GeoSELECT.ru



Металлургия / Реферат: Линейная и объёмная усадка металлов и сплавов (Металлургия)

Космонавтика
Уфология
Авиация
Административное право
Арбитражный процесс
Архитектура
Астрология
Астрономия
Аудит
Банковское дело
Безопасность жизнедеятельности
Биология
Биржевое дело
Ботаника
Бухгалтерский учет
Валютные отношения
Ветеринария
Военная кафедра
География
Геодезия
Геология
Геополитика
Государство и право
Гражданское право и процесс
Делопроизводство
Деньги и кредит
Естествознание
Журналистика
Зоология
Инвестиции
Иностранные языки
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Кибернетика
Коммуникации и связь
Компьютеры
Косметология
Криминалистика
Криминология
Криптология
Кулинария
Культурология
Литература
Литература : зарубежная
Литература : русская
Логика
Логистика
Маркетинг
Масс-медиа и реклама
Математика
Международное публичное право
Международное частное право
Международные отношения
Менеджмент
Металлургия
Мифология
Москвоведение
Музыка
Муниципальное право
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование
Психология
Радиоэлектроника
Религия
Риторика
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Теория государства и права
Теория организации
Теплотехника
Технология
Товароведение
Транспорт
Трудовое право
Туризм
Уголовное право и процесс
Управление
Физика
Физкультура
Философия
Финансы
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
   

Реферат: Линейная и объёмная усадка металлов и сплавов (Металлургия)



ЛИНЕЙНАЯ И ОБЪЁМНАЯ УСАДКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ



СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение. Усадочные свойства сплавов………………………2
2. Усадочные раковины и поры в отливках……………………...8
3. Заключение. Методы борьбы с возникновением
усадочных пор в отливках……………………………………..18
4. Список литературы…………………………………………….20



ВВЕДЕНИЕ. УСАДОЧНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ

Усадкой называется уменьшение объема и линейных размеров отливки в процессе
ее формирования, а также охлаждения с температуры заливки до температуры
окружающей среды. Усадка является одним из важнейших литейных свойств
сплавов.
Виды усадки. Для оценки усадки используют понятия: относительная усадка и
коэффициент усадки в интервале температур. В зависимости от агрегатного
состояния сплава различают усадку в жидком, твердо-жидком и твердом
состояниях. Полная усадка является суммой этих трех слагаемых. Основу
усадки составляет термическое сжатие, которое увеличивается или уменьшается
в результате фазовых превращений и изменения растворимости газов. У ряда
сплавов вблизи от температуры ликвидуса наблюдается увеличение объема,
называемое предусадочным расширением.
Для характеристики усадки на различных этапах формирования отливки
используют следующие способы ее оценки. Объемная усадка – относительное
изменение объема сплава – используется для характеристики изменения в
жидком или твердожидком состоянии, а также для полного изменения объема.
Линейная усадка оценивает относительное изменение размеров отливки с
момента перехода ее в твердое или твердожидкое состояние с разрозненными
включениями жидкой фазы и твердой наружной коркой. Литейная усадка –
относительная (в процентах) разность линейных размеров модели и отливки Она
оценивает полное изменение размеров отливки и поэтому наиболее удобна для
использования в технологических расчетах и операциях. Литейная усадка
зависит не только от свойств и состояния сплава, но также от конструкции
отливки и формы, от технологических условий литья и других факторов. В
связи с торможением усадочного процесса формой (для фасонных отливок)
необходимо различать свободную и затрудненную усадку, которые численно не
совпадают.

Общее уменьшение объема сплава в процессе усадки отливки дают три
составляющие - наружная усадка, усадочная раковина и пористость.
Наружная усадка - изменение наружных размеров и объема. Именно этот вид
усадки оценивается характеристикой Е лит.. Усадочная раковина – - полость в
теле отливки или прибыльной части, образующаяся вследствие
некомпенсированной объемной усадки при затвердевании. Различают внутренние
раковины; образующиеся обычно в тепловых узлах, и наружную раковину,
которая может быть открытой или закрытой (т.е. под коркой металла). Размер
усадочной раковины зависит от усадочных свойств сплава, условий
формирования отливки и технологических условий литья. Усадочная пористость
– скопление мелких пустот, возникающих в изолированных микрообъемах
отливки, обычно в междуосных пространствах дендритов, в условиях отсутствия
питания жидким расплавом. Различают рассеянную пористость, распределенную
более или менее равномерно по всему объему отливки, и зональную пористость
,сосредоточенную в осевых частях, в тепловых узлах и других частях
отливки.
Формирование пористости при затвердевании отливки идет параллельно с
процессом выделения газов, которые заполняют поры и могут создавать в них
значительное давление. В связи с этим в реальных условиях пористость в
большинстве случаев имеет газоусадочный характер. Развитие усадочных
дефектов и их, распределение в отливке зависят от взаимодействия факторов,
отражающих усадочные свойства сплава, а также тепловые и кинетические
условия формирования отливки.
Склонность сплава к образованию усадочных дефектов (раковин и пористости)
определяется на технологических пробах – небольших отливках, имеющих форму
усеченного конуса или шара. Конфигурация и размеры проб ГОСТом не
регламентируются.
Линейная усадка цветных металлов и сплавов определяется согласно ГОСТ
16817 – 71 путем отливки пробы в сухую песчаную или металлическую
(полукокильную) форму. Проба представляет собой призматический образец
сечением 25 х 25 мм и длиной 130 мм с выемками с обоих концов. В результате
усадки при затвердевании образец перемещает подвижную часть формы , что
фиксируется стрелочным индикатором.
Линейная усадка большинства сплавов колеблется в пределах 0,7 – 2,2
% (углеродистой стали 1,2 – 2,2 %, серого чугуна 0,7 – 1,3 %, силумина 1 –
1,2 %, магниевых сплавов 1 – 1,6%, бронзы 1 – 1,5 %).
Образование усадки. Исследованиями А.А. Бочвара установлено, что в
сплавах, кристаллизующихся в интервале температур, линейная усадка
проявляется после образования в отливке твердого кристаллического скелета
когда, несмотря на наличие остаточного количества жидкости, в целом отливка
ведет себя как твердое тело. В зависимости от формы первичных кристаллов,
степени развития и разветвленности дендритов количество твердой фазы, при
котором формируется твердый скелет,

колеблется в очень широких пределах – от 20 до 80 % от общего объема
сплава. Соответственно на диаграмме состояния может быть нанесена линия
образования твердого скелета (ЛОТС), которая располагается возле границы
выливаемости, несколько ниже ее (рис. 1). При достижении температуры
образования твердого скелета
сплав с технологической точки зрения переходит в твердое состояние и в нем
может оцениваться линейная усадка; при температуре выше Тск усадочные
процессы возможно оценивать только объемной усадкой. Температура Тск
делит температурный интервал кристаллизации на две области: эффективный
интервал кристаллизации и эффективный интервал затвердевания.

