гильзы, расположенной в обечайке и выполненной из сплава, отличного от первого, с поверхностью повышенной износостойкости - из алюминиевого сплава и снабженной покрытием из Al2O3 (корунда). При этом покрытие из Al2O3 выполнено способом микродугового оксидирования (МДО).
Недостатком технологии изготовления указанных известных цилиндровых втулок является значительная трудоемкость, требование дополнительного оснащения и материальных затрат. Это связано с тем, что процесс изготовления указанных втулок представляет собой ряд сложных технологических операций, состоящих из последовательных действий: термической обработки, точной механической обработки и сборки подготовленных частей-полуфабрикатов (обечайки и гильзы). Сборка-запрессовка гильзы производится с предварительной тщательной подгонкой сопрягаемых поверхностей, с нагревом и центровкой. Кроме того, перечисленные операции влекут за собой значительный объем трудноисправимого, а иногда и окончательного брака.
Наиболее близким аналогом для предлагаемого изобретения является способ центробежного литья заготовок чугунных цилиндровых втулок [RU 2136440, МПК B22D 13/00, опубл. 10.09.1999], который включает выплавку чугуна, заливку его во вращающуюся форму центробежной машины, дозирование модифицирующих и легирующих смесей на струю металла. Заливку металла в форму в объеме 0,6-0,8 массы заготовки производят с применением модифицирующей смеси, остальную массу заготовки заливают в форму с применением легирующей смеси, обеспечивающей требуемый химический состав детали.
Основным недостатком данного технического решения является то, что в известном изобретении применяющаяся легирующая смесь, основным элементом которой является медь, равномерно распределяется в материале отливки и создает гомогенный состав, который не обеспечивает коррозионную стойкость рабочей (внутренней) поверхности втулки и требуемый для бурового оборудования уровень износостойкости. Предлагаемый способ формирует два слоя в теле отливки с различным содержанием Cr (хрома), что обеспечивает выполнение двух функций: конструкционной прочности детали и высокого уровня износостойкости рабочего внутреннего слоя втулки.
Задачей изобретения является повышение срока эксплуатации цилиндровых втулок, снижение трудоемкости их изготовления.
Техническим результатом является:
- повышение износостойкости внутренней рабочей поверхности втулки;
- повышение надежности эксплуатации цилиндровой втулки за счет обеспечения прочности соединения внутреннего и наружного слоев втулки.
Поставленная задача решается тем, что технический результат достигается способом изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья, включающим последовательную заливку в изложницу, предварительно подогретую до температуры 250-300°C, различных по составу металлов под слоем флюса, имеющего температуру плавления ниже температуры плавления заливаемых металлов на 100-150°C. Особенностью способа является то, что получение двухслойной цилиндровой заготовки происходит без промежуточного охлаждения между заливкой первого и второго слоев металла. Кроме того заливку первого слоя производят из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, заливку второго слоя - из легированного чугуна с содержанием Cr (хрома) 27-30%, причем первый и второй слои имеют в своем химическом составе одинаковое содержание С (углерода), составляющее 3-3,5%.
В предлагаемом способе получения заготовки чугунной цилиндровой втулки не применяются раздельные процессы изготовления заготовок наружной стальной обечайки и гильзы из легированного хромом чугуна. Отпадает необходимость многоступенчатой термической обработки отдельно каждой детали. Снимается необходимость высокоточной механической обработки и подгонки сопрягаемых при сборке поверхностей обечайки и гильзы. Данные операции отличаются значительной трудоемкостью и большим расходом режущего инструмента. Наружная обечайка втулки (первый слой) и внутренняя износостойкая гильза (второй слой) в предлагаемом изобретении благодаря центробежному литью и последовательной заливке двух слоев представляют собой цельную отливку.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведен эскиз конечной стадии процесса послойной отливки заготовки чугунной цилиндровой втулки.
