Бураков (550672), страница 15
Текст из файла (страница 15)
То, что в кокиле с массивным обрамлением ое на внутренней поверхности зависит от 0)„и в кокиле без обрамления — от ЬТ,, подтверждается зкспериментально. На рис. 31 показана зависимость напряжений, найденных по формулам (55) и (55'), от отношения И. при различных значениях отношения Вся(ЬТе (О, 1, 2, 3, 4)1 Из графика следует, что чем больше отношение Оо'„1ЬТя при неизменном ЬТ„тем выше напряжение сжатия. Другой важный для практики вывод заключается в том, что увеличение обрамления (уменьшение отношения 11Ц приводит к росту напряжений в стенке. Этим, по-видимому, объясняется наблюдаемое на практике преждевременное образование трещин в кокилях с массивным обрамлением.
С помощью формул (55) и (55') можно подобрать оптимальные соотношения размеров стенки и обрамления. Термоупругие напряжения в ребристом кокиле без обрамления представлены в виде графика на рис. 32. При построении кривых было принято равномерное расположение ребер, отношение высоты ребра к толщине стенки п(Хя = т и отношение суммы толщины ребер к размеру плоской стенки (2',1')11 = к (см. рис. 30). Как видно, при Воя = О, т. е. в случае, когда внешняя поверхность не нагревается (что наблюдается в массивных кокилях), увеличение ширины (либо количества) и высоты ребер приводит к возрастанию напряжения сжатия на внутренней поверхности формы.
В рассматриваемом случае на внешней поверхности кокидя напряжения изменяют знак, Стойкость каковой 70 ),0 (- в 0,0 -0,3 )-" 0Ь Ра Об о,ь о,г 0 0,2 0,25 05 075 Бес + а) ь) Рис. 32. Влня яне оребре пня плоской стенки ва температурные ивпряменин на внутренней (и) в нарумной (Ь) поверхностях: — Вгп)бтг = О: — — — — Вг„(бтг = и вг„,(ьтг = 2 Рис. 31. температурные напрвмени» на внутренней поверхности плоской стенки (сплошные линни) н об. рамлення (штриховые линни) в лавнсимостн от величины обрамления Из рис.
З2 видно, что при повышении температуры на внешней поверхности (Вг'„(ЬТг ) О) ребра не только изменяют величину напряжений, но и их знак. Очевидно появление растягивающих напряжений на внешней поверхности оребренной формы является причиной образования трещин, развивающихся с втой, поверхности внутрь формы (т. е. трещин первого рода). ) На рис. ЗЗ приведены кривые изменения напряжения о— сстеЕе на внутренней поверхности чугунного плоского кокиля при охлаждении в нем чугунной отливки толщиной 2Х) = 40 мм.
Расчет температурного поля для реальных параметров литья производился по формулам параграфа 2 гл. 11. Температурные напряжения рассчитаны для кокилей следующих конструкций: плоская стенка, вставленная в обойму большой жесткости (деформация стенки вдоль краев исключена); кокиль без обрамления, но с тонкими и длинными ребрами (изгиб исключен); кокиль с массивным обрамлением и длинными ребрами либо кокиль, у которого ((( — 0 (деформация вдоль краев и изгиб исключены); кокиль без обрамления и ребер (свободная стенка).
Как видно из рис. ЗЗ, при исключенной деформации вдоль краев и особенно при исключенных осевой деформации и деформации изгиба напряжения увеличиваются с уменьшением толщины Гержические напряасеиид 71 гаа бИ х~~ ° 5И л'1 ой 400 ппа бИ 500 4И паа гап 1ап гао 1И 0 20 40 60 60 100120 740 с а га 4О И РО 10О1га НО с 700 и баа '",иа ,'- Раа гпа 7И баР 500 400 500 200 7аа 1РП Р 20 40 60 Ра 100720 140 с О "0 40 Гг И 700720140 с рнс. 33.
Температурные напряжения в нагреваемон поверхностн плоского кокнля с естественным воздУшным охлаждепнем [матеРнал отлнвкн — чУгУп, ххг=нв мм7: 1, 11, 711 — моменты времепн окончання соответственно отвода теплоты перегрева, затвердевапня и охлаждення до температуры выбпвкп стенки кокиля. В указанных случаях напряжения достигают наибольшей величины ко времени извлечения отливки. При этом чем раньше извлечена отливка из кокиля, тем меньшие напряжения возникают в нем.