Рис. 1. Распределение объем ной усадки между усадочной раковиной (1),
пористостью (2) и наружной усадкой (3) в сплавах эвтектической системы (по
данным А. А. Бочвара)



Формирование усадочной раковины происходит главным образом в
интервале температур после образования сплошной твердой корки на
поверхности отливки, а формирование усадочной
пористости – большей частью в интервале при затрудненности питания
междуосных пространств дендритов .Таким образом, развитие усадочных
дефектов того или иного типа оказывается непосредственно связанным с
положением фигуративной точки сплава на диаграмме состояния относительно
точек Ср, С’р и Сэ а также Сск.
Впервые общая схема распределения усадочных пустот между раковиной и
порами, в зависимости от ?Ткр была приведена в работах А.А. Бочвара.
Последующие исследования уточнили зависимость с учетом положения ЛОТС (или
точки Сск.) и неравновесного солидуса. Максимум развития пористости
фиксируется при концентрациях вблизи точек Ср или С’р (см. рис. 1).

Усадочные свойства некоторых сплавов приведены ниже:

В целом картина аналогична изменению положения минимума жидкотекучести в
зависимости от концентрации Ср. Общий вывод заключается в следующем:
щирокоинтервальные сплавы склонны к образованию усадочной пористости, в
узкоинтервальных сплавах усадочные изменения объема сосредоточены в
усадочной раковине.
По наблюдениям Б. Б. Гуляева, при смещении технологических границ
сплава (ЛОТО и расположенной ниже ее границы питания) к ликвидусу, зона
осевой пористости в отливках сужается, но рассеянная пористость может
увеличиваться. При смещении технологических границ к солидусу зона осевой
пористости может расширяться, но общий объем всех видов пористости должен
уменьшаться.
Рис. 2. Изменение линейной усадки е1 в сплавах эвтектической системы


Закономерности изменения линейной укладки в зависимости от положения
сплавов на диаграмме состояния иллюстрирует рис. 2.
1. В сплавах с существенной растворимостью в твердом состоянии (Ср >1 – 5
%) на участке до точки СА ск.Еl изменяется по некоторой ниспадающей кривой,
а на участке между точками СА ск. и СВ ск. наблюдается закон аддитивности –
прямолинейная зависимость (сплавы А1 – Мg и др.). Иногда излом кривой
происходит в точках Ср или С'р, а на участке Ср – СА ск. , отмечается
площадка (сплавы А1 – Si).
2. Если усадочные свойства первичных выделений (?1 и ?1) сильно
отличаются, то происходит разрыв аддитивной зависимости вблизи от
эвтектической точки, или точки СА ск.(СВ ск.) – рис. 2 (сплавы Sn –
Рb, А1 – Sn и др.). Отрезки прямых располагаются горизонтально, т. е.
усадка целиком определяется той структурной составляющей, которая
преобладает в смеси кристаллов.
В сложных многокомпонентных сплавах распределение усадочных пустот и
изменение в, в общем подчиняется рассмотренным выше зависимостям.
Влияние технологических факторов на усадку. Перегрев сплава перед
заливкой влияет на все виды усадки вследствие увеличения разности объемов
жидкого (при Тзал.) и твердого металлов и изменения кинетики роста
первичных выделений дендритов. Обычно отмечают увеличение объема усадочной
раковины при одновременном возрастании пористости и грубозернистости (в
этом заключается одна из причин, заставляющих ограничивать перегрев металла
перед заливкой).
Скорость охлаждения отливки изменяет ее кристаллическое строение – форму,
размеры и разветвленность дендритов, а также размер структурных
составляющих. Вследствие этого с увеличением скорости охлаждения возрастает
плотность сплава, увеличивается объем усадочной раковины (за счёт
сокращения пористости), несколько возрастает линейная усадка. большое
значение имеет также направленность затвердевания отливки. При правильном
построении этого процесса практически все усадочное изменение объема может
быть сведено к наружной усадке или усадочной раковине, выведенной в
прибыльную часть отливки.
Внешнее давление оказывает сильное влияния на перераспределение,
усадочных пустот между порами и раковиной. Крисдаллизация при повышенном
давлении используеся как технологический прием для снижения пористости и
повышении плотности и герметичности отливок; наружная усадка при этом
несколько возрастает.
Газонасыщенность металла обычно приводит к резкому увеличению пористости
(газовой и газоусадочной) при одновременном уменьшении размеров усадочной
раковины снижается также линейная усадка. Повышенное газосодержание резко
ухудшает комплекс свойств металла и отливки и поэтому недопустимо.
Модифицирование сплавов приводит к измельчению зерна и структурных
составляющих, уменьшает газонасыщенность и тем самым способствует повышению
плотности сплава.



УСАДОЧНЫЕ РАКОВИНЫ И ПОРЫ В ОТЛИВКАХ

1. Усадка сплавов при охлаждении.
Все этапы охлаждения, т. е. понижения температуры жидкого сплава, процесс
его кристаллизации и последующее охлаждение твердого сплава сопровождается
уменьшением объема этого сплава или, как это принято называть, его усадкой
(с увеличением объема могут протекать вторичные фазовые превращения в
твердом сплаве).
Усадка сплава является причиной многих дефектов в отливках ,поэтому
служит предметом специального изучения. Усадка жидкого и кристаллизующегося
сплава обусловливает образование в отливках незаполненных металлом полостей
(усадочных раковин и пор). Уменьшение объема жидкого и кристаллизующегося
сплава принято характеризовать коэффициентом ем объемного сжатия (объемной
усадки).
Усадка твердого сплава или сплава, находящегося в твердожидком состоянии,
но уже получившего и сохраняющего определенные геометрические очертания,
является причиной развития внутренних напряжений в отливке и образования в
ней трещин. Усадку такого сплава принято характеризовать коэффициентом Еv
линейного сжатия (линейной усадки).
2. Усадочные раковины
Формирование отливки начинается с возникновения ее внешних контуров.
Поверхностная твердая корка, образующая эти контуры, может представлять
собой слой Xii, если он сохранился после стадии II процесса охлаждения, или
слой новых кристаллов, затвердевших у поверхности формы в начале стадии
III. При открытой верхней поверхности отливки или слитка образование
верхней твердой корки происходит в результате отвода теплоты в атмосферу.



До появления твердой корки на отливке усадка проявляется в виде
понижения уровня жидкого сплава в литейной форме. После образования и
возникновения контура отливки размеры этого контура должны уменьшаться
вследствие понижения его температуры. Жидкость, заключенная в контурной
оболочке, претерпевает значительно большую усадку, так как она сначала
должна отдать теплоту перегрева, затем закристаллизоваться и лишь потом
остыть до температуры окружающей среды.

После полного охлаждения отливки объем жидкости, заключенный в
первоначальной твердой оболочке, уменьшится больше, чем объем, ограниченный
внешними контурами всей отливки. Внутри, отливки окажутся усадочные
полости, не заполненные металлом.

Различают два вида усадочных полостей: усадочные раковины, представляющие
собой относительно большие по размеру пространства, расположенные в
тепловых центрах отливки, и усадочные поры – мелкие иногда не видимые
невооруженным глазом пустоты, находящиеся на границах соприкосновения двух
или нескольких кристаллов.

Механизм образования одной сосредоточенной усадочиой раковины легко
представить себе из рассмотрения рис. 3, на котором дана схематичная
картина условий затвердевания слитка, имеющего квадратное, круглое или
другое геометрически правильное сечение.

