Залежність міцності виливків від швидкості течії металу в ливарній формі при товщині стінки.
Найбільший вплив на механічні властивості сплавів з технологічних факторів, пов'язаних з процесом заповнення форми, надають швидкість течії розплаву у формі, конструкція літніковойсистеми, спосіб підведення сплаву і температура його заливання. Ці фактори впливають на формування структури сплаву, розвиток пористості, виникнення неметалічних включень і таким чином визначають міцнісні характеристики виливки.
Вплив швидкості течії розплаву в формі на механічні властивості виливків вивчали багато дослідників. Так, в роботі [43] заливали сплавом АЛ9 горизонтально розташовані в кокілі пластини товщиною 5, 8, 12 і 16 мм. Литниковую систему, що складається з стояка, колектора і живильників перетином 50 х δотл мм виконували в піщаних стрижнях, змінюючи співвідношення Fc: Fк: Fп в межах від 1: 4: 6 до 1. 1,2. 1,1. Зміна швидкості течії металу в формі досягали застосуванням стояків різного діаметру: 8, 14, 16 і 24 мм, висота яких, т. Е. Натиск, залишалася незмінною і становила у всіх випадках 100 мм. Механічні властивості вивчали Гагарінських зразках, вирізаних з трьох зон (А, Б і В) по ширині пластин (рис. 93).
Мал. 93. Схема підведення металу до пластин і вирізки зразків для визначення механічних властивостей формулою
де Fф - площа поперечного перерізу форми, рівна 100Х δотл. мм; Н - висота напору, що дорівнює 100 мм.
Розрахунки проведені з деякими припущеннями, а саме поперечний переріз потоку металу при його просуванні вздовж форми прийнято рівним поперечному перерізі форми. Значення коефіцієнта витрати для стояків діаметром 8, 14, 18 мм і більше відповідно прийняті 0,65, 0,75 і 0,85.
Мал. 94. Залежність межі міцності на розрив (а) і відносного подовження (б) зразків зі сплаву АЛ9 (термообробка за заданим режимом Т5) від швидкості течії розплаву у формі: А, Б, В - зони вирізки зразків по рис. 94
Вплив швидкості підйому розплаву в піщаній формі на міцність виливків вивчали [6], заповнюючи сплавом АЛ2 через нижню і вертикально-щілинну системи вертикальні пластини висотою hотл = 400, шириною b = 300 і товщиною δотл = = 10, 15 і 20 мм. Зміна швидкості досягали підбором стояків різного діаметру при збереженні співвідношення Fc: Fк: Fп = 1: 2: 3. Середню швидкість підйому металу в формі оцінювали ставленням висоти виливка до тривалості заливки, а механічні властивості визначали на плоских зразках.
Як видно на рис. 95, максимальна міцність спостерігається з пониженням швидкості заповнення форми до її оптимальної величини Vопт. Подальше зниження швидкості потоку в формі (див. Рис. 95) призводить до утворення в литві дефектів типу неслітін.
Мал. 95. Залежність міцності виливків від швидкості течії металу в ливарній формі при товщині стінки:
При вертикально-щілинний литниковой системі заливали пластини з hотл = 400, δотл = 5 -: - 10 і b = 400 мм і порожнисті циліндри з hотл = 400, зовнішнім діаметром 300 і δотл = 5 -: - 10 мм. Розплав підводили до торцевої частини пластини, т. Е. Вздовж порожнини форми, а при заливці циліндрів - радіально, в стрижень, який виконував роль гідравлічного опору типу «екран». Середню швидкість оцінювали ставленням витрати на одиницю довжини виливки (l), т. Е. Величиною KQ = Q / l = = δотл vф. Зі збільшенням швидкості заповнення KQ міцність виливків різко знижується (рис. 96).
Мал. 96. Зміна міцності пластини в залежності від коефіцієнта витрати металу Kq (А - оптимальна область)
Основна причина неоднорідності механічних властивостей виливка - завищена швидкість металу в порожнині форми, яка веде до розбризкування сплаву і піноутворення.
В циліндричних виливок ця тенденція спостерігається при набагато менших значеннях швидкостей, що пов'язано з виникненням додаткових збурень потоку через наявність «екрану», що призводять до утворення піни і окислів.
Умова надійності і довговічності верстатних виливків (відхилення міцності від середнього значення не більше 12-14% [6]) забезпечується при KQ <=8,7 см 3 /(с*см) в случае подвода металла по ходу полости формы и при KQ <=3,6 см 3 /(с*см) в случае наличия гидравлического сопротивления типа «экрана» (см. рис. 96, зона А).
