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, 15ХМЛ Кокили для мелких, средних, крупных и особо крупных отливок из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых, медных сплавов Медь и ее сплавы, легированные стали и сплавы с особыми свойствами Вставки для интенсивного охлаждения 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, обратные толкатели, тяги Соприкасаются с жидким металлом, работают на Сталь 45 Стержни, вставки, выталкиватели с резкими переходами в сечениях истирание Оформляют глубокие полости отливок и находятся под действием высоких температур ЗОХГС, 35ХГСА, 35ХНМ, 4Х5МФС Выталкиватели Испытывают ударные нагрузки У8А У10А Оси, валы, эксцентрики Работают на истирание Сталь 25 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 .