В начале затвердевания образуется контурная корка 1 (рис. 3, а). В связи
с тем, что объем возникшей твердой фазы меньше объема жидкости, затраченной
на образование корки, уровень жидкости внутри слитка понижается до
горизонтали 1. В следующий период времени затвердевает слой II, причем
усадка, происходящая при кристаллизации, компенсируется понижением зеркала
жидкости до уровня 2. В дальнейшем при затвердевании слоев 111 и Ю уровень
жидкости понижается соответственно до горизонталей 3 и 4.

В результате постепенного снижения уровня жидкости и одно- временного
утолщения корки, ограничивающей объем этой жйд- кости, в верхней части
отливки развивается усадочная раковина, которая, например, при литье
цилиндрического слитка имеет форму близкую к конической. Схематический вид
этой раковины показан на рис. 3, б. Правильная форма раковины может
искажаться

Рис. 3. Образование усадочной раковины в отливке



при изменении скоростей отвода теплоты через донную, боковые и верхнюю
поверхности отливки. Образующая конуса становится при этом линией сложной
кривизны. Иногда в процессе развития нижняя часть раковины затвердевает. В
последствии под ней образуется вторая раковина.
Отметим, что рассмотренная схема развития конической раковины наиболее
полно характеризует затвердевание чистого металла или эвтектического
сплава, не имеющих температурного интервала кристаллизации. Изменения,
которые вносит в схему наличие у заливаемого сплава интервала
кристаллизации, будут рассмотрены ниже.

Фасонные отливки отличаются от слитков возможностью развития в них не
одной а нескольких усадочных раковин. Действительно, в том случае, иногда
отливка состоит из нескольких массивных частей, соединенных между собой
сравнительно тонкими стенками, эти стенки, успеют затвердеть раньше, чем
произойдет кристаллизация в массивных частях, и для каждой отдельной
массивной части окажется справедливой та схема, которая была рассмотрена
применительно к слитку. Внутри каждой массивной части окажется своя
собственная усадочная раковина. Пример фасонной отливки, в которой должны
образоваться две усадочных раковины, дан на рис. 4.
Естественно, что отливка с усадочной раковиной в сечении в большинстве
случаев непригодна к употреблению, так как её прочность и некоторые другие
служебные качества (например, герметичность) резко снижаются. Поэтому при
изготовлении отливок стремятся вывести усадочную раковину в специальный
дополнительный объем,. который добавляют к рабочему телу отливки, изменяя
таким образом ее конфигурацию. Этот объем, называемый прибылью, затем
отрезают. На рис.5,а дана простейшая цилиндрическая отливка (слиток) с
прибылью, на рис. 5,б – фасонная отливка с двумя прибылями

Рис. 4 Отливка с двумя усадочными раковинами. Рис. 5
отливки: а- с одной прибылью, б – с двумя прибылями.


Усадочная раковина располагается во внутренней части прибыли, занимая
лишь часть ее объема, поэтому для устройства прибылей на отливках
необходимо затратить дополнительное количество жидкого сплава. Отрезанные
прибыли затем переплавляют, что помимо дополнительных денежных затрат
приводит к ухудшению качества шихтовых материалов. Последнее обстоятельство
требует пояснения.
Прибыль должна быть сконструирована таким образом, чтобы жидкий сплав
сохранялся в ней более продолжительное время, чем требуется на
затвердевание рабочей части отливки, так как только при соблюдении этого
условия жидкость из прибыли сможет впитаться в продолжающую
кристаллизоваться двухфазную область основного тела отливки и
компенсировать происходящую там усадку. В соответствии с принятой в
литейных цехах терминологией говорят, что прибыль должна обеспечивать
питание сплава, затвердевающего в отливке. Вследствие того, что сплав
находится в прибыли в жидком состоянии продолжительное время, активные
примеси в нем могут дезактивироваться и кристаллическая структура сплава в
прибыли окажется крупнозернистой. При переплавке прибылей через
непродолжительное время после их отрезки новые отливки могут наследовать
эту неблагоприятную структуру.
Таким образом, экономические и технические соображения заставляют
стремиться к уменьшению числа и размеров прибылей.
Число прибылей на фасонной отливке можно уменьшить, если
воспрепятствовать затвердеванию тонких стенок между массивными частями
отливки или ускорить кристаллизацию одной из этих частей с тем, чтобы она
затвердевала первой и питалась (т. е. получала жидкий сплав для компенсации
усадки) от тонкой стенки, а затем затвердевала тонкая стенка, питаясь от
второй массивной части, и лишь потом происходила бы кристаллизация в этой
второй массивной части. При таком порядке затвердевания можно поставить
прибыль только у второй массивной части, затвердевающей последней, и
вывести в эту прибыль усадочную раковину. Нужной последовательности
затвердевания различных частей отливки можно достигнуть разными путями:
правильным выбором места подвода горячего жидкого металла к полости формы,
простановкой холодильников, т. е. металлических вставок, которые на
отдельных участках поверхности формы заменяют формовочную смесь, правильным
выбором толщины этих холодильников и т.д. Технологические приемы,
обеспечивающие затвердевание отдельных частей отливки в заданной
последовательности, рассматривают в курсе «Теория и технология литейной
формы». Следует стремиться к последовательному затвердеванию сплава от
одного из ее краев в направлении к прибыли или, если это необходимо, к
нескольким прибылям, число которых должно быть минимальным. Направленное
затвердевание отливки целесообразно осуществлять снизу вверх, так как кроме
капиллярных сил, вызывающих впитывание
жидкости из прибыли в затвердевающую отливку, этому впитыванию будет
содействовать сила тяжести сплава.
Целесообразно не только уменьшение числа, но и размеров прибылей. При
определенной величине усадочной раковины это равнозначно увеличению
относительного объема, занимаемого раковиной внутри прибыли, и уменьшению
количества металла, по- ступающего затем на переплав. Размеры прибылей
можно уменьшить за счет выбора их оптимальной конфигурации, в частности,
прибылям часто придают форму усеченного конуса, обращенного большим
основанием кверху. Относительный объем. раковины в прибыли (т. е. отношение
объема раковины к объему прибыли увеличивается при уменьшении толщины
затвердевших стенок прибыли, отделяющих раковину от формы. Это
обуславливает целесообразность мер, направленных к тому, чтобы отвод
теплоты. от стенок прибыли к форме был минимальным. В практике применяют
подогрев части формы, образующей прибыли, в частности, эту часть формы
делают иногда из так называемых экзотермических формовочных смесей,
содержащих вещества, которые при высоких температурах способны химически
реагировать между собой и выделять при этом дополнительное количество
теплоты. Часто на практике в прибыль дополнительно заливают жидкий сплав
(через некоторое время после заполнения формы). Дополнительную заливку
производят в момент, когда корка на верхней поверхности прибыли еще тонка
или ее вообще нет и уровень жидкого сплава в прибыли вследствие усадки уже
понизился. Дополнительная заливка повышает температуру сплава, находящегося
в прибыли.
.Для улучшения условий проникновения жидкого сплава из прибыли к местам
кристаллизации иногда к зеркалу сплава в прибыли прикладывают внешнее
давление, об этом подробнее будет сказано ниже.
3. Усадочные поры
Условия питания кристаллизующегося сплава усложняются, если он
затвердевает в интервале температур. Жидкость, компенсирующая укладку,
должна доставляться в этом случае не к фронту кристаллизации, а к местам
кристаллизации в глубине двухфазной зоны. Жидкий сплав в эту зону
проникает, как было показано, под действием капиллярного давления. Жидкий
сплав внутрь двухфазной области перемещается весьма интенсивно, до тех пор,
пока эта область, имеющая капиллярно-пористое строение, соприкасается с
обособленной зоной жидкого сплава в центре отливки. Выше было установлено,
что интенсивное циркуляционное движение жидкого сплава внутри двухфазной
зоны сильно замедляется после конца стадии процесса затвердевания. Это
замедление касается внутренней зоны не полностью затвердевших кристаллов.
Таким образом, до конца стадии затвердевания и формирования структурной
зоны (при литье однофазных твердых растворов – области столбчатых
кристаллов) питание сплава протекает обычным путем. Уровень жидкости во
внутренней части отливки постепенно снижается, образуя усадочную раковину,
а сплав, компенсирующий усадку, доставляется к поверхностям растущих
кристаллов под действием капиллярных сил. Жидкость, обогащенная ликватами и
возвращающаяся в центр отливки, не может уменьшить усадочной раковины, так
как часть жидкости, проникшая в двухфазную область, израсходована на
восполнение объема сплава, подвергшегося усадке при кристаллизации.
Контакт с обособленной зоной подвижной жидкости, имеющей постоянный
средний состав, теперь отсутствует, так как эта зона в стадии процесса
охлаждения отливки исчезает. Сохраняющееся замедленное движение жидкости
объясняется тем, что в двухфазной области продолжают существовать каналы,
расширяющиеся к центру отливки, и жидкость, содержащая много ликватов и
плохо смачивающая твердые кристаллы, вытесняется жидкостью, содержащей
несколько меньшее количество ликвирующих элементов.
В период формирования структурной зоны (зоны равноосных кристаллов)
усадочная раковина практически развиваться не может, так как уровень
жидкости должен теперь снижаться между зернами твердой фазы, начавшей расти
у границ усадочной раковины в момент конца стадии затвердевания и начала
стадии процесса охлаждения.
Естественно, что в этих очень изменившихся условиях питание продолжающих
расти кристаллов оказывается недостаточным, и сплав в третьей структурной
области оказывается пористым.
Таким образом, при литье сплавов, затвердевающих в интервале температур,
в отливке одновременно образуются и усадочные раковины и усадочные поры.
Распределение общего объема усадочных полостей между раковинами и порами
можно рассчитать по соотношению объемов плотного и пористого металлов. Это
соотношение, зависит от эффективной величины интервала кристаллизации
сплава и интенсивности охлаждения отливки. На рис. 6 дан график,
характеризующий относительные объемы усадочных раковин и усадочных пор,
выраженные в долях общего объема усадочных полостей, которые образуются в
бинарных алюминиево-медных сплавах разного состава.

