книги из ГПНТБ / Горизонтальное непрерывное литье цветных металлов и сплавов

оригинальных методиках по исследованию расположе­ ния фронта затвердевания в кристаллизаторе в процессе литья. Эти методики базируются на изученной и описан­ ной выше схеме затвердевания заготовок. Первая мето­ дика, названная методом отметки, заключается в том, что в процессе литья производится дополнительная оста-

Рис. 34. Схема определения расположения начала фронта затвердевания мето­ дом отметки:

/ — многоручьевоП кристаллизатор; 2 — пруток; 3 — отметка; 4 — водоохлаждае­

новка перед очередным вытягиванием заготовки на 5—■ 10 с или резко уменьшается шаг вытягивания. Схематич­ но метод отметки представлен на рис. 34.

Эти мероприятия вносят изменения в структуру за­ готовки. Во время остановки в заготовке, отливаемой из сплава, склонного к обратной ликвации (например, бронзы), стационарная корочка дополнительно охлаж­ дается, происходит ее сжатие при усадке, и на поверх­ ности заготовки появляется ликвационная полоска (рис. 34,6). Начало полоски примерно соответствует местона­ хождению последней зоны разрыва (сечение 1—1), а ин-

71

роды сплава отсутствуют видимые изменения на поверх­ ности отлитой заготовки в месте дополнительной оста­ новки, то величину Lx можно измерить по макрострук­ туре после приготовления соответствующего продольно­ го темплета.

Вторая методика заключается в следующем. На внут­ ренней поверхности графитового кристаллизатора при его изготовлении наносят 2—3 продольных параллель-

Рис. 36. Схема определения расположения начала фронта затвер­ девания методом «рисок»:

а — рабочая поверхность кристаллизатора с рисками; б — заго­ товка

ных канавки (риски) глубиной и шириной по 1—3 мм. Расстояние между ними 10—15 мм. Длину канавок вы­ бирают с таким расчетом, чтобы концы их попадали в зону затвердевания сплава. В результате на поверхности отливаемой заготовки появляются периодические риски, длина которых мгновенно меняется при изменении па­ раметров вытягивания. На рис. 36 представлена схема нанесения канавок 1, 2, 3 на внутреннюю поверхность одноручьевого графитового кристаллизатора (рис. 36, а) и вид поверхности получаемой заготовки с соответству­ ющими рисками Г, 2', 3' (рис. 36,6). Зная длину кана­

73

вок, по появлению рисок па отливаемой заготовке лег­ ко контролировать глубину проникновения жидкой фазы в кристаллизатор. Кроме того, по рискам на заготовке можно ориентировочно определить расположение зон затвердевания, как это показано иа рис. 36,6. Зона раз­ рыва (Р) всегда будет проходить через короткую рис­ ку. Последняя методика особенно полезна при освоении технологии литья полых заготовок.

Если в кристаллизаторе будет нанесена одна конт­ рольная риска, на расстоянии например, 60 мм от конца дорна (в зависимости от глубины лунки), то появление риски на поверхности заготовки предупредит об опасно­ сти залива расплава за дорн и послужит сигналом для уменьшения скорости литья.

Обе эти методики широко применяли для контроля положения фронта затвердевания при литье в конусный кристаллизатор заготовок, предназначенных для волоче­ ния на проволоку. Смещение фронта затвердевания с конусной части кристаллизатора, ухудшающее качество заготовок, являлось сигналом для изменения скорости литья. Расположение конуса в кристаллизаторе также корректировали на основании экспериментальных дан­ ных, полученных описанными методами.

Заканчивая рассмотрение особенностей затвердева­ ния заготовок при горизонтальном непрерывном литье, следует остановиться на следующем. В результате мно­ голетних исследований сейчас совершенно ясно, что медь и ее сплавы невозможно отливать в горизонтально расположенный графитовый кристаллизатор без перио­ дических остановок или возвратно-поступательного дви­ жения. При освоении технологии горизонтального непре­ рывного литья на каждом заводе находились сторонни­ ки непрерывного вытягивания заготовки. Однако много­ численные попытки вытягивать заготовку непрерывно без периодических остановок или без возвратно-поступа­ тельного движения кристаллизатора не увенчались ус­ пехом. В то же время хорошо известно, что медь, брон­ зу и латунь способом вертикального полунепрерывного литья отливают при непрерывном вытягивании заготов­ ки из стационарного кристаллизатора. Особенность спо­ соба горизонтального непрерывного литья объясняется,

восновном, следующими факторами:

1)начало затвердевания заготовки происходит цд

74

графитовой стсикс, Имеющей температуру, близкую к

Из данных табл. 1 следует, что уже при температуре 500° С бронза не пластична и имеет низкие прочностные свойства. При температуре кристаллизации следует ожи­ дать прочностные свойства, близкие к нулю. Исходя из этого корочка, находящаяся под воздействием столба жидкого металла высотой не менее 200 мм и имеющая низкие прочностные свойства, при вытягивании, как пра­ вило, разрывается, образуя зависший участок, который не может быть оплавлен при малой скорости вытягива­ ния. Даже если не происходит зависания, то при вытя­ гивании заготовки обнажается поверхность графита с температурой ниже температуры кристаллизации рас­ плава и на ней начинается затвердевание самостоятель­ ной стационарной корки.

