SML / Лекция_3

69

дефектами чугунных отливок, полученных литьем в кокиль, являются: несли-

тины и недоливы вследствие недостаточно высокой температуры кокиля или заливаемого чугуна, а также большой протяженности литниковых каналов или недостаточной площади их поперечного сечения; трещины, вызванные нетех-

нологичной конструкцией отливки, местным перегревом кокиля, заливами ме-

талла по поверхностям сопряжения частей кокиля; газовые раковины, обуслов-

ленные недостаточной вентиляцией кокиля, повышенной газотворной способ-

ностью огнеупорного покрытия или песчаных стержней, повышенным газосо-

держанием чугуна; несоответствие структуры заданной вследствие отклонения химического состава чугуна, температуры кокиля, нарушений в составе, тол-

щине и режимах нанесения огнеупорного покрытии кокиля.

Особенности изготовления отливок из высокопрочного чугуна в ко-

килях. Литейные свойства высокопрочного чугуна во многом определяются присутствием шаровидного графита и в этой связи имеют ряд особенностей:

линейная усадка (1,17 – 2%) больше, чем у серого чугуна, поэтому для питания массивных узлов отливки используют питающие бобышки и прибыли. Однако,

так как его предусадочное расширение в 2 – 3 раза больше, чем у серого чугуна,

вероятность образования в отливках горячих трещин уменьшается. Высоко-

прочные чугуны склонны к образованию холодных трещин.

При модифицировании магний из модификатора и сера, содержащаяся в чугуне, образуют сульфиды магния, вследствие чего в структуре отливки появ-

ляются «темные пятна», которые отрицательно влияют на служебные характе-

ристики металла. Для их устранения понижают содержание серы в чугуне, об-

рабатывая его флюсами (криолитом, плавиковым шпатом и т.д.). Высокопроч-

ные чугуны после модифицирования магнием обладают повышенной окисляе-

мостью. Пленки оксидов могут содержаться в металле отливки и механические свойства его снижаются.

Отжиг отливок из чугуна с шаровидным графитом проводят для сниже-

ния внутренних напряжений по режиму: нагрев до 550 – 650оС, выдержка при температуре нагрева 2 – 5 ч в зависимости от конфигурации и толщины стенки

70

отливки. Для получения перлитной структуры проводят нормализацию по ре-

жиму: нагрев до 900 – 950оС, выдержка 1 –3 ч и охлаждение на воздухе. Далее

ДЛИ получения высоких механических свойств и пластичности проводят изо-

термическую закалку по режиму: нагрев до 850оС, выдержка при температуре нагрева 2 – 2,5 ч и охлаждение в масле, нагретом до 300 – 350оС.

3.3.3 Отливки из стали

Стали обладают низкими литейными свойствами: плохой жидкотекуче-

стью, большой усадкой (до 2%). Они склонны к образованию раковин, рыхлот и трещин в отливках. Температура заливки стали значительно выше, чем тем-

пература заливки серого чугуна. Все это осложняет технологический процесс литья стали в кокиль. Обычно в кокилях получают отливки из углеродистых сталей марок 20Л, 25Л, 35Л, 45Л, а также некоторых легированных сталей, на-

пример, сталей марок 110Г13Л, 5ХНВЛ и др.

Особенности технологии литья стали в кокиль обусловлены ее плохими литейными свойствами. Основное требование к технологии сводится к созда-

нию условий для направленного затвердевания и питания усадки отливки. Это достигается рациональной конструкцией отливки, которая должна иметь про-

стую конфигурацию с равномерной толщиной стенок и не иметь выступающих частей, тормозящих усадку отливки. Важна рациональная конструкция литни-

ково-питающей системы, которая должна создавать минимальные тепловые и гидравлические потери на пути движения жидкой стали в полость кокиля. По-

этому целесообразным является использование подвода металла сверху через прибыли при совмещении по возможности функций прибыли и стояка.

Прибыли выполняют чаще в песчаных стержнях или используют иные способы повышения тепловой изоляции прибылей. Литниковые каналы долж-

ны быть покрыты достаточно толстым слоем огнеупорной облицовки во избе-

жание охлаждения жидкой стали и чрезмерного нагрева кокиля. Температура кокиля не должна превышать рекомендованных в таблице 3.2 значений, так как

71

при большей температуре снижается его стойкость, а также и пластические ха-

рактеристики металла отливки.

Температура заливки углеродистых сталей, содержащих 0,2 – 0,4% угле-

рода, обычно составляет 1450 – 1500оС.

Стойкость кокиля существенно зависит от продолжительности выдержки в нем отливок. Поэтому стальные отливки стремятся выбивать из кокиля сразу же после затвердевания.

3.4 Литье в облицованные кокили

Поиски путей регулирования теплового режима взаимодействия отливки и кокиля, защиты кокиля от воздействия высоких температур при заливке чу-

гуном и сталью привели к созданию нового способа получения отливок литьем в облицованные кокили.

Способ литья в облицованный кокиль предполагает нанесение на рабо-

чую поверхность кокиля достаточно толстого слоя облицовки из дисперсных материалов, соизмеримого с толщиной стенки отливки (4 – 6 мм). Благодаря этому слою резко повышается сопротивление переносу теплоты от отливки к стенке кокиля, снижаются скорость охлаждения отливки и температура рабочей поверхности кокиля. Использование литья в облицованные кокили позволило гарантированно устранить отбел в чугунных отливках и решить проблему стойкости кокиля при изготовлении отливок из черных металлов.

В качестве материала для облицовочного слоя используют формовочные смеси повышенной текучести: сыпучие на термотвердеющем или холоднотвер-

деющем связующем, а также жидкоподвижные на самотвердеющем или термо-

твердеющем связующем.

По существу этот способ можно отнести к способам литья в разовую разъемную форму, так как облицовочный слой смеси, контактирующий с от-

ливкой, удаляется из кокиля после извлечения отливки и наносится вновь перед следующей заливкой. Последовательность технологических операций для наи-

72

более распространенной разновидности процесса – литья в кокиль, облицован-

ный сыпучей термотвердеющей смесью, – приведена на рисунке 3.5. Для нане-

сения облицовки на рабочую поверхность кокиля 1 используют модельную плиту 2 с металлической моделью отливки; кокиль устанавливают на модель-

ную плиту по центрирующим штырям так, чтобы между поверхностями кокиля и модели образовался зазор 3, равный толщине облицовки (рисунок 3.5, а). Ко-

киль и модельную плиту предварительно нагревают до 200 – 220оС. Для лучше-

го сцепления облицовки с поверхностью кокиля его рабочую полость не обра-

батывают, чтобы она осталась шероховатой. Для лучшего отделения модели отливки от облицовки поверхность модели покрывают разделительной смазкой марок СКТ или СКТР. После нагрева кокиль подают на позицию задува обо-

лочковой смеси (рисунок 3.5, б). Эта операция осуществляется на пескодувных машинах. Для оболочки чаще всего используют сыпучую термотвердеющую пасчано-смоляную смесь, содержащую 2,0 – 2,5 % фенолформальдегидного связующего. Для вывода воздуха из пространства между моделью и кокилем служат вентиляционные каналы, выполненные в кокиле. После задува смеси в пространство между кокилем и моделью смесь нагревается за счет теплоты ос-

настки и твердеет. После этого кокиль с облицовкой снимают с модельной пли-

ты (рисунок 3.5, в).

Аналогично наносят облицовку на вторую половину кокиля. Затем ко-

киль собирают, устанавливая стержни, которые могут быть обычными или обо-

лочковыми. После заливки расплава (рисунок 3.5, г), затвердевания и охлажде-

ния отливки кокиль раскрывают и отливку удаляют (рисунок 3.5, д). Одновре-

менно частично удаляется часть облицовки. Перед следующим циклом рабо-

чую поверхность кокиля тщательно очищают от остатков оболочки (рисунок

3.5, e), из отверстий для вдува смесь удаляют штырями-толкателями, а с рабо-

чей поверхности – сжатым воздухом.

Особенности формирования отливок в облицованных кокилях заключа-

ются в следующем.

1. Большая па сравнению с обычными облицовками и красками толщина

73

Рисунок 3.5 – Последовательность изготовления отливки в облицованном коки-

ле:

а – нагрев кокиля; б – нанесшие облицовочного слоя (стрелками показано направление подачи смеси); в – удаление модели; г – сборка и заливка кокиля; д – удаление отливки; е – очистка коки- ля; 1 – кокиль; 2 – модельная ложа; 3 – зазор

74

песчано-смоляной облицовки позволяет существенно снизить скорость охлаж-

дения расплава, что важно, например, при изготовлении отливок из серого чу-

гуна. Изменяя зазор между кокилем и моделью, толщину слоя облицовки мож-

но делать разной. Следовательно, можно регулировать и скорость охлаждения расплава и затвердевания отливки в отдельных ее местах, т. е. получать отливку с дифференцированными свойствами.

2. Деформация облицовки, имеющей жесткую металлическую опору, –

кокиль, весьма мала. Это способствует сохранению характерных для кокиля повышенных точности отливок и плотности чугунных отливок.

3. Песчаная облицовка придает жесткому кокилю некоторую податли-

вость, поэтому в отливках уменьшаются внутренние напряжения, коробление и соответственно дополнительно повышается точность отливок. Вместе с тем толстая облицовка на поверхности кокиля улучшает условия его работы: боль-

шое термическое сопротивление облицовки снижает температурное воздейст-

вие на кокиль, благодаря чему уменьшается коробление кокиля, повышается его стойкость.

Указанные особенности формирования отливки и работы кокиля обу-

словливают преимущества этого технологического процесса. Однако он не ли-

шен недостатков.

К недостаткам способа литья в облицованные кокиля следует отнести по-

вышенную сложность и стоимость оснастки, трудности переналадки специаль-

ного оборудования, ограниченные размеры кокилей и соответственно отливок.

Указанные преимущества и недостатки определяют рациональную об-

ласть использования способа литья в облицованные кокили. Вследствие повы-

шенной сложности и стоимости оснастки и трудностей переналадки оборудо-

вания этот процесс целесообразно использовать в массовом и крупносерийном производстве отливок из чугуна и стали массой до 200 кг.