Рис.6. Распределение объема усадочных полостей между усадочными раковинами
и усадочными порами: 1 – при повышенной интенсивности охлаждения; 2 – при
пониженной интенсивности охлаждения; 3 – общий объем усадочных полостей
(раковин и пор).



Усадочная пористость, развивающаяся в центральной структурной зоне
отливок, является причиной их не герметичности.
Впервые недостаточная плотность сплавов, кристаллизующихся з широком
интервале температур, была отмечена А. Портевеном и П. Бастиеном. Позднее
академик А. А. Бочвар и его сотрудники подтвердили это наблюдение.
Академику А. А. Бочвару принадлежит заслуга выявления взаимосвязей между
составом сплава и его положением на диаграмме состояния, с одной стороны, и
различными свойствами этого сплава, – с другой (жидко- текучесть,
склонность к транскристаллизации, герметичность, склонность к прямой и
обратной ликвации и др.).
Герметичность сплавов изучали следующим образом.: Из отдельных сплавов;
относящихся к бинарной системе Аl – Сu, отливали плоские пластины толщиной
30 мм. Во всех случаях перед заливкой сплав перегревали на одинаковое
число градусов над температурой ликвидуса. Все отливки охлаждали в
идентичных условиях. После охлаждения к одной из сторон пластины подводили
керосин под давлением 50 ат. Визуальным наблюдением за противоположной
стороной пластины устанавливали, протекает или не протекает керосин сквозь
отливку. Если керосин не протекал, на токарном станке с обеих сторон
пластины снимали слой толщиной 1 мм и опыт с керосином повторяли. Снятие
слоев с обеих сторон пластины и пробу на герметичность повторяли до тех
пор, пока на открытой стороне отливки не появлялись мелкие капли керосина
(отпотевание). Опыты, в которых обнаруживали течь керосина в виде струи,
отбрасывались, так как это указывало на наличие трещин в сплаве. Полученные
при экспериментах результаты иллюстрирует рис. 7.
По оси ординат отложена герметичность, которую считали тем выше; чем
больше было снято слоев с отливки до обнаружения течи и чем тоньше
оказывалась оставшаяся после механической обработки пластина. Был сделан
вывод о высокой герметичности чистых металлов и эвтектических сплавов и о
низкой герметичности сплавов, кристаллизующихся в широком интервале
температур.



Рис. 7. Герметичность отливок, изготовленных из алюминиево-медных сплавов



ЗАКЛЮЧЕНИЕ. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВОЗНИКНОВЕНИЕМ УСАДОЧНЫХ ПОР В ОТЛИВКАХ


Борьба с усадочными порами в отливках представляет собой задачу более
сложную, чем борьба с усадочными раковинами. В последнем случае ликвидация
последствий усадки связана главным образом с дополнительными экономическими
затратами на устройство, отрезку, хранение, транспорт и переплав прибылей.
Ликвидация же пористости не всегда возможна по техническим соображениям.
Часто принимаемые на практике меры не устраняют пористости, а лишь
уменьшают ее.
Полная ликвидация в отливке дефектной пористой зоны может быть достигнута
при выведении в прибыль всей структурной зоны. Здесь следует напомнить, что
в рассмотренном ранее примере затвердевания плоской отливки термический ее
центр совпадал с осевой плоскостью, в то время как в реальных отливках
различных конфигураций тепловой центр и усадочная раковина находятся вне
точки симметрии, а структурная зона 3 необязательно развивается в объеме,
границы которого параллельны поверхности отливки. Во всех случаях
центральная зона, отличающаяся равноосным кристаллическим строением,
положительной ликвацией и пористостью, прилегает к усадочной раковине.
Выведение структурной зоны в прибыль может резко увеличить ее размеры и
уменьшить удельный объем усадочных полостей во всем занимаемом ею
пространстве. Иногда вывести пористую зону в прибыль вообще невозможно, так
как в эта зона может занимать весь или почти весь объем отливки.
Сравнительно широко распространен способ уменьшения усадочной пористости
путем удлинения периода, в течение которого может развиваться усадочная
раковина. Приложение к жидкому сплаву, находящемуся в прибыли, внешнего
давления может заставить его продолжать питать двухфазную область
(образующую впоследствии структурную зону) и после начала роста твердых
кристаллов на границе усадочной раковины при условии, конечно, что этот
рост не успел вызвать образования сплошной твердой корки. Для создания
давления на сплав, находящийся в прибыли, можно подвести к ней сжатый
воздух или соединить полость при- были, отделенную от внешней среды твердой
коркой, с воздушной атмосферой и т. д. Иногда в прибыли закладывают
патроны, наполненные мелом; после герметизации прибыли, происходящей за
счет образования внешней корки, патрон, толщину стенок которой
соответствующим образом рассчитывают, разрушается, и мел в условиях высокой
температуры разлагается по уравнению СаСО3 = СаО + СО2 .
Давление СО, в прибыли при соответствующем размере патрона может
достигать 2 – 3 ат, что, естественно, содействует проникновению жидкого
сплава в продолжающую затвердевать часть отливки.

