книги из ГПНТБ / Разумов, В. Н. Технология литейного производства учеб. пособие

указать на структурную номограмму Г. Ф. Баландина, с помощью которой находят требуемую скорость затвер­ девания чугуна. Эта номограмма приведена на рис. 49.

Номограмма Г. Ф. Баландина позволяет установить зависимость между прочностью чугуна при изгибе Ои, твердостью НВ и требуемым содержанием С 0бщ по пунк-

Рис. 49. Структурная номограмма для чугунных отливок

тарным линиям левой стороны. С помощью сплошных кривых той же части номограммы устанавливается за­ висимость между Собщ, НВ и требуемым соотношением Сев: СобщПравая часть номограммы позволяет устано­ вить зависимость между С Св : Собщ, содержанием C-f-Si и скоростью затвердевания расплава ѵ3. Следовательно, по номограмме Г. Ф. Баландина мы можем найти все основные параметры, обеспечивающие в отливке задан­ ные свойства и структуру чугуна. Остается только рас­ считать песчаную форму и холодильник так, чтобы най­ денная по номограмме скорость затвердевания была обеспечена, и тем самым в отливке были получены нуж­

100

Для расчета скорости затвердевания расплава в метал­ лической окрашенной форме, как и в зоне действия хо­ лодильника, он предложил следующее уравнение

Где « 1= -краски. ^

•^краски

К сожалению, рассмотренный метод расчета холо­ дильника с целью получения заданной структуры чугун­ ной отливки учитывает влияние только скорости затвер­ девания и не учитывает влияния скорости охлаждения отливки при перлитном превращении. В результате в ря­ де случаев в зоне действия внешних холодильников на поверхности отливки образуется слой ферритного чу­ гуна. Последнее объясняется тем, что быстро нагревший­ ся холодильник резко замедляет охлаждение отливки при перлитном превращении, что способствует образованию феррита. Чтобы избежать этого, рекомендуется внешние холодильники искусственно охлаждать. Для чего их вы­ полняют в виде полых сегментов и устанавливают в стен­ ке формы так, чтобы через полость холодильника можно было продувать холодный воздух. Короче, используют способ, предложенный И. В. Митичевым. Если же уста­ новка охлаждаемых холодильников невозможна или эко­ номически нецелесообразна, приходится прибегать к ле­ гированию чугуна отливки для подавления процесса об­ разования феррита при перлитном превращении. В по­ следнем случае внешние холодильники подбираются опытным путем или на основании заводских нормалей, составленных по опытным данным.

Как уже говорилось, наружные холодильники не мо­ гут дать выравнивание продолжительности затвердева­ ния, если массивная часть отливки превосходит по тол­ щине основную стенку в 2—3 раза и более, и тогда приходится прибегать к применению внутренних холо­ дильников.

Так как внутренние холодильники остаются в теле от­ ливки и должны составлять с ней единое целое, их вы­ полняют из металла той же марки, из какой отливается данная деталь и добиваются полной свариваемости хо­

10t

Внутренние холодильники служат причиной некото­ рых неблагоприятных побочных явлений. В отливке мо­ гут образоваться газовые раковины из-за сгорания мас­ ла, находившегося на поверхности холодильника, или из-за взаимодействия окалины, образующейся на поверх­ ности холодильника, с углеродом расплава. Если холо­ дильники лудят, то причиной газовых раковин в отливке могут служить пары свинца. Вот почему внутренние хо­ лодильники перед установкой в полость формы тщатель­ но очищают, обычно в дробеметных камерах, и в особо ответственных случаях подвергают пассивированию или меднению.

Ускорение затвердевания расплава сразу во всем объеме отливки может служить причиной образования мелких разобщенных усадочных раковин или пор. Что­ бы избежать этого, необходимо при применении внут­ ренних холодильников очень строго следить за соблюде­ нием принципа направленного затвердевания и питания отливки прибылью.

Следует различать два принципиально различных случая использования внутренних холодильников:

— с целью ускорения затвердевания расплава в массивных крупных отливках типа шаботов, баб для молотов и т. п.;

— с целью выравнивания скорости затвердевания массивного узла отливки и основной тонкой стенки.

В первом случае внутренние холодильники позволя­ ют ускорить процессы снятия перегрева расплава, за­ твердевания его во всем объеме и тем самым, несколько улучшить структуру, размельчить зерно и повысить ка­ чество металла отливки, облегчить задачу создания на­ правленного затвердевания снизу вверх и борьбу с уса­ дочной раковиной.

