Стойкость кокилей и пути ее повышения

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 сплав Отливки Материал кокиля Стойкость кокиля число отливок Медные Мелкие Средние Чугун 1000-10000 1000-8000 Мелкие Средние Сталь 1 000- 1 500 500 - 3000 Алюминиевые, магниевые, цинковые Мелкие Средние Крупные Чугун Сотни тысяч Десятки тысяч Несколько тысяч 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 TФ см. табл. 2.4 . Начальная температура Тф кокиля зависит от темпа работы кокиля рис. 2.11 . При повышении темпа работы сокращается продолжительность tц цикла, в основном вследствие уменьшения времени t3an 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 АГФ - Тюл - Тф и соответственно уменьшаются остаточные напряжения в кокилях из упруго-пластических материалов.

Вместе с тем повышение Гф 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 t3an. Это приведет к тому, что перед очередной заливкой температура Т ф будет ниже заданной, соответственно возрастет разность температур АГФ 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 Гзал. 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 .