В заключение отметим, что технологические факторы особенно сильно влияют
на усадочные процессы в широко - интервальных сплавах, склонных к объемному
затвердеванию. В отливках из таких сплавов соотношение между объёмом пор и
усадочной раковиной может изменяться в очень широких пределах. В связи с
этим все зависимости усадочных и других литейных свойств от положения
сплава на диаграмме состояния справедливы только в условиях постоянства
технологических факторов. В противном случае будут оцениваться не
усадочные свойства сплавов, а влияние условий формирования отливки. В
практике литейного производства при анализе причин брака и разработке
технологических процессов необходимо учитывать весь комплекс условий – и
технологические факторы, и усадочные характеристики сплавов.



ЛИТЕРАТУРА



1. Новиков И.И. «Горячеломкость цветных металлов и сплавов» - Изд-во
Наука, Москва 1966г.

2. Новиков И.И., Корольков Г.А., Золоторевский В.С. - Сб. МИЦМиЗ
«Металлургия и
технология цветных металлов», вып.33, Металлургиздат, 1960г.

3. Бочвар А.А., Жадаева О.С. Юбилейный сборник трудов Моск. Ин-та
цветных металлов, вып.9, Металлургиздат, 1976г.

4. Никитина М.Ф., Никитин С.Л. Литейное производство, №2, 1983г.







Реферат на тему: Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили

Министерство образования Российской Федерации
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ



Кафедра АПП



“Литьё цветных металлов в металлические формы (кокили)”.



Выполнил: студент
Группы 01-КТ-61
Агранович Олег
Проверил: Лецик В.И.



Краснодар 2003 год.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ 2
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ. ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 3
КОКИЛИ 6
Общие сведения 6
Элементы конструкции кокилей 7
Материалы для кокилей 9
Изготовление кокилей 10
Стойкость кокилей и пути ее повышения 11
ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ 13
Технологические режимы литья 13
Особенности изготовления отливок из различных сплавов 15
Отливки из алюминиевых сплавов 16
Отливки из магниевых сплавов 19
Отливки из медных сплавов 20
Финишные операции и контроль отливок из цветных сплавов 21
Дефекты отливок из цветных сплавов и меры их предупреждения 21


СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ. ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Кокиль (от франц. coquille) — металлическая форма, которая
заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от
разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким
образом, сущность литья в кок и ли состоит в применении металлических
материалов для изготовления многократно используемых литейных форм,
металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и
свойства отливки.
Кокиль (рис. 2.1) обычно состоит из двух полуформ 1, плиты 2, вставок
10. Полуформы взаимно центрируются штырями 8, и перед заливкой их соединяют
замками 9. Размеры рабочей полости 13 кокиля больше размеров отливки на
величину усадки сплава. Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены
металлическими 11 или песчаными 6 стержнями, извлекаемыми из отливки после
ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Расплав заливают в
кокиль через литниковую систему 7, выполненную в его стенках, а питание
массивных
узлов отливки осуществляется из прибылей (питающих выпоров) 3. При
заполнении кокиля расплавом воздух и газы удаляются из его рабочей
полости через вентиляционные выпоры 4, пробки 5, каналы 12,
образующие вентиляционную систему кокиля.
Основные элементы кокиля — полуформы, плиты, вставки, стержни т. д.—
обычно изготовляют из чугуна или стали. Выше рассмотрен кокиль простой
конструкции, но в практике используют кокили различных, весьма сложных
конструкций.
Основные операции технологического процесса. Перед заливкой расплава
новый кокиль подготовляют к работе: поверхность рабочей полости и разъем
тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла; проверяют
легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования,
надежность крепления. Затем на поверхность рабочей полости и металлических
стержней наносят слой огнеупорного покрытия (рис. 2.2, а) — облицовки и
краски. Состав облицовок и красок зависит в основном от заливаемого сплава,
а их толщина — от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой
огнеупорного покрытия, тем медленнее охлаждается отливка. Вместе с тем слой
огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого
повышения ее температуры при заливке, расплавления и схватывания с металлом
отливки. Таким образом, облицовки и краски выполняют две функции: защищают
поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют
регулировать скорость охлаждения отливки, а значит, и процессы ее
затвердевания, влияющие на свойства металла отливки.
Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают газовыми
горелками или электрическими нагревателями до температуры 423—453 К. Краски
наносят на кокиль обычно в виде водной суспензии через пульверизатор. Капли
водной суспензии, попадая на поверхность нагретого кокиля, испаряются, а
огнеупорная составляющая ровным слоем покрывает поверхность.
После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей
температуры, зависящей в основном от состава заливаемого сплава, толщины
стенки отливки, ее размеров, требуемых свойств. Обычно температура нагрева
кокиля перед заливкой 473—623 К. Затем в кокиль устанавливают песчаные или
керамические стержни (рис. 2.2, б), если таковые необходимы для получения
отливки; половины кокиля соединяют (рис. 2.2, в) и скрепляют специальными
зажимами, а при установке кокиля на кокильной машине с помощью ее механизма
запирания, после чего заливают расплав в кокиль. Часто в процессе
затвердевания и охлаждения отливки, после того как отливка приобретет
достаточную прочность, металлические стержни «подрывают», т. е. частично
извлекают из отливки (рис. 2.2, г) до ее извлечения из кокиля. Это делают
для того, чтобы уменьшить обжатие усаживающейся отливкой металлического
стержня и обеспечить его извлечение из отливки. После охлаждения отливки до
заданной температуры кокиль раскрывают, окончательно извлекают
металлический стержень и удаляют отливку из кокиля (рис. 2.2, д). Из
отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли, выпоры,
контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется.
Перед повторением цикла осматривают рабочую поверхность кокиля,
плоскость разъема. Обычно огнеупорную краску наносят на рабочую поверхность
кокиля 1—2 раза в смену, изредка восстанавливая ее в местах, где она
отслоилась от рабочей поверхности. После этого при необходимости, что чаще
бывает при литье тонкостенных отливок или сплавов с низкой жидкотекучестью,
кокиль подогревают до рабочей температуры, так как за время извлечения
отливки и окраски рабочей поверхности он охлаждается. Если же отливка
достаточно массивная, то, наоборот, кокиль может нагреваться ее теплотой до
температуры большей, чем требуемая рабочая, и перед следующей заливкой его
охлаждают. Для этого в кокиле предусматривают специальные системы
охлаждения,
Как видно, процесс литья в кокиль — малооперацион-н ы и.
Манипуляторные операции достаточно просты и кратковре-менны, а лимитирующей
по продолжительности операцией является охлаждение отливки в форме до
заданной температуры. Практически все операции могут быть выполнены
механизмами машины или автоматической установки, что является существенным
преимуществом способа, и, конечно, самое главное — исключается трудоемкий и
материалоемкий процесс изготовления формы: Кокиль используется многократно.
Особенности формирования и качество отливок. Кокиль — металлическая
форма, обладающая по сравнению с песчаной значительно большей
теплопроводностью, теплоемкостью, прочностью, практически нулевыми
газопроницаемостью и газотвор-. ностью. Эти свойства материала кокиля
обусловливают рассмотренные ниже особенности его взаимодействия с металлом
отливки.
1. Высокая эффективность теплового взаимодействия между отливкой и
формой: расплав и затвердевающая отливка охлаждаются в кокиле быстрее, чем
в песчаной форме, т. е. при одинаковых гидростатическом напоре и
температуре заливаемого расплава заполняемость кокиля обычно хуже, чем
песчаной формы. Это осложняет получение в кокилях отливок из сплавов с
пониженной жидкотекучестью и ограничивает минимальную толщину стенок и
размеры отливок. Вместе с тем повышенная скорость охлаждения способствует
получению плотных отливок с мелкозернистой структурой, что повышает
прочность и пластичность металла отливок. Однако в отливках из чугуна,
получаемых в кокилях, вследствие особенностей кристаллизации часто
образуются карбиды, ферритографитная эвтектика, отрицательно влияющие на
свойства чугуна: снижается ударная вязкость, износостойкость, резко
возрастает твердость в отбеленном поверхностном слое, что затрудняет
обработку резанием таких отливок и приводит к необходимости подвергать их
термической обработке (отжигу) для устранения отбела.
2. Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препятствует
усадке отливки, что затрудняет извлечение ее из формы, может вызвать
появление внутренних напряжений, коробление и трещины в отливке.
Однако размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно
точнее, чем песчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют погрешности,
вызываемые расталкиванием модели, упругими и остаточными деформациями
песчаной формы, снижающими точность ее рабочей полости и соответственно
отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными. Точность
отливок в кокилях обычно соответствует 12—15-ам квалитетам по СТ СЭВ
145—75. При этом точность по 12-му квалитету возможна для размеров,
расположенных в одной части формы. Точность размеров, расположенных
в двух и более частях формы, а также оформляемых подвижными частями формы,
ниже. Коэффициент точности отливок по массе достигает 0,71, что
обеспечивает возможность уменьшения припусков на обработку резанием.
3. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля
минимально, что способствует повышению качества поверхности отливки.
Отливки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок
определяется составами облицовок и красок, наносимых на поверхность
рабочей полости формы, и соответствует Rz = 80-10 мкм, но может быть и
меньше.
4. Кокиль практически газонепроницаем, но и газотворность его
минимальна и определяется в основном составами огнеупорных покрытий,
наносимых на поверхность рабочей полости. Однако газовые раковины в
кокильных отливках — явление не редкое. Причины их появления различны, но в
любом случае расположение отливки в форме, способ подвода расплава и
вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздуха и газов из
кокиля при заливке.
Эффективность производства и область применения. Эффективность производства
отливок в кокиль, как, впрочем, и других способов литья, зависит от того,
насколько полно и правильно инженер-литейщик использует преимущества этого
процесса, учитывает его особенности и недостатки в условиях конкретного
производства.
Ниже приведены преимущества литья в кокиль на основе
производственного опыта.
1. Повышение производительности труда в результате исключения
трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от
пригара. Поэтому использование литья в кокили, по данным различных
предприятий, позволяет в 2—3 раза повысить производительность труда в
литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и
реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных
площадей, расходов на оборудование, очистные сооружения, увеличить съем
отливок с 1 м площади цеха.
2. Повышение качества отливки, обусловленное использованием
металлической формы, повышение стабильности показателей качества:
механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности
размеров отливок.
3. Устранение или уменьшение объема- вредных для здоровья
работающих операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки,
общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение
окружающей среды.
4. Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки,
обусловленная многократностью использования кокиля. При литье в
кокиль устраняется сложный для автоматизации процесс изготовления
литейной формы. Остаются лишь сборочные операции: установка стержней,
соединение частей кокиля и их крепление перед заливкой, которые легко
автоматизируются. Вместе с тем устраняется ряд возмущающих
факторов, влияющих па качество отливок при лигье в песчаные формы, таких,
как влажность, прочность, газопроницаемость формовочной смеси, что делает
процесс литья в кокиль более управляемым. Для получения отливок заданного
качества легче осуществить автоматическое регулирование технологических
параметров процесса. Автоматизация процесса позволяет улучшить качество
отливок, повысить эффективность производства, изменить характер труда
литейщика-оператора, управляющего работой таких комплексов.
Литье в кокили имеет и недостатки.
1. Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его
изготовления.
2. Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок,
которые можно получить в,данном кокиле (см. табл. 2.3). От стойкости кокиля
зависит экономическая эффективность процесса особенно при литье чугуна и
стали, и поэтому повышение стойкости кокиля является одной из важнейших
проблем технологии кокильного литья этих сплавов.
3. ложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения
которых необходимо усложнять конструкцию формы — делать
дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или
песчаные стержни.
4. Отрицательное влияние высокой интенсивности охлаждения расплава в
кокиле по сравнению с песчаной формой. Это ограничивает возможность
получения тонкостенных протяженных отливок, а в чугунных отливках приводит
к отбелу поверхностного слоя, ухудшающему обработку резанием; вызывает
необходимость термической обработки отливок.
5. Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений,
а иногда к трещинам.
Преимущества и недостатки этого способа определяют р а-циональную
область его использования: экономически целесообразно вследствие высокой
стоимости кокилей применять этот способ литья только в серийном или
массовом производстве. Серийность при литье чугуна должна составлять более
20 крупных , или более 400 мелких отливок в год, а при литье алюминиевых —
не менее 400—700 отливок в год.
Эффективность литья в кокиль обычно определяют в сравнении с литьем в
песчаные формы. Экономический эффект достигается благодаря устранению
формовочной смеси, повышению качества отливок, их точности, уменьшению
припусков на обработку, снижению трудоемкости очистки и обрубки отливок,
механизации и автоматизации основных операций и, как следствие, повышению
производительности и улучшению условий труда.
Таким образом, литье в кокиль с полным основанием следует отнести к
трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным
технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и
уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

КОКИЛИ


Общие сведения

В производстве используют кокили различных конструкций.
Классификация конструкций кокилей. В зависимости от расположения
поверхности разъема кокили бывают: неразъемные (вытряхные); с вертикальной
плоскостью разъема; с горизонтальной плоскостью разъема; со сложной
(комбинированной) поверхностью разъема.
Неразъемные, или вытряхные, кокили (рис. 2.3) применяют в тех случаях,
когда конструкция отливки позволяет удалить ее вместе с литниками из
полости кокиля без его разъема. Обычно эти отливки имеют достаточно простую
конфигурацию.
Кокили с вертикальной плоскостью разъема (см. рис. 2.1) состоят из
двух или более полуформ. Отливка может располагаться целиком в одной из
половин кокиля, в двух половинах кокиля, одновременно в двух половинах
кокиля и в нижней плите.



