Пояснительная записка (1208322), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Рисунок 1.2 – Схема нагрева заготовки в индукторе
Нагрев детали начинается прежде в тонком поверхностном слое, который равен глубине проникновения тока в холодный металл. При потере магнитных свойств этим слоем, глубина проникновения тока увеличивается, а слой расположенный глубже нагревается. Увеличение температуры в первом поверхностном нагретом слое замедляется. Когда свои магнитные свойства теряет и второй слой, то нагреваться начинает и третий. Так происходят последующие процессы нагрева слоёв [9].
При нагреве в стали протекают сложные процессы, которые и определяют свойства после термической обработки. При сильном нагреве металла может произойти его окисление, и сталь потеряет механическую прочность. Это явление называют пережогом. А пережог – это неисправимый брак.
Длительные выдержки при высоких температурах снижают содержание углерода на поверхности стали вплоть до образования чистого феррита. Такое явление считается обезуглераживанием. Оно крайне не желательно, так как снижает твердость, износоустойчивость, усталостную прочность.
С точки зрения режимов нагрева все стали следует разделить на шесть групп: малоуглеродистые стали (кипящие), спокойные углеродистые стали с содержанием углерода до 0,3%, стали с содержанием углерода 0,3–0,5%, углеродистые стали с содержанием углерода 0,5–0,75%, высокоуглеродистые и легированные стали с содержанием углерода 0,75%, высоколегированные и специальные стали, нагрев которых осуществляется по особому технологическому режиму, отвечающему требованиям теплофизических свойств.
После того, как восстанавливаемая поверхность детали прошла предварительное оплавление в установке индукционного нагрева, ее извлекают из индуктора клещами и она отправляется в заранее приготовленную для нее специальную литейную форму, обеспечивающую расположение наплавляемой поверхности под углом 85° по отношению к направлению уровня металла в форме, которую заполняют жидким металлом.
1.3 Подготовка литейной формы
Для восстановления деталей методом заливки жидким металлом применяют заливку в стержнях. Наиболее распространенный способ получения отливок в разовых литейных формах [23].
Для изготовления литейной песчаной формы применяют опоки. Опока — это ящик без дна и крышки. Форму собирают из двух или нескольких опок, которые соединяются между собой штырями 1 через ушки 5, расположенные на боковых стенках. Для того чтобы формовочная смесь не выпадала, опока снабжена ребрами 3 и буртиками 4, которые расположены у плоскости разъема опок.
На рисунке 1.3 изображено устройство опоки.
Рисунок 1.3 – Устройство опоки: 1 – штырь; 2 – ручки; 3 – ребра; 4 – буртики; 5 – ушки
Применяются в основном металлические опоки — из чугуна, стали или алюминия. Деревянные опоки используют в тех редких случаях, когда необходимо срочно изготовить небольшое количество отливок [17].
На рисунке 1.4 изображена литейная форма.
Рисунок 1.4 – Литейная форма: 1 – штырь; 2,13 – металлические рамки; 3 – литниковая система; 4 – литейная полость; 5 – вентиляционные каналы; 6,12 – стержневые знаки; 7 – стержень; 8,11 – верхняя и нижняя полуформы; 9 – выступы; 10 – модель
Верхняя и нижняя полуформы центрируются при соединении с помощью штырей. Полость, образованная полуформами и стержнем, непосредственно омываемая расплавом во время его заливания, называется рабочей поверхностью формы, а наружные слои их, соприкасающиеся с расплавом,— рабочими слоями. Для заливки расплава в литейную полость формы делают литниковые каналы, называемые литниковой системой [11].
Литниковая система — это совокупность каналов, через которые расплавленный металл попадает в полость формы. Она должна обеспечить правильное распределение металла в полости формы, не допустив проникновения инородных тел (шлака, огнеупора), разрушения формы, а также завихрения и разбрызгивания металла. Литниковая система, кроме того, должна способствовать созданию такого теплового режима в форме и отливке, при котором в процессе затвердевания и охлаждения металла не развивались бы дефекты усадочного происхождения. Литниковая система состоит из следующих основных элементов (рисунок 1.5): литниковая чаша (воронка), стояк, шлакоуловитель, литники (питатели) [23].
Рисунок 1.5 – Литниковая система: 1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – литник (питатели)
Литниковая чаша направляет металл, заливаемый из ковша, в литниковую систему, гасит энергию струи, поддерживает постоянный уровень металла при заполнении формы.
Способ подвода литников оказывает очень большое влияние на характер затвердевания отливки. Через литник протекает весь расплав, заполняющий форму, из-за чего форма около литников разогревается и охлаждение и затвердевание металла в этой области замедляются. Это может послужить причиной развития усадочных пустот в тех зонах отливки, которые затвердевают последними. Заливка металла снизу неблагоприятно сказывается на затвердевании. Последовательное и направленное затвердевание отливки без образования усадочных пустот наиболее легко достигается при заливке сверху. Однако условия заполнения при этом совершенно неудовлетворительны. Вот почему в каждом конкретном случае приходится искать компромиссное решение, такую конструкцию литниковой системы, которая бы позволила удовлетворить первостепенные требования [11].
Различают несколько характерных способов подвода литников. При сифонной заливке литники подводят к нижней части отливки. Сифонная заливка обеспечивает спокойное заполнение полости формы без разбрызгивания. Однако пока расплав достигает верхней части формы, он успевает остыть, что ухудшает питание отливки из прибылей и может привести к появлению раковин в отливке.
При заливке сверху через литник, подведенный к верхней части отливки, форма заполняется в направлении, противоположном направлению выхода газов, вследствие чего часть газов может попасть в отливку. Кроме того, расплав, падая на дно формы, разбрызгивается, сильнее окисляется и может размыть форму в местах падения. Преимуществом заливки сверху является поступление самого горячего металла в верхнюю часть отливки и в прибыль. Для заливки в середину литники подводят к середине отливки, на уровне 1/2 ее высоты. В этом случае нижняя часть заполняется как при заливке сверху, а верхняя — как при заливке снизу.
Практикуется и заполнение литейной формы через несколько литников. Например, используется сширяющаяся ступенчатая литниковая система, суммарная площадь поперечного сечения литников которой больше площади поперечного сечения стояка, благодаря чему жидкий металл, поднявшись до среднего уровня, вновь поступает в стояк. Возникает циркуляция, показанная стрелками.
Обратное движение имеет место, если ступенчатая система заперта. Ступенчатая литниковая система может быть разделена на несколько отдельных стояков, заполнение которых происходит в соответствующем порядке.
Сифонная заливка металла через ступенчатую литниковую систему обеспечивает благоприятное распределение температуры в отливке.
Перед заливкой литейные полуформы прочно скрепляют скобами, жакетом или наложением груза. Это предотвращает возможный «уход» расплава по разъему формы. Газы, выделяющиеся из формовочной смеси и расплава при заливке его в форму, выходят через вентиляционные каналы [23].
Стержни изготовляют в стержневых ящиках набивкой в них стержневой смеси. Чтобы стержни имели необходимую прочность, их извлекают из ящика и сушат в печах. Затем разбивают стержневые ящики и стержни устанавливаются в форму. При необходимости стержень подгоняют по месту с помощью крупнозернистого абразивного бруска. Всю конструкцию закрепляют жакетом.
1.4 Заливка жидкого металла в литейную форму. Процесс
кристаллизации. Охлаждение детали
После того, как нагретую деталь установили в литейную форму, происходит заливка жидкого металла из тигля в стакан (чашу) литниковой системы. Заливка должна проводиться в определенном температурном интервале и с определенной скоростью. Рассматривая процесс заполнения литейной формы, можно выделить три стадии движения металла: свободное падение струи металла, течение по каналам литниковой системы, движение в полости формы. Движение открытой струи металла. Свободное падение струи металла происходит при выпуске металла из тигля в форму. При этом открытая со всех сторон струя проделывает определенный путь; от длины этого пути, скорости течения и площади открытой поверхности металла зависит степень окисления. Жидкий металл по стояку поступает в шлакоуловитель. Далее он растекается к питателям, непосредственно соединяющим шлакоуловитель с полостями формы и поступает к полости формы. Известно, что свободная струя жидкости на определенном расстоянии начинает разбиваться на капли. Заливка форм такой разбрызгивающейся струей недопустима [2].
Заливка формы свободно падающей струей металла порождает вихревое движение на дне формы, в которое вовлекаются частички шлака, окислов, пузырьки газов (рисунок 1.6). Кроме того, такой способ заливки сопряжен с опасностью разрушения дна формы [2].
Рисунок 1.6 – Заполнение формы свободной струей
При попадании струи металла в литниковую чашу ее скоростной напор гасится. Заполнение формы происходит под напором, определяемым уровнем металла в чаше. В литниковой чаше создаются благоприятные условия для удаления шлака (рисунок 1.7).