На рис. 37 представлена схема формирования заго­ товки в графитовом кристаллизаторе при непрерывном вытягивании с образованием зависшего участка 0—У. Между вытягиваемой заготовкой (точка 1') и зависшей корочкой (точка У) образуется передвигающаяся зона разрыва, проходящая последовательно точки 2, 3 и 4, которым соответствуют на вытягиваемой заготовке точ­ ки 2', 3', 4'. В дальнейшем, если стационарная корка успевает вырасти до центра заготовки, то прекращается

75

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ ЗАГОТОВОК

Основным видом дефектов заготовок, получаемых способом горизонтального непрерывного литья, были трещины. Количество, глубина и протяженность трещин носят самый различный характер; выделено 4 типа тре­ щин. Дальнейшее их описание необходимо рассматри­ вать совместно со схемой затвердевания заготовки (см.

рис. 25).

Шаговые трещины типа I образуются на поверхно­ сти заготовки между зонами I и // при увеличении ша­ га вытягивания до предельного. Следует более подробно остановиться на термине предельный шаг вытягивания. Предельным называется шаг, превышение которого при­ водит к обрыву заготовки.

На рис. 25, е показана схема образования предель­ ного шага вытягивания. Величина его, согласно изло­ женной схеме затвердевания, определяется нарастанием стационарной корочки до центра заготовки за время вы­ тягивания и прекращением питания зоны разрыва жид­ ким металлом, что вызывает предварительное появление надрывов на поверхности заготовки, а при последующем увеличении шага, обрыв ее. На рис. 35, а показаны ти­ пичные кольцевые надрывы в зоне стыка фронтов за­ твердевания при шаге вытягивания, близком к предель­ ному. Иеслитины на заготовке, представленной на рис. 35, б, имеют односторонний характер, однако причина их образования та же.

То обстоятельство, что надрывы на поверхности заго­ товки при предельном шаге образуются в конце перио­ да вытягивания, подтверждается следующими двумя фактами: во-первых, тем, что при резком увеличении шага вытягивания надрыв появляется всегда в начале первого большого шага, во-вторых, если бы надрывы возникали из-за увеличения усилий вытягивания или недостаточной прочности заготовки в горячем состоя­ нии, то увеличение времени остановки, упрочняющее ее, способствовало бы ликвидации надрывов, хотя много­ численными проверками это не подтвердилось.

Например, для бронзовых заготовок (Бр. ОФ6,5-0,4) диаметром 12 мм в зависимости от режима литья вели­ чина предельного шага при проведении опытных разли­ вок колебалась от 40 до 70 мм. Однако в двух разлив­

77

ках при литье в три ручья было обнаружено интересное явление. Заготовки удалось разливать практически с не­ ограниченным шагом вытягивания до 500—700 мм при скорости вытягивания 60—70 м/ч и длине охлаждаемой части кристаллизатора 180 мм.

Изучение макроструктуры полученных заготовок пока­ зало, что затвердевание носило периодический характер.

Рнс. 39. Схема формирования предельного шага вытя­ гивания

Макроструктура заготовки состояла из веерообразных образованных столбчатыми кристаллитами коро­ чек, соединенных между собой участками с мелкозерни­ стой структурой (см. рис. 26,6). Периодичность их пов­ торения (около 40 мм) примерно соответствовала вели­ чине предельного шага.

На наш взгляд, непрерывность процесса достигалась за счет низкого коэффициента трения в кристаллизато­ рах данных разливок. Стационарные корочки (II), об­ разовавшиеся при вытягивании, стягивались с поверх­

статического напора расплава. Как правило, в других разливках этих сил бывает недостаточно для стягива­ ния стационарной корочки, поэтому необходима допол­ нительная остановка для прочного соединения корочки с заготовкой, т. е. периодический режим вытягивания.

Рассмотрим формирование предельного шага вытя­ гивания. Длина его складывается из суммы протяжен­ ностей трех зон затвердевания согласно схеме на рис. 39:

78

Djj — длина предельной стационарной корки, м;

L/v — длина зоны остановки, м.

Исследованиями было установлено, что основным па­

случая литья бронзовых заготовок малых сечений (диа­

что Zn = L?r Для расчета предельной длины зоны II вы­

ведена теоретическая зависимость на основе составления теплового баланса для критического сечения А—А ста­ ционарной корки (см. рис. 39), в котором затвердевание до центра заготовки наступает в первую очередь

ВV Вссг.п

/— снижение удельного теплосодержания рас­ плава, ккал/кг;

аг.п — коэффициент теплоотдачи от поверхности

прутка к графиту, ккал/(м2-ч-град).

Последние три величины относятся к критическому сечению А—А зоны II.

Для определения значений t„, В и а г.п использовали экспериментальные данные теплофизических исследова­ ний. Например, при литье заготовок диаметром 12 мм из бронзы Бр. ОФ6,5-0,4 расчетный предельный шаг ра­ вен 0,043 м (при ив =0,04 м/с), экспериментальный 0,04—0,045 м. Для заготовок диаметром 60 мм расчет­

79