Внутренние холодильники для таких отливок дела­ ют из квадратных или круглых брусков диаметром от 12 до 40 мм. В полость формы их укладывают от 5 до 10% от массы отливки, как это установил П. И. Ямшанов на Уралмашзаводе, с соблюдением следующих правил:

— холодильники укладываются в форму в клетку в шахматном порядке;

102

—расстояние от стенки формы до холодильников Должно быть не менее двух диаметров холодильника;

—в верхней части формы на 20% ее высоты холо­

дильники не ставятся;

— в нижнем ряду холодильники ставятся друг от друга на расстоянии двух—четырех диаметров холо­ дильника, в верхнем ряду — на расстоянии девять—во­ семнадцать диаметров с постепенным уменьшением плотности укладки холодильников снизу вверх.

Схема укладки внутренних холодильников в массив­ ных отливках показана на рис. 50.

В последнее время на основании работ, проводимых под руководством А. А. Рыжикова, для массивных от­ ливок с целью общего ускорения их затвердевания предлагается использовать метод суспензионной залив­ ки: в струю нормально перегретого расплава во время заливки вводят порошок твердого металла или так на­ зываемые микрохолодильники. Количество и размеры микрохолодильников выбирают так, чтобы обеспечить полное их расплавление за периоды заливки и снятия перегрева. Быстрый отбор теплоты перегрева расплава позволяет значительно улучшить свойства металла в от­ ливке, размельчить зерно и уменьшить объем образую­ щейся усадочной раковины. Суспензионная заливка не создает дополнительной опасности образования спаев на отливке. Но из-за резкого увеличения поверхности вводимых микрохолодильников увеличивается и опас­ ность нежелательных побочных явлений. Поэтому при

103

применении микрохолодильников вопрос чистоты их по­ верхности должен решаться еще строже.

По данным работы А. А. Рыжикова и И. В. Гаври­ лина микрохолодильники следует делать из такого ма­ териала, который близок по своим кристаллофизическим характеристикам основному сплаву. Количество микро­ холодильников обычно принимают равным 1—2% от мас­ сы заливаемого металла. Размеры частиц микрохоло­ дильников выбирают около 2 мм по диаметру.

Рис. 51. Схема уст­ ройства и установ­ ки внутренних хо­ лодильников в местных массив­ ных узлах литей­

ных форм

При использовании внутренних холодильников для выравнивания скорости затвердевания массивных узлов и тонких стенок отливок чаще всего применяют тонкую проволоку, свитую в спираль, или витую стружку. Хо­ лодильники такого типа подвешиваются внутри полости формы в зоне массивного узла отливки на специальных крючках или формовочных гвоздях как показано на рис. 51.

Рассчитываются внутренние холодильники в этом случае по методу П. И. Ямшанова. Заливаемый в по­ лость формы металл охлаждается и затвердевает как около стенки формы, так и вокруг внутренних холодиль­ ников. Количество затвердевшего вокруг холодильника расплава за период его прогрева до температуры плав­ ления можно найти из уравнения баланса тепла

Если взять отливку из стали 35Л и поставить для нее холодильник также из стали 35Л, то в уравнении

104

— среднюю теплоемкость холодильника в заданном интервале температур С\= 0,165.4,1868 и теплоемкость расплава, залитого в форму, с[ — 0,22.4,1868Дж/кгград;

— удельную скрытую теплоту плавления (затверде­ вания) металла отливки 1\=64.4,1868 Дж/кг.

При таких значениях основных величин соотноше­ ние между массами холодильника Л4ХОл и затвердевше­ го вокруг него расплава М\, выраженное через пло­

щади сечений F xол и F v при разных t\ равно:

Следует отметить, что ti соответствует температуре расплава в момент соприкосновения его с холодильни­ ком. Поэтому, если холодильники установлены в поло­ сти формы в разных местах, то для каждого из холо­

дильников нужно соотношение F x03l\F\ брать с учетом охлаждения расплава при протекании его внутри фор­ мы, т. е. различным даже для одной отливки.

=0,56, то к моменту полного затвердевания металла в стейке отливки в тепловом узле еще останется жидкий расплав, причем площадь сечения, занятая жидким рас­

—для Т-образного сочленения стенок иметь вид треугольника с площадью F\ =0,96 б2;

—для Г-образного сочленения стенок иметь вид треугольника с площадью F\ =0,375 б2.

Для сочленения стенок другой формы вид и размер площади сечения оставшегося жидкого расплава можно определить графическим построением изотерм.

Зная величину F\ и приведенное выше соотношение F хол‘F] с учетом температуры подходящего к холодиль­

нику жидкого расплава, нетрудно найти площадь сече­ ния внутреннего холодильника. Для этого надо решить простейшее уравнение.

где а — F XOn-Fi в%.

105

Однако холодильник, установленной в тепловом узле

плавления. Поэтому диаметр холодильника приходится ограничивать и в ряде случаев вместо одного холодиль­ ника с большим диаметром ставить несколько меньшего диаметра. Чтобы правильно подобрать требуемый диа­

скорости затвердевания расплава около песчаных сте­ нок и скорости прогрева холодильника. График пред­ ставлен на рис. 52.

Рис. 52. Зависимость между продолжительностью процесса, толщиной затвердевшего слоя металла

восновной стенке отливки и толщиной прогревше­ гося до температуры плавления холодильника

Пользуясь представленным графиком, можно найти продолжительность затвердевания металла в стенке данной отливки и одновременно радиус холодильника, который за этот промежуток времени прогреется до температуры плавления. После этого можно найти пло­ щадь сечения этого холодильника и, наконец, количест­ во холодильников для данного теплового узла.

Аналогичную задачу решил А. А. Скворцов. Для составления теплового баланса он применил расчетные схемы, приведенные на рис. 53. В итоге решения тепло­ вого баланса им получены следующие результаты:

— для плоского холодильника

106

для цилиндрического холодильника

Полученные значения толщины или диаметра холо­ дильника автор рекомендует проверить на прогрев до температуры плавления с помощью известных графиков Д . В. Будрина по критериям Ві и Fo. Для их расчета рекомендуется в случае стальных отливок принимать

равной массе цилиндрического и общую длину прутка, идущего на спираль, равной

ХОЛ

107

— средний диаметр витка спирали брать равным

А р . х о л — А н + ^хол — (1 >20 — 1,38) сАл;

—шаг спирали при этом будет

,1000

•Т^ср-Хол

А. А. Рыжиков в своих исследованиях подчеркива­ ет, что внутренние холодильники чаще всего приходится делать спиральными, т. к. при максимально допустимой толщине или диаметре холодильника, найденной из усло­ вия прогрева его до tcол, длина холодильника получает­ ся много больше, чем длина полости формы, в которую укладывается холодильник. Поэтому для размещения холодильника в полости формы его приходится сворачи­ вать в спираль.

Принимая, как и А. А. Скворцов, что в спиральном холодильнике прогрев последнего должен осуществлять­ ся наполовину расплавом, залившимся внутрь спирали, и наполовину расплавом снаружи спирали, А. А. Рыжи­ ков предложил следующий баланс тепла

тем он предложил расстояние между витками спираль­ ного холодильника принимать равным h—сАл = 2г. При таких условиях для стальных отливок с установкой стальных спиральных холодильников расчетом были по­ лучены следующие соотношения: D Bn— 6,5г и А р = 8,5г.

Как видно, по данным А. А. Рыжикова диаметр спи­ рали холодильника А н получается много большим, чем предлагает А. А. Скворцов. По-видимому, если полость формы позволяет обеспечить нормальную укладку спи­ рали с соответствующими зазорами от стенок формы, сле­ дует придерживаться рекомендаций А. А. Рыжикова, и только в том случае, когда спираль большого диамет­ ра не укладывается в полость формы, выполнять послед­ нюю по рекомендациям А. А. Скворцова.

108

На этом мы закончим рассмотрение современных ме- 'годов расчета и конструирования прибылей и холодиль­ ников.

Л И Т Е Р А Т У Р А

Г и р ш о в и ч Н. Г., Н е X е и д з и Ю . А. Об основных законо­ мерностях реальной кристаллизации, Сб. «Литейные свойства спла­ вов», часть 1, Наукова думка, Киев, 1968.

Н е х е н д з и Ю. А. , Г и р ш о в и ч Н. Г., Б и л ы к В. Я. Про­ должительность и кинетика затвердевания железо-углеродистых спла­

ния и объема усадочных раковин в чугунах, «Литейное производст­

Ры ж и к о в А. А. Теоретические основы литейного производст­ ва, Изд. 2, Машгиз, 1961.

Ры ж и к о в А. А . Технологические основы литейного произ­ водства, Машгиз, 1962.

109