Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили (стр. 5 из 8)

На стойкость кокиля оказывает влияние температура заливаемого металла Г_зал. Повышение температуры металла выше требуемой по технологии для данной отливки приводит к снижению стойкости кокиля и ухудшению качества отливки — усадочным раковинам, рыхлотам, трещинам.

Стойкость кокиля может быть повышена при надлежащем уходе за ним при эксплуатации. Это обеспечивается системой планово-предупредительного ремонта (ППР).

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ

Технологические режимы литья

Почти всегда, за исключением особых случаев, требуемое качество отливки достигается при условии, если литейная форма заполнена расплавом без неспаев, газовых и неметаллических включений в отливке, а при затвердевании в отливке не образовалось усадочных дефектов — раковин, пористости, трещин — и ее структура и механические свойства отвечают заданным. Из теории формирования отливки известно, что эти условия достижения качества во многом зависят от того, насколько данный технологический прооцесс обеспечивает выполнение одного из общих принципов получения качественной отливки — ее направленное затвердеание и питание. Направленное затвердевание и питание усадки отливки обеспечивается комплексом мероприятий: рациональной конструкцией отливки, ее расположением в форме, конструкцией ЛПС, технологическими режимами литья, конструкцией и свойствами материала формы и т. д., назначаемых технологом с учетом свойств сплава и особенностей взаимодействия формы с расплавом. Напомним, что при литье в кокиль главная из этих особенностей — высокая интенсивность охлаждения расплава и отливки. Это затрудняет заполнение формы расплавом, ускоряет охлаждение его в форме, что не всегда благоприятно влияет на качество отливок, особенно чугунных.

Интенсивность теплового взаимодействия между кокилем и расплавом или отливкой возможно регулировать в широких пределах. Обычно это достигается созданием определенного термического сопротивления на границе контакта отливки 1 (расплав) — рабочая поверхность полости кокиля 2 (рис. 2.13). Для этого на поверхности полости кокиля наносят слой 3 огнеупорной облицовки и краски (табл. 2.3). Благодаря меньшей по сравнению с металлом кокиля теплопроводности λ_кр огнеупорного покрытия между отливкой и кокилем возникает термическое сопротивление переносу теплоты:

,

_где

- коэффициент тепловой проводимости огнеупорного покрытия- — толщина слоя огнеупорного покрытия.

Огнеупорное покрытие уменьшает скорость qотвода теплоты от расплава и отливки, зависящую от тепловой проводимости огнеупорного покрытия и разности между температурой поверхности отливки и температуры поверхности кокиля:

.

Величины

и λ_кр возможно изменять в самых широких пределах, регулируя коэффициент тепловой проводимости огнеупорного покрытия и соответственно скорость охлаждения отливки, а следовательно, ее структуру, плотность, механические свойства.

Таблица 2.3

Составы огнеупорных покрытий (красок) кокилем

Назначение	Компоненты	Содержание, мас.%	Коэффициент теплопроводности, Вт/ (.ч -К)
Для отливок из алюми- ниевых сплавок	1 Окись цинка	15	0,41
Асбест прокаленный(пудра)	5
Жидкое стекло	3
Вода	77
2. * Асбест прокаленный	8.7	0,27
Мел молотый	17,5
Жидкое стекло	3,5
Вода	70,3
Для отливок id магние-	3. Тальк	18	0,39
вых сплавок	Борная кислота	2,5
Жидкое стекло	2,5
Вода	77
Для отливок из чугуна	4. Пылевидный кварц	10— 15	0,58
Жидкое стекло	3 - 5
Вода	87—80
5. * Молотый шамот	40	0,25
Жидкое стекло	6
Вода	54
Марганцевокйслый ка-
лий 0,05 % (сверх 100 %)
Для отливок из стали	6. Огнеупорная составляю-	30 —40	0,3
щая (циркон, карбооунд,
окись хрома)
Жидкое стекло	5 - 9
Борная кислота	0,7—0,8
Вода	Остальное до плотно-сти 1,1-1,22 г/см3

* Составы применяют для покрытия поверхности литниковых каналов и выпоров.