Изготовление заготовки цилиндровой втулки, например бурового насоса, из высокопрочного чугуна, с легированной хромом внутренней рабочей поверхностью предлагается производить следующим образом.
В подготовленную изложницу 1 центробежной машины, подогретую до 250-300°C, с нанесенным защитным покрытием, засыпается порошок защитного флюса 5, обеспечивающего в последующем предохранение залитого металла от окисления кислородом, находящимся в атмосфере. Затем через заливочную воронку 4 заливается первый слой 2 жидкого металла, подвергнутый сфероидизирующему модифицированию для получения в отлитом слое структуры высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. В процессе взаимодействия с первым слоем жидкого металла 2 твердый флюс 5, имеющий температуру плавления более низкую по сравнению с металлом, около 800-950°C, расплавляется и, благодаря тому, что он значительно легче залитого металла, вытесняется на внутреннюю поверхность первого слоя 2, полностью покрывает жидкий металл и предохраняет его от окисления.
Второй слой металла 3, имеющий уже другой химический состав (легированный хромом), заливается через 40-60 секунд после первого. Охлаждение первого слоя металла 2 перед заливкой второго слоя 3 не производится. Заполняя полость изложницы 1 и прижимаясь к первому слою металла 2 за счет центробежных сил, второй слой металла 3 сваривается с первым и вытесняет остатки флюса 5 на внутреннюю поверхность второго слоя 3 (внутреннюю поверхность заготовки втулки). Одинаковое содержание элемента С (углерода) в химическом составе первого и второго слоев металла, составляющее 3-3,5%, способствует при этом хорошему качеству их соединения.
Пример осуществления способа
В условиях производства ООО «ОЗНА-ОМЗ» проведены работы по отливке на центробежной машине двухслойных заготовок цилиндровых втулок для бурового насоса. Материал первого слоя - высокопрочный чугун с шаровидным графитом марки ВЧ50. В качестве комплексного модификатора необходимо применять ФСМГ5 или ФСМГ7. Материал второго слоя - легированный хромом чугун (содержание хрома от 25 до 30%).
Металл заливали в изложницу диаметром 230 мм и длиной 400 мм, с нанесенным защитным покрытием на основе циркона, подогретую до температуры 250-300°C. Скорость вращения изложницы составляла 920 об/мин, при отливке первого и второго слоев металла не изменялась. Второй слой металла заливали через 40-60 секунд после первого.
В качестве защитного флюса, имеющего температуру плавления около 800°C, использовали флюс, состоящий из следующих компонентов по массе:
1) силикатная глыба (nNa2O mSiO2) 25%;
2) плавиковый шпат (CaF2) 25%;
3) бура (Na2, B4O7) 17%;
4) известняк (CaO) остальное.
После извлечения цельной заготовки чугунной цилиндровой втулки из изложницы заготовка имела качественную наружную поверхность, внутренняя поверхность заготовок покрыта слоем флюса (шлака).
Анализ результатов исследования структуры образцов двухслойной заготовки цилиндровой втулки показал, что получено сплошное, не имеющее дефектов тело отливки с плавным переходом от первого слоя металла (наружный слой - высокопрочный чугун с шаровидным графитом) ко второму слою (внутренний слой - легированный хромом чугун). Указанная заготовка подвергалась дальнейшей обработке, которая позволила получить качественную готовую деталь - чугунную цилиндровую втулку для бурового насоса заданных параметров.
Таким образом, предложенный способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья обеспечивает получение монолитной отливки с высокой плотностью. При этом первый (наружный) слой гарантирует высокую прочность детали в целом. В то же время второй (внутренний) слой представляет собой коррозионно- и абразивно-стойкий высокохромистый чугун, обеспечивающий высокие эксплуатационные свойства. Прочность соединения первого и второго слоев металла обеспечивает их последовательная заливка в изложницу без промежуточного охлаждения и одинаковое процентное содержание элемента С (углерода) в химическом составе металлов.

Claims (1)

  1. Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья, включающий получение двухслойной заготовки путем последовательной заливки в изложницу чугуна разного состава с использованием флюса, отличающийся тем, что после предварительного подогрева изложницы до температуры 250-300°C получают первый слой заготовки путем заливки высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, затем без промежуточного охлаждения первого слоя осуществляют заливку легированного чугуна с содержанием хрома 27-30% с получением второго слоя заготовки, причем для заливки упомянутых слоев используют чугун с одинаковым содержанием углерода 3,0-3,5%, а флюс используют с температурой плавления ниже температуры плавления заливаемого чугуна.
RU2017129122A 2017-08-15 2017-08-15 Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья RU2665862C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129122A RU2665862C1 (ru) 2017-08-15 2017-08-15 Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129122A RU2665862C1 (ru) 2017-08-15 2017-08-15 Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2665862C1 true RU2665862C1 (ru) 2018-09-04

Family

ID=63460205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017129122A RU2665862C1 (ru) 2017-08-15 2017-08-15 Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2665862C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109759565A (zh) * 2019-01-25 2019-05-17 焦作大学 一种用于汽车发动机的气缸套
RU2708722C1 (ru) * 2018-10-24 2019-12-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ термической обработки износостойких втулок буровых насосов нефтегазового оборудования из инструментальных хромистых сталей
CN112828255A (zh) * 2020-12-29 2021-05-25 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 一种阿塞辊的近终形制作方法
RU2750302C1 (ru) * 2020-11-23 2021-06-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет Способ изготовления заготовки двухслойной чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3414044A (en) * 1966-05-12 1968-12-03 Beloit Corp Method of making bimetallic tubular article
RU2136440C1 (ru) * 1997-11-03 1999-09-10 Открытое акционерное общество "Брянский машиностроительный завод" Способ центробежного литья заготовок чугунных цилиндровых втулок
RU2288070C1 (ru) * 2005-03-22 2006-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Хабаровский государственный технический университет" Способ центробежной биметаллизации втулок

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3414044A (en) * 1966-05-12 1968-12-03 Beloit Corp Method of making bimetallic tubular article
RU2136440C1 (ru) * 1997-11-03 1999-09-10 Открытое акционерное общество "Брянский машиностроительный завод" Способ центробежного литья заготовок чугунных цилиндровых втулок
RU2288070C1 (ru) * 2005-03-22 2006-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Хабаровский государственный технический университет" Способ центробежной биметаллизации втулок

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2708722C1 (ru) * 2018-10-24 2019-12-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ термической обработки износостойких втулок буровых насосов нефтегазового оборудования из инструментальных хромистых сталей
CN109759565A (zh) * 2019-01-25 2019-05-17 焦作大学 一种用于汽车发动机的气缸套
RU2750302C1 (ru) * 2020-11-23 2021-06-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет Способ изготовления заготовки двухслойной чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья
CN112828255A (zh) * 2020-12-29 2021-05-25 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 一种阿塞辊的近终形制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2665862C1 (ru) Способ изготовления заготовки чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья
US8528513B2 (en) Cast steel piston for internal combustion engines
KR102048454B1 (ko) 실린더 라이너 및 이의 제조 방법
CN102764957B (zh) 一种过共晶铝硅合金发动机缸套的制造方法
EP3015204A1 (en) Titanium-alloy connecting rod, internal combustion engine, automotive vehicle, and production method for titanium-alloy connecting rod
MXPA05000689A (es) Bloque de motor de moldeado a presion.
CN101446243B (zh) 一种Al/Si-Mg2Si复合材料的活塞及制备方法
Baymirzaev Obtaining And Efficiency Of Steel Casting In Local Conditions In Mechanical Engineering
CN102228975B (zh) 一种制造管类或环类耐磨耐热耐蚀钴基铸造合金的方法
JPH06218521A (ja) 内燃機関のピストン
CN102337980B (zh) 可拆换缸套的风冷柴油机或汽油机机体
FI128579B (fi) Menetelmä monimateriaalisen valssin valmistamiseksi ja monimateriaalivalssi
US20180361470A1 (en) Casting tool and method for producing a piston for an internal combustion engine
US4749624A (en) Composite ferrous castings
JP2006528073A (ja) 遠心鋳造方法
CN106964734A (zh) T形件半固态模锻成形工艺
RU2750302C1 (ru) Способ изготовления заготовки двухслойной чугунной цилиндровой втулки методом центробежного литья
JPH0128667B2 (ru)
RU2402413C1 (ru) Способ изготовления заготовок поршней двигателей внутреннего сгорания с металлокерамическими вставками
JPH07310588A (ja) 内燃機関のピストン及びその製造方法
Lampman Permanent mold casting of aluminum alloys
CN111286648A (zh) 一种铝合金铸造工艺
US20020046822A1 (en) Process of fabricating castings provided with inserts, with improved component/insert mechanical cohesion, and an insert usable in the process
Park et al. Development of Sleeve Parts for Continuous Hot Zinc Plating Roll Applied to Wear-Resistant Alloy Cast Steel
RU2136440C1 (ru) Способ центробежного литья заготовок чугунных цилиндровых втулок

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200816

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210617