Кокили с горизонтальным разъемом (рис. 2.4) применяют преимущественно
для простых по конфигурации, а также крупногабаритных отливок, а в
отдельных случаях для отливок достаточно сложной конфигурации.
Кокили со сложной (комбинированной) поверхностью разъема (рис. 2.5)
используют для изготовления отливок сложной конфигурации.
По числу рабочих полостей (гнезд), определяющих возможность одновременного,
с одной заливки, изготовления того или иного количества отливок, кокили
разделяют на одноместные (см. рис. 2.1) и многоместные (см. рис. 2.4).
В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным
(естественным и принудительным), с жидкостным (водяным, масляным) и с
комбинированным (водо-воздушным и т. д.) охлаждением. Воздушное охлаждение
используют для малотеплонагруженных кокилей. Водяное охлаждение используют
обычно для высокотеплонагруженных кокилей, а также для повышения скорости
охлаждения отливки или ее отдельных частей. На рис. 2.6 представлен кокиль
с воздушным охлаждением. Ребра на стенках кокиля увеличивают поверхность
соприкосновения охладителя — воздуха — с кокилем и соответственно
теплоотвод. На рис. 2.7 представлен водоохлаждаемый кокиль для отливки
барабана шахтной лебедки из высокопрочного чугуна. Вода подается раздельно
в обе половины кокиля, нижнюю плиту и верхнюю крышку.

Элементы конструкции кокилей

Кокиль, как и любая литейная форма,— ответственный и точный
инструмент. Технические требования к кокилям оговорены ГОСТом.
Конструктивное исполнение основных элементов кокилей — полуформ, плит,
металлических стержней, вставок — зависит от конфигурации отливки, а также
от того, предназначена ли форма для установки на кокильную машину.
К основным конструктивным элементам кокилей относят:



формообразующие элементы — половины кокилей, нижние плиты (поддоны),
вставки, стержни; конструктивные элементы — выталкиватели, плиты
выталкивателей, запирающие механизмы, системы нагрева и охлаждения кокиля и
отдельных его частей, вентиляционную систему, центрирующие штыри и втулки.
Корпус кокиля или его половины выполняют коробчатыми, с ребрами
жесткости. Ребра жесткости на тыльной, нерабочей стороне кокиля делают
невысокими, толщиной 0,7—0,8 толщины стенки кокиля, сопрягая их галтелями с
корпусом. Толщина стенки кокиля зависит от состава заливаемого сплава и его
температуры, размеров и толщины стенки отливки, материала, из которого
изготовляется кокиль, конструкции кокиля. Толщина стенки кокиля должна быть
достаточной, чтобы обеспечить заданный режим охлаждения отливки,
достаточную жесткость кокиля и минимальное его коробление при нагреве
теплотой залитого расплава, стойкость против растрескивания.
Размеры половин кокиля должны позволять размещать его на плитах
кокильной машины. Для крепления на плитах машины кокиль имеет приливы.
Стержни в кокилях могут быть песчаными и металлическими.
Песчаные стержни для кокильных отливок должны обладать пониженной
газотворностью и повышенной поверхностной прочностью. Первое требование
обусловлено трудностями удаления газов из кокиля; второе — взаимодействием
знаковых частей стержней с кокилем, в результате чего отдельные песчинки
могут попасть в полость кокиля и образовать засоры в отливке. Стержневые
смеси и технологические процессы изготовления песчаных стержней могут быть
различными — по горячим ящикам (сплошные и оболочковые стержни), из
холоднотвердеющих смесей и т. д.
В любом случае использование песчаных стержней в кокилях вызывает
необходимость организации дополнительной технологической линии для
изготовления стержней в кокильном цехе. Однако в конечном счете
использование кокилей в комбинации с песчаными стержнями в большинстве
случаев оправдывает себя экономически.
Металлические стержни применяют, когда это позволяют конструкция
отливки и технологические свойства сплава. Использование металлических
стержней дает возможность повысить скорость затвердевания отливки,
сократить продолжительность цикла ее изготовления, в отдельных случаях
повысить механические свойства и плотность (герметичность). Однако при
использовании металлических стержней возрастают напряжения в отливках,
увеличивается опасность появления в них трещин из-за затруднения усадки.
Металлические стержни, выполняющие наружные поверхности отливки,
называют вкладышами (рис. 2.8, а). Вкладыши затрудняют механизацию и
автоматизацию процесса, так как их уста-



навливают и удаляют вручную. Металлические тержни, выполняющие отверстии и
полости простых очертаний (рис. 2.8, б, см. рис. 2.1.) до момента полного
извлечения отливки «подрывают» для уменьшения усилия извлечения стержня.
Полости более сложных очертаний выполняются разъемными (рис. 2.8, в) или
поворотными (рис. 2.8, г) металлическими стержнями.
Для надежного извлечения стержней из отливки они должны иметь уклоны
1—5°, хорошие направляющие во избежание перекосов, а также надежную
фиксацию в форме.
Во многих случаях металлические стержни делают водоохлаж-даемыми изнутри.
Водяное охлаждение стержня обычно включают после образования в отливке
прочной корочки. При охлаждении размеры стержня сокращаются так, что между
ним и отливкой образуется зазор, который уменьшает усилие извлечения
стержня из отливки.
Для извлечения стержней в кокилях предусматривают винтовые,
эксцентриковые, реечные, гидравлические и пневматические механизмы.
Конструкции этих устройств выполняют в соответствии с действующими ГОСТами.
Вентиляционная система должна обеспечивать направленное вытеснение
воздуха из кокиля расплавом. Для выхода воздуха используют открытые выпоры,
прибыли, зазоры по плоскости разъема
и между подвижными частями (вставками, стержнями) кокиля и специальные
вентиляционные каналы: по плоскости разъема делают газоотводные каналы /
(см. Б — Б на рис. 2.9), направленные по возможности вверх. В местных
углублениях формы при заполнении их расплавом могут образовываться
воздушные мешки (см. А — А). В этих местах в стенке кокиля устанавливают
вентиляционные пробки 2. При выборе места установки вентиляционных пробок
необходимо учитывать последовательность заполнения формы расплавом.
Центрирующие элементы — контрольные штыри и втулки—предназначены для
точной фиксации половин кокиля при его сборке. Обычно их количество не
превышает двух. Их располагают в диагонально расположенных углах кокиля.
Запирающие механизмы предназначены для предотвращения раскрытия
кокиля и исключения прорыва расплава по его разъему при заполнении, а также
для обеспечения точности отливок. В ручных кокилях применяют
эксцентриковые, клиновые, винтовые замки и другие устройства,
обеспечивающие плотное соединение частей кокиля.
Закрытие и запирание кокилей, устанавливаемых на машинах, осуществляется
пневматическим или гидравлическим приводом подвижной плиты машины.
Системы нагрева и охлаждения предназначены для поддержания заданного
температурного режима кокиля. Применяют электрический и газовый обогрев.
Первый используется для общего нагрева кокиля, второй более удобен для
общего и местного нагрева. Конструкции охлаждаемых кокилей рассмотрены
выше.
Удаление отливки из кокиля осуществляется специальными механизмами.
При раскрытии кокиля отливка должна оставаться в одной из его половин,
желательно в подвижной, чтобы использовать ее движение для выталкивания
отливки. Поэтому выполняют на одной стороне отливки меньшие, а на другой
большие уклоны, специальные технологические приливы и предусматривают
несимметричное расположение литниковой системы в кокиле (целиком в одной
половине кокиля). При изготовлении крупных отливок должно быть обеспечено
удаление отливки из обеих половин кокиля. Отливки из кокиля удаляются
выталкивателями, которые располагают на неответственных поверхностях
отливки или литниках равномерно по периметру отливки, чтобы не было
перекоса и заклинивания ее в кокиле. Выталкиватели возвращаются в исходное
положение пружинами (небольшие кокили) или контртолкателями.

