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

Кокили небольших размеров для мелких отливок из алюминиевых,

магниевых, цинковых, оловянных сплавов изготовляют литыми из чугуна, а

также часто из поковок обработкой резанием с электрофизической и

электрохимической обработкой рабочих полостей. Более крупные кокили -

выполняют литыми. При отливке рабочих стенок кокилей особое внимание

обращают на то, чтобы заготовки не имели внутренних напряжений, что

обеспечивается технологией литья, а также .снижением уровня остаточных

напряжений соответствующей термической обработкой.

Желательно выполнять литую заготовку кокиля такой, чтобы не

требовалось обработки резанием рабочих полостей, в крайнем случае

производилась бы их зачистка. Это обеспечивает снижение стоимости кокиля и

повышение стойкости рабочей поверхности к появлению сетки разгарных трещин

при эксплуатации.

Однако решить эту задачу трудно, особенно если конфигурация рабочей

полости сложная. Поэтому литые необработанные кокили применяют для отливок

несложной конфигурации. Рабочую полость кокиля выполняют стержнями, которые

для получения чистой поверхности кокиля, без пригара, обязательно

окрашивают или натирают противопригарными пастами. Без окраски используют

лишь стержни, получаемые по нагреваемой оснастке из смесей со связующим ПК-

104, а также стержни из песков зернистости не выше 016, стержни из

цирконовых песков.

Для получения литых кокилей из стали используют СО2 — процесс, а также

керамические формы, изготовляемые по постоянным моделям [11]. Последний

способ позволяет получать рабочие полости кокилей сложной конфигурации без

обработки резанием. Точность размеров рабочих полостей в этом случае

достигает 12 — 14-го квалитетов по СТ СЭВ 145—75, а шероховатость

поверхности

Rz = 40ч10 мкм по ГОСТ 2789—73. Использование керамических форм для

изготовления рабочих стенок кокилей позволяет снизить объем обработки

резанием на 50—60%.

Литые заготовки стальных кокилей после отливки подвергают термической

обработке — нормализации. Термическую обработку стальных водоохлаждаемых

кокилей проводят после приварки к ним кожухов и коробок для подачи

жидкости, так как при сварке в конструкции неизбежно возникнут внутренние

напряжения, которые могут привести к короблению кокиля при эксплуатации.

Для стабилизации размеров и формы стальные кокили перед окончательной

обработкой резанием подвергают старению по режиму: нагрев до 773—873 К,

выдержка 2 ч на каждые 25 мм толщины стенки, охлаждение с ночью до 473— 573

К и далее на воздухе. Используют также «тренировку» — циклическую

термическую обработку: в печь, нагретую до 1173 К, помещают кокиль и

нагревают до 573 К, затем охлаждают обдувкой воздуха. Этот цикл повторяют

3—4 раза. Стареыие и циклическую термическую обработку по указанным режимам

используют также и для чугунных заготовок кокилей.

Стойкость кокилей и пути ее повышения

Стойкость кокилей измеряется числом отливок требуемого, качества,

полученных в данном кокиле до выхода его из строя. Приблизительная

стойкость кокилей приведена в табл. 2.2.

Увеличение стойкости кокиля при литье чугуна, стали, медных сплавов

позволяет повысить эффективность производства отливок благодаря снижению

затрат на изготовление кокиля, расширить область применения этого

перспективного технологического процесса.

Таблица 2.2

Приблизительная стойкость кокилей

|Заливаемый |Отливки |Материал|Стойкость |

|сплав | | |кокиля (число |

| | |кокиля |отливок) |

|Медные |Мелкие |Чугун |1000—10000 |

| |Средние | |1000—8000 |

| |Мелкие |Сталь |1 000— 1 500 500 |

| |Средние | |- 3000 |

|Алюминиевые|Мелкие |Чугун |Сотни тысяч |

|, |Средние | |Десятки тысяч |

|магниевые, |Крупные | |Несколько тысяч |

|цинковые | | | |

Основной причиной разрушения кокиля являются сложные термохимические

процессы, вызываемые неравномерным циклическим нагревом и охлаждением

рабочей стенки кокиля во всех трех ее измерениях (по толщине, длине,

ширине). Это приводит к появлению неоднородного, изменяющегося с изменением

температуры поля напряжений в стенке кокиля, вызывающего ее упругие и

пластические деформации. Последние приводят к остаточным деформациям и

напряжениям. Теоретически показано, что в поверхностном слое кокиля

нереализованная термическая деформация обычно в 2 раза превосходит

деформацию, соответствующую пределу текучести материалов при определенной

температуре. Поэтому в каждом цикле нагружения (заливка — выбивка)

деформация сжатия сменяется деформацией растяжения, что приводит к

термической усталости материала кокиля. Термические напряжения возникают

также вследствие структурных превращений и роста зерна материала кокиля,

протекающих тем интенсивнее, чем выше температура его нагрева.

Способность кокиля выдерживать термические напряжения зависит от

механических свойств его материала при температурах работы кокиля. Эти

свойства резко снижаются при нагреве. Напри- : мер, предел текучести стали

15 при нагреве до 900 К уменьшается в 3 раза.

Уровень возникающих в кокиле напряжений зависит также от конструкции

кокиля — толщины его стенки, конструкции ребер жесткости и т. д. Например,

тонкие ребра жесткости большой высоты приводят к появлению трещин на

рабочей поверхности кокиля, а низкие ребра могут не обеспечить жесткость

кокиля и привести к короблению.

Стойкость кокилей обеспечивается конструктивными, технологическими и

эксплуатационными методами.

Конструктивные методы основаны на правильном выборе материалов для кокилей

в зависимости от преобладающего вида разрушения, разработки рациональной

конструкции кокиля.

Термические напряжения, приводящие к снижению стойкости кокиля,

являются следствием нереализованной термической деформации: менее нагретые

части кокиля (слои рабочей стенки, прилегающие к внешней нерабочей

поверхности, ребра жесткости) препятствуют расширению нагревающейся

металлом отливки части кокиля. Уменьшить напряжения возможно, если

термическая деформация нагретой части происходит беспрепятственно. Этого

можно достичь, если расчленить рабочую стенку кокиля на отдельные элементы

(вставки) в продольном (рис. 2.10, 6) или поперечном (рис. 2.10, а)

направлениях. Тогда вследствие зазоров между элементами кокиля каждый из

них при нагреве расширяется свободно.

Для повышения стойкости кокилей используют сменные вставки 1,

оформляющие рабочую полость кокиля (рис. 2.10, в). Благодаря зазорам между

корпусом 2 и вставкой 1 термическая деформация вставки протекает свободно,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6