Составы разогревающих смесей |
|
||
Материал |
Диаметр прибыли, мм |
||
100 |
150-300 |
||
Алюминий в порошке |
|||
19 |
17 |
||
Окалина или железная руда |
57 |
46 |
|
Соли (Na2NÛ3 или KN03) |
- |
10 |
|
Шлак или зола |
— |
12 |
|
Глина |
— |
5 |
|
Цемент |
25 |
10 |
|
Под действием теплоты затвердеваемого металла алюминиевый порошок взаимодействует с окисью железа по реакции
ЗА1 + Fe203 = АЬОз + 2Fe + Q.
Образующийся при сгорании смеси шлак покрывает прибыль хорошо теплоизолирующей коркой.
Подпитка жидкого металла от прибыли к отливке происходит под действием гидростатического напора и атмосферного давления. Добавление в 1 кгс/мм2 уравновешивает столб расплавленной стали или чугуна длиной 1450 мм. Высота прибыли большинства стальных отливок средней массы составляет 200-400 мм. Следовательно, атмосферное давление оказывает большое влияние на процессы питания.
В случаях, когда отливка имеет развитые плоскости поверхности и закрытую прибыль, в начальной стадии затвердевания поверхностная корка может полностью изолировать внутреннюю часть отливки (рис. 11.24).
Рис. 11.24. Влияние атмосферного давления на работу прибыли: а - закрытая прибыль (атмосферное давление не проникло); б - закрытая прибыль (атмосферное давле ние проникло); в - открытая прибыль
За счет выделения газов из формовочной смеси под действием этого давления в форме возникает давление, равное или несколько больше атмосферного. Корка на плоских поверхностях прогибается, как мембрана. В результате уровень металла в прибыли не опускается, а внутри отливки создается вакуум. При утолщении и охлаждении поверхностной корки она становится жесткой и перестает прогибаться. Усадочная раковина получается
недоразвитой, а пористость проникает в тело отливки даже при больших размерах прибыли. Это определяется недостаточностью гидростатического давления металла для нормального развития процесса питания при отсутствии воздействия атмосферного давления. Поэтому необходимо принять меры для обеспечения проникновения атмосферного давления в полость усадочной раковины. В обычных открытых прибылях это происходит само собой. Для закрытых прибылей обычно достаточно предусматривать на верхней поверхности плоскую площадку, которая легко прорывается под действием внешнего давления. Если верхняя часть прибыли имеет сферическую форму, она обладает устойчивостью и может изолировать усадочную раковину.
Влияние вибрации. На работу прибыли и формирование усадочной раковины оказывает влияние вибрация, под действием которой область усадочной раковины приобретает форму блюдечка, ее глубина уменьшается, и размер прибыли может быть уменьшен.
Выбор места установки прибыли. Прибыль должна устанавливаться на наиболее массивном элементе каждого крупного узла питания. Присоединять отводные прибыли к боковым поверхностям отливки целесообразно только в тех случаях, когда они используются как групповые или когда установка вертикальной прибыли усложнит механическую обработку литой заготовки.
Можно порекомендовать следующие максимальные расстояния между прибылями при установке их на стальных отливках с постоянной толщиной стенок (табл. 11.8).
Таблица 11.8
Зависимость максимального расстояния между прибылями
______________ от толщин стенок отливки_______________________
Т ол щ и на стен ок отливки, мм |
М аксим альное расстояние |
|
м еж ду прибы лям и, мм |
||
|
||
2 0 |
2 0 0 - 3 0 0 |
|
4 0 |
3 0 0 ^ 0 0 |
|
6 0 |
4 0 0 - 6 0 0 |
При выборе типа необходимо отдавать предпочтение прямым цилиндрическим закрытым прибылям, так как проще и дешевле изготовление моделей, закрытые прибыли упрощают формовку, препятствуют окислению металла при заливке, способствуют сокращению необходимого объема прибылей за счет теплоизоляции сверху, обеспечивают постоянство объема прибыли.
Открытые прибыли целесообразно применять при изготовлении крупных отливок, когда можно осуществить доливку в них свежих порций жидкого металла для улучшения питания или заменить теплоизолирующие засыпки.
