Литьё цветных металлов в металлические формы (кокили)

Страница 5

Однако решить эту задачу трудно, особенно если конфигурация рабочей полости сложная. Поэтому литые необработанные кокили применяют для отливок несложной конфигурации. Рабочую полость кокиля выполняют стержнями, кото­рые для получения чистой поверхности кокиля, без пригара, обязательно окраши­вают или натирают противопригарными пастами. Без окраски используют лишь стержни, получаемые по нагреваемой оснастке из смесей со связующим ПК-104, а также стержни из песков зернистости не выше 016, стержни из цирконовых песков.

Для получения литых кокилей из стали используют СО2 — процесс, а также керамические формы, изготовляемые по постоянным моделям [11]. Последний способ позволяет получать рабочие полости кокилей сложной конфигурации без обработки резанием. Точность размеров рабочих полостей в этом случае дости­гает 12 — 14-го квалитетов по СТ СЭВ 145—75, а шероховатость поверхности

Rz = 40÷10 мкм по ГОСТ 2789—73. Использование керамических форм для изготовления рабочих стенок кокилей позволяет снизить объем обработки реза­нием на 50—60%.

Литые заготовки стальных кокилей после отливки подвергают термической обработке — нормализации. Термическую обработку стальных водоохлаждаемых кокилей проводят после приварки к ним кожухов и коробок для подачи жидкости, так как при сварке в конструкции неизбежно возникнут внутренние напряжения, которые могут привести к короблению кокиля при эксплуатации.

Для стабилизации размеров и формы стальные кокили перед окончательной обработкой резанием подвергают старению по режиму: нагрев до 773—873 К, выдержка 2 ч на каждые 25 мм толщины стенки, охлаждение с ночью до 473— 573 К и далее на воздухе. Используют также «тренировку» — циклическую тер­мическую обработку: в печь, нагретую до 1173 К, помещают кокиль и нагревают до 573 К, затем охлаждают обдувкой воздуха. Этот цикл повторяют 3—4 раза. Стареыие и циклическую термическую обработку по указанным режимам исполь­зуют также и для чугунных заготовок кокилей.

Стойкость кокилей и пути ее повышения

Стойкость кокилей измеряется числом отливок требуемого, качества, полученных в данном кокиле до выхода его из строя. Приблизительная стойкость кокилей приведена в табл. 2.2.

Увеличение стойкости кокиля при литье чугуна, стали, медных сплавов позволяет повысить эффективность производства отливок благодаря снижению затрат на изготовление кокиля, расширить область применения этого перспективного технологического про­цесса.

Таблица 2.2

Приблизительная стойкость кокилей

Заливаемый сплав	Отливки	Материал кокиля	Стойкость кокиля (число отливок)
Медные	Мелкие Средние	Чугун	1000—10000 1000—8000
Мелкие Средние	Сталь	1 000— 1 500 500 - 3000
Алюминиевые, магниевые, цинковые	Мелкие Средние Крупные	Чугун	Сотни тысяч Десятки тысяч Несколько тысяч

Основной причиной разрушения кокиля являются сложные термохимические процессы, вызываемые неравномерным цикличе­ским нагревом и охлаждением рабочей стенки кокиля во всех трех ее измерениях (по толщине, длине, ширине). Это приводит к появлению неоднородного, изменяющегося с изменением темпе­ратуры поля напряжений в стенке кокиля, вызывающего ее упру­гие и пластические деформации. Последние приводят к остаточным деформациям и напряжениям. Теоретически показано, что в по­верхностном слое кокиля нереализованная термическая деформа­ция обычно в 2 раза превосходит деформацию, соответствующую пределу текучести материалов при определенной температуре. Поэтому в каждом цикле нагружения (заливка — выбивка) де­формация сжатия сменяется деформацией растяжения, что приво­дит к термической усталости материала кокиля. Термические напряжения возникают также вследствие структурных превраще­ний и роста зерна материала кокиля, протекающих тем интенсив­нее, чем выше температура его нагрева.

Способность кокиля выдерживать термические напряжения за­висит от механических свойств его материала при температурах работы кокиля. Эти свойства резко снижаются при нагреве. Напри- : мер, предел текучести стали 15 при нагреве до 900 К уменьшается в 3 раза.

Уровень возникающих в кокиле напряжений зависит также от конструкции кокиля — толщины его стенки, конструкции ребер жесткости и т. д. Например, тонкие ребра жесткости большой высоты приводят к появлению трещин на рабочей поверхности кокиля, а низкие ребра могут не обеспечить жесткость кокиля и привести к короблению.

Стойкость кокилей обеспечивается конструктивными, техноло­гическими и эксплуатационными методами.

Конструктивные методы основаны на правильном вы­боре материалов для кокилей в зависимости от преобладающего вида разрушения, разработки рациональной конструкции кокиля.

Термические напряжения, приводящие к снижению стойкости кокиля, являются следствием нереализованной термической де­формации: менее нагретые части кокиля (слои рабочей стенки, прилегающие к внешней нерабочей поверхности, ребра жесткости) препятствуют расширению нагревающейся металлом отливки час­ти кокиля. Уменьшить напряжения возможно, если термическая деформация нагретой части происходит беспрепятственно. Этого можно достичь, если расчленить рабочую стенку кокиля на отдель­ные элементы (вставки) в продольном (рис. 2.10, 6) или попереч­ном (рис. 2.10, а) направлениях. Тогда вследствие зазоров между элементами кокиля каждый из них при нагреве расширяется свободно.

Для повышения стойкости кокилей используют сменные встав­ки 1, оформляющие рабочую полость кокиля (рис. 2.10, в). Благо­даря зазорам между корпусом 2 и вставкой 1 термическая деформация вставки протекает свободно, возникающие в ней напряже­ния снижаются, стойкость кокиля возрастает. Наиболее эффек­тивно использование сменных вставок в многоместных кокилях.

Технологические методы направлены на повышение стойкости поверхностного слоя рабочей полости, имеющего наибольшую температуру при работе кокиля. Для этого использу­ют армирование, поверхностное легирование, алитирование, силицирование, термическую обработку различных видов, наплавку, напыление на рабочую поверхность материалов, повышающих стойкость кокиля. Каждый из этих способов предназначен для повышения стойкости кокиля к разрушениям определенного вида.

Эксплуатационные методы повышения стойкости кокилей основаны на строгой регламентации температурного режима кокиля, зависящего от температуры кокиля перед заливкой, температуры заливаемого металла, состава, свойств и состояния огнеупорного покрытия на его рабочей поверхности, темпа (часто­ты заливок) работы кокиля. Перед заливкой кокиль нагревают или охлаждают (если он был нагрет) до оптимальной для данного сплава и отливки температуры TФ (см. табл. 2.4). Начальная тем­пература Тф кокиля зависит от темпа работы кокиля (рис. 2.11). При повышении темпа работы сокращается продолжительность tц цикла, в основном вследствие уменьшения времени t3an от выбивки отливки из кокиля до следующей заливки. Это приводит к тому, что в момент заливки кокиль имеет температуру несколько выше требуемой (рис. 2.11, а), С увеличением Ц кокиля уменьшается разность температур АГФ — Тюл — Тф и соответственно уменьшают­ся остаточные напряжения в кокилях из упруго-пластических мате­риалов. Вместе с тем повышение Гф способствует интенсификации коррозии, структурных превращений и других процессов в мате­риале кокиля, что снижает его стойкость.