Результати, отримані при заливці дослідних зразків виливків, підтверджені дослідами на реальних виливок. Так, в роботі [66] описана заливка з різною швидкістю сплавом АЛ9 великих кокільних виливків складної конфігурації масою 106-109 кг. При зниженні швидкості підйому розплаву в формі приблизно в 2,1 рази (час заливки збільшено з 10,5 до 22,4 с) у всіх перетинах виливків механічні властивості стали більш рівномірними, а середнє значення міцності σв зразків, вирізаних з виливків, зросла з 19,4 до 20,3 кгс / мм 2.
Конструкція літніковойсистеми, спосіб і місце підведення розплаву в форму істотно впливають на розподіл механічних властивостей, так як від цих чинників залежить рівномірність надходження металу по периметру і висоті виливка.
В результаті несприятливих умов заповнення порушується тепловий режим форми, утворюються проточні зони і перегрів окремих місць, в яких розвивається пористість, укрупнюється структура і, як результат цього, знижуються показники міцності сплаву.
Як було показано (див. Гл. I, п. 2, гл. II, п. 5 і 6), нерівномірність заповнення особливо позначається на великогабаритних тонкостінних виливок, що заливаються через нижні і вертикально-щілинні системи. Тому ці системи і є об'єктом глибшого вивчення з точки зору впливу способу підведення на розподіл властивостей в литві. З метою вивчення цього впливу виробляли заливку сплавом АЛ2 вертикальних пластин висотою hотл = 200 -: - 400, шириною b = 300 і товщиною стінки δотл = 5 -: - 20 мм [76]. Метал в порожнину піщаної форми підводили знизу літніковойсистеми з різною кількістю живильників (рис. 97).
Мал. 97. Схема підведення розплаву до вертикальних плит через нижню литниковую систему:
I - з одним живильником; II - з двома живильниками; III -з трьома живильниками; IV - з чотирма живильниками; V - з чотирма живильниками і прибутком у верхній частині; VI - з чотирма живильниками і прибутком в нижній частині (поворот форми після заливки на 180 °); 1 - стояк; 2 - виливок; 3 - колектор; 4 - живильник; 5 - прибуток; 6 - ребро (технологічне); 7 - фланець
Як видно (рис. 98), найбільший розкид механічних властивостей спостерігається при застосуванні зосередженого підведення розплаву (літніковие системи типу I, II, рис. 97), коли знизу виникає проточно-поперечне заповнення. Розосереджений підвід металу, розміщення на литві ребер в місцях утворення проток і їх підживлення за рахунок прибутку (літніковие системи типу IV-VI, рис. 97) сприяють різкому зниженню нерівномірності властивостей виливка.
Мал. 98. Залежність розкиду міцності виливки від способу підведення розплаву в ливарні форми (типи літників і місця вирізки зразків для механічних випробувань по рис. 97):
Зі збільшенням висоти виливка і зменшенням товщини її стінки (рис. 98), т. Е. Зі збільшенням відносини hотл / δотл збільшується розкид значень її міцності. За даними роботи [76], нижні системи забезпечують задовільну міцність площинних виливків (відхилення міцності від оптимальних значень не перевищує 12-14%), якщо відношення hотл / δотл <=35-:-55 (в зависимости от способа подвода расплава).
При великих значеннях hотл / δотл необхідно застосовувати вертикально-щілинні або ступінчасті літніковие системи, які дозволяють створити більш сприятливі теплові режими заповнення і харчування виливки.
Вплив способу підведення розплаву на якість виливків і розкид механічних властивостей спостерігали також, заливаючи в горизонтальному положенні виливки панельного типу [11] і вертикального розташовані в формі фасонні виливки [66].
Таким чином, експерименти підтверджують, що механічні властивості виливків, швидкість заповнення форми, конструкція літніковойсистеми, спосіб і місце підведення розплаву в форму взаємопов'язані. Звичайно, отримані при цьому кількісні показники механічних властивостей, строго кажучи, відносяться тільки до конкретних умов лиття (температура заливки, спосіб обробки металу, матеріал і температура форми і ін.) »При яких проводилися досліди. Однак тут важливо показати, що завдяки застосуванню раціональної літніковойсистеми для кожної конкретної виливки, можна досягти суттєвого поліпшення розподілу властивостей по її перетину, а значить, підвищити міцність і службові властивості литої деталі. Такого роду експерименти вже давно широко практикуються в передових ливарних цехах і ставляться щоразу, коли перед технологом виникає задача проектування систем літників для високонавантажених виливків відповідального призначення.
Передрук матеріалів заборонена.
Допоможіть іншим людям знайти бібліотеку розмістіть посилання: