Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили

отливки. Это затрудняет заполнение формы расплавом, ускоряет охлаждение его в форме, что не всегда благоприятно влияет на качество отливок, особенно чугунных.

Интенсивность теплового взаимодействия между кокилем и расплавом или отливкой возможно регулировать в широких пре¬делах. Обычно это достигается созданием определенного терми¬ческого сопротивления на границе контакта отливки 1 (рас¬плав) — рабочая поверхность полости кокиля 2 (рис. 2.13). Для этого на поверхности полости кокиля наносят слой 3 огнеупорной облицовки и краски (табл. 2.3). Благодаря меньшей по сравнению с металлом кокиля теплопроводности λкр огнеупорного покрытия между отливкой и кокилем возникает термическое сопротивление переносу теплоты:

,

где - коэффициент тепловой проводимости огнеупорного покры¬тия- — толщина слоя огнеупорного покрытия.

Огнеупорное покрытие уменьшает скорость q отвода теплоты от расплава и отливки, зависящую от тепловой проводимости огнеупорного покрытия и разности между температурой поверх¬ности отливки и температуры поверхности кокиля:

.

Величины и λкр возможно изменять в самых широких пределах, регулируя коэффициент теп¬ловой проводимости огнеупорного покрытия и соответственно скорость охлаждения отливки, а следовательно, ее структуру, плотность, механические свойства.

Таблица 2.3

Составы огнеупорных покрытий (красок) кокилем

Назначение Компоненты Содержание, мас.% Коэффициент теплопро¬водности, Вт/ (.ч -К)

Для отливок из алюми- ниевых сплавок 1 Окись цинка 15 0,41

Асбест прокаленный (пудра) 5

Жидкое стекло 3

Вода 77

2. * Асбест прокаленный 8.7 0,27

Мел молотый 17,5

Жидкое стекло 3,5

Вода 70,3

Для отливок ID магние- 3. Тальк 18 0,39

вых сплавок Борная кислота 2,5

Жидкое стекло 2,5

Вода 77

Для отливок из чугуна 4. Пылевидный кварц 10— 15 0,58

Жидкое стекло 3 - 5

Вода 87—80

5. * Молотый шамот 40 0,25

Жидкое стекло 6

Вода 54

Марганцевокйслый ка-

лий 0,05 % (сверх 100 %)

Для отливок из стали 6. Огнеупорная составляю- 30 —40 0,3

щая (циркон, карбооунд,

окись хрома)

Жидкое стекло 5 - 9

Борная кислота 0,7—0,8

Вода Остальное до плотно-

сти 1,1-1,22 г/см3

* Составы применяют для покрытия поверхности литниковых каналов и выпоров.

В соответствии с необходимой скоростью отвода теплоты от различных мест отливки толщину и теплопроводность λкр огне¬упорного покрытия можно делать разными в различных частях кокиля, создавая условия для направленного затвердевания отливки, регулируя скорость ее охлаждения в отдельных местах.

Огнеупорное покрытие уменьшает скорость нагрева рабочей поверхности кокиля; благодаря термическому сопротивлению огнеупорного покрытия температура рабочей поверхности будет ниже, чем без покрытия. Это снижает разность температур по толщине кокиля, уменьшает температурные напряжения в нем и повышает его стойкость.

Огнеупорное покрытие на поверхности кокиля должно иметь заданную теплопроводность, хорошо наноситься и удерживаться на поверхности формы, противостоять резким колебаниям темпе¬ратуры, не выделять газов при нагреве, способных растворяться в отливке или создавать на ее поверхности газовые раковины. Покрытия приготовляют из огнеупорных материалов, связую¬щих, активизаторов и стабилизаторов (см. табл. 2.3).

В качестве огнеупорных материалов применяют пыле¬видный кварц, шамотный порошок, окислы и карбиды металлов, тальк, графит, асбест. Связующие для покрытий — жидкое стекло, огнеупорная глина, сульфитный щелок.

Активизаторы применяют для улучшения схватывания с поверхностью кокиля. В качестве активизаторов используют для шамотных и асбестовых покрытий буру (Na2B4O7* lOH2O) и борную кислоту (Н3ВO4); для маршалитовых — кремнефто-ристый натрий (Na2SiF6), для тальковых — буру, борную кислоту или марганцевокислый калий. Перед приготовлением огнеупорные материалы просеивают через сито 016—01.

Стабилизаторы применяют для того, чтобы уменьшить седиментацию огнеупорных составляющих покрытия. Чаще всего это поверхностно-активные вещества ОП5, ОП7.

При литье в кокиль чугуна для устранения отбела в отливках на огнеупорное покрытие наносят копоть (сажу) ацетиленового пламени.