В соответствии с необходимой скоростью отвода теплоты от различных мест отливки толщину

и теплопроводность λ_кр огнеупорного покрытия можно делать разными в различных частях кокиля, создавая условия для направленного затвердевания отливки, регулируя скорость ее охлаждения в отдельных местах.

Огнеупорное покрытие уменьшает скорость нагрева рабочей поверхности кокиля; благодаря термическому сопротивлению огнеупорного покрытия температура рабочей поверхности будет ниже, чем без покрытия. Это снижает разность температур по толщине кокиля, уменьшает температурные напряжения в нем и повышает его стойкость.

Огнеупорное покрытие на поверхности кокиля должно иметь заданную теплопроводность, хорошо наноситься и удерживаться на поверхности формы, противостоять резким колебаниям температуры, не выделять газов при нагреве, способных растворяться в отливке или создавать на ее поверхности газовые раковины. Покрытия приготовляют из огнеупорных материалов, связующих, активизаторов и стабилизаторов (см. табл. 2.3).

В качестве огнеупорных материалов применяют пылевидный кварц, шамотный порошок, окислы и карбиды металлов, тальк, графит, асбест. Связующие для покрытий — жидкое стекло, огнеупорная глина, сульфитный щелок.

Активизаторы применяют для улучшения схватывания с поверхностью кокиля. В качестве активизаторов используют для шамотных и асбестовых покрытий буру (Na₂B₄O7* lOH₂O) и борную кислоту (Н₃ВO₄); для маршалитовых — кремнефто-ристый натрий (Na₂SiF₆), для тальковых — буру, борную кислоту или марганцевокислый калий. Перед приготовлением огнеупорные материалы просеивают через сито 016—01.

Стабилизаторы применяют для того, чтобы уменьшить седиментацию огнеупорных составляющих покрытия. Чаще всего это поверхностно-активные вещества ОП5, ОП7.

При литье в кокиль чугуна для устранения отбела в отливках на огнеупорное покрытие наносят копоть (сажу) ацетиленового пламени.

Толщину слоя огнеупорного покрытия контролируют измерительными пластинами, проволочками, прямым измерением, электроконтактным способом. При прямом измерении толщину слоя облицовки определяют микрометром (рис. 2.14): измеряют расстояние от базовой поверхности 1 до поверхностей 2 и 3, соответственно не покрытой и покрытой облицовкой. Разность дает толщинуслоя облицовки.

Схема распределения температур в системе отливка — покрытие — форма практически реализуется только для поверхностей отливки, которые при усадке образуют плотный контакт с кокилем, между охватываемыми поверхностями отливки и кокилем образуется зазор, изменяющийся по мере усадки отливки. Этот зазор заполнен воздухом и газами, выделяющимися из покрытия. Образование зазора приводит к увеличению термического сопротивления переносу теплоты от отливки в кокиль. Поэтому со стороны внутренних стенок отливка охлаждается интенсивнее, чем со стороны внешних. В результате смещается зона образования осевой пористости отливки к наружной ее стенке, что следует учитывать при разработке системы питания усадки отливки.

Рассмотренное явление используют для устранения отбела в поверхностных случаях чугунных отливок. Для этого после образо

вания в отливке твердой корочки достаточной прочности кокиль слегка раскрывают гак чтобы между поверхностями отливки и кокиля образовался воздушный зазор. Тогда теплота затвердевания внутренних слоев отливки, проходя через затвердевающую наружную корку, разогревает ее и в результате происходит «самоотжиг» отливки — она не имеет отбела.

Скорость отвода теплоты от расплава и отливки зависит от разницы между температурами поверхностей отливки Т₀и кокиля Т_пС повышением температуры заливаемого расплава возрастает температура То и скорость отвода теплоты от отливки; с повышением температуры Т_nскорость отвода теплоты от отливки уменьшается. Поэтому на практике широко используют регулирование скорости отвода теплоты от расплава и отливки, изменяя температуры заливаемого сплава или кокиля перед заливкой. Однако чрезмерное снижение температуры заливаемого сплава приводит к ухудшению заполняемости кокиля. Повышение температуры кокиля увеличивает опасность приваривания отливки к кокилю, особенно при литье чугуна и стали, снижает стойкость кокиля.