Рисунок 1.7 – Удаление шлака в литниковой чаше
Постороннее тело, занесенное струей из точки А в точку В, будет находиться под действием двух сил: силы всплывания, направленной вверх, и силы потока, увлекающей постороннее тело по направлению движения. В результате тело переместится в точку С. В точке С поток снова изменяет свое направление, что сопровождается потерей скорости, и тело передвигается в точку D.
Уровень металла в чаше поддерживают постоянным от начала до конца заливки. Из чаши металл попадает в стояк – вертикальный канал, чаще всего круглого поперечного сечения. Обычно ради удобства формовки стояки делают суженными к низу [4].
Важное значение имеет заполнение стояка. При частичном заполнении стояка линейная скорость вытекания металла мала. В самом стояке возможно насыщение расплава воздухом, разбрызгивание и окисление металла. Если стояк заполнен целиком, металл в нем почти не окисляется. Однако в распределительный канал расплав вытекает с большой линейной скоростью, что вызывает большое перемешивание и окисление металла.
Движение по распределительному каналу. Основное назначение этого канала — задержать частицы шлака, флюса, огнеупора, пленки оксидов и других взвешенных включений, которыми загрязнен расплав. При достаточно малой скорости потока загрязнения, в силу того что они легче металла, постепенно всплывают и скапливаются вверху. В итоге в литники, присоединенные к нижней части распределительного канала, поступает чистый металл.
Площадь поперечного сечения распределительного канала должна быть достаточно большой, для того чтобы обеспечить медленное течение металла, а высоту поперечного сечения выбирают таким образом, чтобы добиться удержания загрязнений. Для удержания взвешенных частиц в литниковой системе иногда устанавливают фильтрующие элементы [16].
Далее по литникам расплав поступает непосредственно в форму. Линейная скорость движения расплава в литниках, особенно на выходе в полость формы, во избежание разбрызгивания должна быть незначительной. Это условие выполняется, если площадь поперечного сечения литников достаточно велика. Поскольку высота поперечного сечения литника должна быть по возможности небольшой, чтобы предотвратить попадание шлака из распределительного канала в литник, обычно увеличивают поперечный размер. Как правило, литники имеют форму узкой широкой щели. Иногда щелевые литники делают плавно расширяющимися к отливке, что позволяет уменьшить скорость движения металла.
При заливке поток расплава металла падает на наплавляемую поверхность заготовки, стекает по ней в нижнюю часть полости, смывая часть расплава флюса, тем самым нарушая сплошность покрытия им поверхности, и заполняет полость формы. По мере подъема уровня расплава в форме жидкий металл вытесняет флюс с наплавляемой поверхности, смачивает ее и кристаллизуется.
Скорость подъема уровня расплава в полости формы находится в пределах
0,03-0, 15 м/с. Нижний предел (0,03 м/с) скорости заполнения обуславливается тем, что жидкий металл, заполняя форму, соприкасается с менее нагретыми деталями формы и заготовкой, теряет температуру и затвердевает, не успев заполнить полость формы,
Увеличение скорости подъема уровня расплава выше верхнего предела (0, 15 м/с) приводит к тому, что расплав металла, не успевая вытеснить флюс с наплавляемой поверхности заготовки, накладывается на него и кристаллизуется. В результате между основным и наплавленным металлом детали, в наплавленном слое находятся включения флюса, снижающие прочность сцепления слоев детали.
Флюс, имеющий вязкость в пределах 1,3–2,0 Па∙с хорошо очищает поверхность заготовки от оксидов, не стекает с нее, предохраняет от последующего окисления и в то же время хорошо отделяется от наплавляемой поверхоности, расположенной под углом 85° к уровню металла при скорости подъема его в полости формы, равной 0,03–0,15 м/с. Флюс, имеющий вязкость ниже 1,3 Па∙с, стекает с наплавляемой поверхности заготовки и не выполняет своих функций по ее защите от окисления кислородом воздуха. Если же вязкость флюса превышает значение 2,0 Па∙с, то расплав металла при его заливке в форму не успевает в течение ограниченного промежутка времени вытеснить флюс с наплавляемой поверхности и затвердевает на нем [24].
Расположение наплавляемой поверхности в момент заливки металла в форму под углом 85° к потоку металла способствует вытеснению флюса с наплавляемой поверхности. В результате контакта жидкого металла с предварительно нагретой и очищенной от окислов поверхностью детали происходит надежная кристаллизация.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
