Приблизительная стойкость кокилей

       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, возникающие в ней напряже­ния снижаются, стойкость кокиля возрастает. Наиболее эффек­тивно использование сменных вставок в многоместных кокилях.

       Технологические методы направлены на повышение стойкости поверхностного слоя рабочей полости, имеющего наибольшую температуру при работе кокиля. Для этого использу­ют армирование, поверхностное легирование, алитирование, силицирование, термическую обработку различных видов, наплавку, напыление на рабочую поверхность материалов, повышающих стойкость кокиля. Каждый из этих способов предназначен для повышения стойкости кокиля к разрушениям определенного вида.

       Эксплуатационные методы повышения стойкости кокилей основаны на строгой регламентации температурного режима кокиля, зависящего от температуры кокиля перед заливкой, температуры заливаемого металла, состава, свойств и состояния огнеупорного покрытия на его рабочей поверхности, темпа (часто­ты заливок) работы кокиля. Перед заливкой кокиль нагревают или охлаждают (если он был нагрет) до оптимальной для данного сплава и отливки температуры T_Ф (см. табл. 2.4). Начальная тем­пература Т_ф кокиля зависит от темпа работы кокиля (рис. 2.11). При повышении темпа работы сокращается продолжительность t_ц цикла, в основном вследствие уменьшения времени t _{3 an} от выбивки отливки из кокиля до следующей заливки. Это приводит к тому, что в момент заливки кокиль имеет температуру несколько выше требуемой (рис. 2.11, а), С увеличением Ц кокиля уменьшается разность температур АГ_Ф — Т_юл — Тф и соответственно уменьшают­ся остаточные напряжения в кокилях из упруго-пластических мате­риалов. Вместе с тем повышение Г_ф способствует интенсификации коррозии, структурных превращений и других процессов в мате­риале кокиля, что снижает его стойкость.

       При уменьшении темпа работы (рис. 2.11,6) продолжитель­ность цикла возрастает также из-за увеличения времени t _{3 an}. Это приведет к тому, что перед очередной заливкой температура Т'ф будет ниже заданной, соответственно возрастет разность температур АГ_Ф и увеличатся остаточные напряжения в кокиле, его стойкость понизится. Производственные данные показывают (рис. 2.12), что для данного конкретного кокиля существует опти­мальный темп работы т, при котором стойкость его &_зал наиболь­шая.

       На стойкость кокиля оказывает влияние температура заливае­мого металла Г_зал. Повышение температуры металла выше требуе­мой по технологии для данной отливки приводит к снижению стойкости кокиля и ухудшению качества отливки — усадочным раковинам, рыхлотам, трещинам.

       Стойкость кокиля может быть повышена при надлежащем уходе за ним при эксплуатации. Это обеспечивается системой планово-предупредительного ремонта (ППР).

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