Толщину слоя огнеупорного покрытия контролируют измери¬тельными пластинами, проволочками, прямым измерением, элект¬роконтактным способом. При прямом измерении толщину слоя облицовки определяют микрометром (рис. 2.14): измеряют рас¬стояние от базовой поверхности 1 до поверхностей 2 и 3, соответст¬венно не покрытой и покрытой облицовкой. Разность дает толщину слоя облицовки.

Схема распределения температур в системе отливка — покрытие — форма практически реализуется только для поверхностей отливки, которые при усадке образуют плотный контакт с кокилем, между охватываемыми поверхностями отливки и кокилем образуется зазор, изменяющийся по мере усадки отливки. Этот зазор заполнен воздухом и газами, выделяющимися из покрытия. Образо¬вание зазора приводит к увеличению термического сопротивления переносу теп¬лоты от отливки в кокиль. Поэтому со стороны внутренних стенок отливка охлаж¬дается интенсивнее, чем со стороны внеш¬них. В результате смещается зона образо¬вания осевой пористости отливки к наружной ее стенке, что следует учитывать при разработ¬ке системы питания усадки отливки.

Рассмотренное явление используют для устранения отбела в поверхностных случаях чугунных отливок. Для этого после образования в отливке твердой корочки достаточной прочности кокиль слегка раскрывают гак чтобы между поверхностями отливки и кокиля образовался воздушный зазор. Тогда теплота затвердевания внутренних слоев отливки, проходя через затвердевающую наружную корку, разогревает ее и в результате происходит «самоотжиг» отливки — она не имеет отбела.

Скорость отвода теплоты от расплава и отливки зависит от разницы между температурами поверхностей отливки Т0 и кокиля Тп С повышением температуры заливаемого расплава возрастает температура То и скорость отвода теплоты от отливки; с повыше¬нием температуры Тn скорость отвода теплоты от отливки умень¬шается. Поэтому на практике широко используют регулирование скорости отвода теплоты от расплава и отливки, изменяя темпе¬ратуры заливаемого сплава или кокиля перед заливкой. Однако чрезмерное снижение температуры заливаемого сплава приводит к ухудшению заполняемости кокиля. Повышение температуры кокиля увеличивает опасность приваривания отливки к кокилю, особенно при литье чугуна и стали, снижает стойкость кокиля.

Практически установлено, что оптимальная темпера¬тура кокиля перед заливкой зависит от заливаемого сплава, толщины стенки отливки и ее конфигурации (табл. 2.4).

Температура заливки расплава в кокиль зависит от его химического состава, толщины стенки отливки, способа ее пита¬ния при затвердевании. Оптимальные температуры заливки в ко¬киль различных сплавов приведены ниже.

Особенности изготовления отливок из различных сплавов

Технологические режимы изготовления отливок из различных сплавов обусловлены их литейными свойствами, конструкцией отливок и требованиями, предъявляемыми к их качеству.

Таблица 2.4

Температура нагрева кокилей перед заливкой

Сплавы Отливки Толщина стенки от¬ливок, мм Температура нагрева кокиля, К

Алюминиевые Тонкостенные, ребристые 1,6—2,1 673—693

Ребристые, корпусные 5—10 623—673

Простые, без ребер 8 523—623 473—523

Магниевые Тонкостенные, сложные 623—670

Медные Толстостенные Средней сложности 5—10 523—620 393—473

Отливки из алюминиевых сплавов

Литейные свойства. Согласно ГОСТу литейные алюминиевые сплавы разделены на пять групп. Наилучшими литейными свой¬ствами обладают сплавы I группы — силумины. Они имеют хоро¬шую жидкотекучесть, небольшую (0,9—1%) линейную усадку, стойки к образованию трещин, достаточно герметичны. Это сплавы марок АЛ2, АЛ4, АЛ9, их широко используют в производстве. Однако они склонны к образованию грубой крупнозернистой эвтектики в структуре отливки и растворению газов.

При литье силуминов в кокиль структура отливок вследствие высокой скорости кристаллизации получается мелкозернистой. Основной недостаток сплавов I группы при литье в кокиль — склонность к образованию рассеянной газовой пористости в от¬ливках.

Сплавы II группы (медистые силумины) также нередко отли¬вают в кокиль. Эти сплавы обладают достаточно хорошими ли¬тейными свойствами и более высокой прочностью, чем силумины, менее склонны к образованию газовой пористости в отливках.

Сплавы III — V групп имеют худшие литейные свойства — пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку (до 1,3%), склонны к образованию трещин, рыхлот и пористости в отливках. Получение отливок из этих сплавов требует строгого соблюдения технологических режимов, обеспечения хорошего заполнения фор¬мы, питания отливок при затвердевании.

Все литейные алюминиевые сплавы в жидком состоянии интен¬сивно растворяют газы и окисляются. При затвердевании сплава газы выделяются из раствора и образуют газовую и газоусадочную пористость, которая