11.9. Усадочные деформации и литейные напряжения в отливках
11.9.1. Усадочные деформации
Изменение размеров отливки при полном охлаждении по сравнению с теми, которые она имела после заполнения полости формы, называется усадочной деформацией. Усадочные деформации проявляются в форме линейной усадки и искривления осей отдельных элементов или коробления.
При охлаждении отливки в форме при наличии выступов и полостей, оформленных стержнями, усадка тормозится, что вызывает в ней пластические деформации. Такая усадка называется затрудненной, в отличие от свободной, происходящей в прямолинейных вытянутых элементах, усадка которых почти не тормозится формой.
В чистых цветных металлах, не имеющих полиморфных превращений, длина образца /, при температуре Т и при исходной длине /0 довольно точно
описывается полиномом |
|
|
|
|
Ьг = 10(1 + a T + e t + c f \ |
(11.113) |
|
где а, в, с - коэффициенты, значения которых приведены в табл. 11.9. |
|||
|
|
|
Таблица 11.9 |
Металл |
Значения коэффициентов в формуле (11.113)_______________ |
||
а 106 |
в ■109 |
с - Ю12 |
|
Алюминий |
20,2 |
14,0 |
5,9 |
Магний |
25,0 |
8,3 |
1,3 |
Медь |
16,7 |
2,6 |
0,9 |
Свинец |
26,3 |
14,0 |
3,1 |
Зависимость линейной усадки от температуры применительно к стали в общем виде представлена на рис. 11.25, а. Линейная усадка складывается из следующих этапов или участков:
предусадочного расширения, происходящего при охлаждении в диапазоне самых высоких температур начиная от точки кристаллизации çip;
доперлитной |
усадки |
£лп, |
происходящей в углеродистых сталях |
при 700-720 °С; |
|
|
|
расширения при распаде аустенита |
|||
послеперлитной |
усадки |
- |
от начала перлитного превращения до |
нормальной температуры £Ьп- |
|
|
|
Полная усадка - |
от точки максимального предусадочного расширения |
||
до размера, соответствующего нормальной температуре. Линейная усадка ел - от температуры кристаллизации или начала предусадочного расширения до нормальной температуры. Существуют равенства:
£п ~ £дп £пП) |
(11.114) |
|
БЛ |
+ £пр* |
(11.115) |
Рис. |
11 .25 . У садоч н ы е кривые ж ел езоугл ер од и ст ы х сплавов: а - для |
|||
стали |
(общ ая схем а); б - для |
различн ы х |
сплавов; |
1 - аустен итн ая |
сталь; 2 - средн еугл ероди стая |
сталь; 3 - |
обы чны й |
серы й чугун; 4 - |
|
м агниевы й чугун |
|
|
|
|
Типичные кривые усадки для железоуглеродистых сплавов (рис. 11.25, б) показывают, что серый и в особенности высокопрочный магниевый чугун характеризуются весьма значительным предусадочным расширением. Оно объясняется выделением в твердой фазе графита, вызывающим увеличение объема сплава. Для обычной среднеуглеродистой стали предусадочное расширение ничтожно. Послеперлитная усадка, когда выделение графита закончено, для сталей и чугунов имеет близкие значения.
В легированных сталях при охлаждении на воздухе превращение аустенита происходит при различных температурах. В обычных углеродистых сталях это превращение протекает при температуре около 700 °С (АгО; в мартенситных сталях оно смещается ниже температур 200 °С (Мн), а для аустенитных и ферритных сталей оно уходит в область отрицательных температур. Характерные величины различных этапов усадки в железных сплавах показаны в табл. 11.10.
Линейная усадка начинается с температуры начала линейной усадки tH.y
£ = |
(П.116) |
где to- температура окружающей среды, °С.
Для сплавов, претерпевающих превращения в твердом состоянии, при расчете линейной усадки учитывают изменения размеров в переходных интервалах и различие в коэффициентах усадки а. Так, низкоуглеродистая сталь
с содержанием углерода меньше |
0,1 % имеет два превращения à -» у и у —>а, |
||
и формула (11.116) преобразуется |
следующим образом: |
|
|
e = ds (гн.у - ) - |
ев_ г +а у( r ^ y - t ^ a)+er^ a +aa( t ^ a - t 0), |
(11.117) |
|
где и tK - температуры |
начала |
и конца превращений 5 -> у и у |
а\ es -►у |
и £у->а- линейная усадка при соответствующих превращениях; t0 - температура