Материалы для кокилей

В процессе эксплуатации в кокиле возникают значительные термические
напряжения вследствие чередующихся резких нагревов при заливке и
затвердевании отливки и охлаждений при раскрытии кокиля и извлечении
отливки, нанесении на рабочую поверхность огнеупорного покрытия. Кроме
знакопеременных термических напряжений под действием переменных температур
в материале кокиля могут протекать сложные структурные изменения,
химические процессы. Поэтому материалы для кокиля, особенно для его частей,
непосредственно соприкасающихся с расплавом, должны хорошо противостоять
термической усталости, иметь высокие механические свойства и минимальные
структурные превращения при температурах эксплуатации, обладать повышенной
ростоустойчивостью и окалиностойкостью, иметь минимальную диффузию
отдельных элементов при циклическом воздействии температур, хорошо
обрабатываться, быть недефицитными и недорогими. Производственный опыт
показывает, что для рабочих стенок кокилей достаточно полно указанным
требованиям отвечают приведенные ниже материалы.
|СЧ20, СЧ25 |кокили для мелких и средних отливок |
| |из алюминиевых, магниевых, медных |
| |сплавов, чугуна; кокили с воздушным |
| |и водовоздушным охлаждением |
|ВЧ42-12, ВЧ45-5 |Кокили для мелких, средних и крупных|
| |отливок из чугунов: серого, |
| |высокопрочного, ковкого; кокили с |
| |воздушным и водовоздушным |
| |охлаждением |
|Стали 10, 20, СтЗ, стали 15Л-П, |Кокили для мелких, средних, крупных |
|15ХМЛ |и особо крупных отливок из чугуна, |
| |стали, алюминиевых, магниевых, |
| |медных сплавов |
|Медь и ее сплавы, легированные стали|Вставки для интенсивного охлаждения |
|и сплавы с особыми свойствами |отдельных частей отливок; |
| |тонкостенные водоохлаждаемые кокили;|
| |массивные металлические стержни для |
| |отливок из различных сплавов |
|АЛ9, АЛ11 |Водоохлаждаемые кокили с |
| |анодированной поверхностью для |
| |мелких отливок из алюминиевых, |
| |медных сплавов, чугуна |


Наиболее широко для изготовления кокилей применяют серый и
высокопрочный чугуны марок СЧ20, СЧ25, ВЧ42-12, так как эти материалы в
достаточной мере удовлетворяют основным требованиям и сравнительно дешевы.
Эти чугуны должны иметь ферритно-перлитную структуру. Графит в серых
чугунах должен иметь форму мелких изолированных включений. В этих чугунах
не допускается присутствие свободного цементита, так как при нагревах
кокиля происходит распад цементита с изменением объема материала, в
результате в кокиле возникают внутренние напряжения, способствующие
короблению, образованию сетки разгара, снижению его стойкости. В состав
таких чугунов для повышения их стойкости вводят до 1% никеля, меди, хрома,
а содержание вредных примесей серы и фосфора должно быть минимальным.
Например, для изготовления кокилей с высокой тепло-нагружснностью
рекомендуется [14] серый чугун следующего химического состава, мае. %:
3,0—3,2 С; 1,3—1,5 Si; 0,6—0,8 Mn; 0,7—0,9 Cu; 0,3—0,7 Ni; 0,08—0,1 Ti; до
0,12 S; до 0,1 Р.
Для изготовления кокилей используют низкоуглеродистые стали 10, 20, а
также стали, легированные хромом и молибденом, например 15ХМЛ. Эти
материалы обладают высокой пластичностью, поэтому хорошо сопротивляются
растрескиванию при эксплуатации. Кокили для мелких отливок из чугуна и
алюминиевых сплавов иногда изготовляют из алюминиевых сплавов АЛ9 и АЛ11.
Такие кокили анодируют, в результате чего на их рабочей поверхности
образуется тугоплавкая (температура плавления около 2273 К) износостойкая
пленка окислов алюминия толщиной до 0,4 мм. Высокая теплопроводность
алюминиевых стенок кокиля способствует быстрому отводу теплоты от отливки.
Таблица 2.1
Материалы для изготовления деталей кокилей

|Детали кокиля |Условия работы |Материал |
|Стержни, штыри, |Соприкасаются с |Сталь 45 |
|обратные |жидким металлом, | |
|толкатели, тяги |работают на | |
|Стержни, |истирание |ЗОХГС, |
|вставки, |Оформляют |35ХГСА, |
|выталкиватели с |глубокие полости |35ХНМ, |
|резкими |отливок и |4Х5МФС |
|переходами в |находятся под | |
|сечениях |действием высоких| |
| |температур | |
|Выталкиватели |Испытывают |У8А; У10А |
| |ударные нагрузки | |
|Оси, валы, |Работают на |Сталь 25* |
|эксцентрики |истирание | |


* Подвергают цементации.
Эти кокили обычно делают водоохлаждаемыми. Медь также часто используют для
изготовления рабочих стенок водоохлаждаемых кокилей. Из меди делают
отдельные вставки, вкладыши в местах, где необходимо ускорять теплоотвод от
отливки и тем самым управлять процессом ее затвердевания.
Стержни простой конфигурации изготовляют из конструкционных
углеродистых сталей, а сложной конфигурации — из легированных сталей, для
прочих деталей — осей, валов, болтов и т. д.— используют конструкционные
стали (табл. 2.1).

Изготовление кокилей

Новинки рефератов ::

Реферат: Колдовство и магия Зигмунда Фрейда (Психология)


Реферат: Судебная баллистика (Криминалистика)


Реферат: Фотография журнала "Time" (Фотография)


Реферат: Проблемы реформирования системы оплаты труда в условиях перехода к рыночной экономике (Бухгалтерский учет)


Реферат: Методика изучения числовых систем (Математика)


Реферат: Высоковольтные шунтирующие сопротивления (Технология)


Реферат: Материалы для герметизации стыков (Технология)


Реферат: Гражданский процесс (Гражданское право и процесс)


Реферат: Ролевые игры на уроках английского языка (Педагогика)


Реферат: Род человеческий на плахе (Литература)


Реферат: Влияние игротренинга на двигательную активность детей старшего дошкольного возраста (Спорт)


Реферат: Козаки, їхнє життя, побут та звичаї (История)


Реферат: Наследственность и изменчивость (Биология)


Реферат: Защита авторских прав (Гражданское право и процесс)


Реферат: Борьба Руси с внешними вторжениями в XIII в. (История)


Реферат: Архитектурные памятники Беларуси: Минск (Архитектура)


Реферат: Основные направления английской политической мысли. (Политология)


Реферат: Попереднє розслідування (Уголовное право и процесс)


Реферат: Особенности совершения всенощного бдения в монастырях святой Горы Афон (Религия)


Реферат: Товар и деньги (Финансы)



Copyright © GeoRUS, Геологические сайты альтруист