Этот вывод находится в полном соответствии с практикой кокнльного литья. В кокиле, в котором исключен только изгиб или температурная деформация свободна, напряжения увеличиваются с увеличением толщины стенки кокиля. Для этих кокилей более ранняя выбивка преимуществ не дает, так как напряжения достигают максимума до начала затвердевания отливки. Идеи и выводы настоящего параграфа послужили основой для разработки практических, рекомендаций по выбору толщин стенок плоских кокилей.
Указанные рекомендации в виде графика приведены в гл. И11. ,Цилиндрический неразъемный кокиль. Такие кокили бывают двух принципиально различных конструкций: кокили, термическое расширение которых вдоль оси не ограничено, и кокили, в которых это расширение исключено. Используя известные ре- Стойкость кокилеа шенин теории термоупругости и представляя температурное поле параболой второго порядка, имеем: тангенциальные напряжения Х(за!+ ге) —,'~( ",', (зг+ ге) ~ — (" Д",; (55) радиальные напряжения )22 О2 осевые напряжения при свободной осевой деформации й( +.,'" к,) -(а=-к,) 1' осевые напряжения при исключенной осевой деформации (57) (58) (58') На внутренней поверхности кокиля ()2 = 121): нз — '": = —,872 ( еет262 Г 3+ т -' 1 — 12 1 ~ 6(!+т) — 1~, ол — -- О; итеЕ:, Г 22(3+ т) ое '= ЬТ2 1 .
— 1 ~ гет2Е2822 ° 1 — те ( 6(1+т) В формулах (55 — 58) )21 — внутренний радиус; )22 — внешний радиус; Я вЂ” текущий радиус цилиндрического кокиля Я1 ~ )~2) П1 )22 ' )~1' Из приведенных формул видно, что осевые напряжения зависят от характера осевой деформации: с ограничением ее они резко возрастают, причем определяются как ЬТ„так и 022 В цилиндрических кокилях, осевая деформация которых свободна, могут образовываться поперечные и продольные трещины иа внутренней поверхности, а в кокилях с исключенной осевой деформацией можно ожидать появления прежде всего поперечных трещин.
Очевидно для цилиндрического кокиля, как и для плоского, в зависимости от конструкции в одном случае целесообразно стремиться к уменьшению ЬТ„а в другом — к уменьшению 82„. С помощью формул (55) — (58) рассчитывали график, рекомендованный в гл. Л11 для выбора толщин стенок цилиндрических 73 Термические напряжения 6 70 77а 575 б75 775 775. б75 б75 575 У25 б75 б75 амеие- Формацикла стальо коемиме млеииа и) 775 72 575 575 57 475 губ кокилей. Необходимые для расчетов температуры находились с помощью зависимостей, приведенных в параграфе 2 гл. П.
Особенности напряженного состояния кокнля из упругопластнчного материала. При построении диаграммы (рис. 34), показывающей изменение напряжений и деформаций, использованы экспериментальные данные величин нереализованной термической деформации стального водоохлаждаемого кокнля (Х, = = 34 мм) с обрамлением и без обрамления. Кокиль заливали чугуном; толщина стенки отливки 2Х1 = 30 мм. Тонкие линии Стойкость кокилей на диаграмме представляют собой схематизированные кривые деформирования стали 15 при различных температурах (цифры у наклонных прямых). Между модулем упругости Е и упрочнения Е' принято соотношение Е' =- 0,02Е. Поверхностный слой кокиля без обрамления до точки А деформируется упруго, а далее до точки 1 — пластически (белые кружочки и номера точек без штрихов относятся к кокилю без обрамления, цифры в скобках обозначают время в секундах).
В связи с повышением температуры и снижением поэтому величины а, напряжения уменьшаются (точка а), затем вновь повышаются из-за роста деформации до точки 2. Абсцисса точки 2 соответствует максимальной деформации, которая наступила на 30-й секунде. Скачкообразный переход от точки 1 к точке 2 объясняется схематизированным изображением свойств стали.
С уменьшением деформации разгрузка осуществляется по линии, параллельной Π— О', до точки 3, а далее — в связи с повышением температуры слоя — по прямой, параллельной 0 — 0". Так продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет предела текучести, но уже при растяжении (через точки 4 и б до точки б). От точки б до точки 7 материал пластически растягивается. До точки 8 напряжения растут без изменения деформации только вследствие повышения предела текучести при снижении температуры. Последняя ступень построения диаграммы определяет величину остаточных напряжений о,„, Деформация рабочего слоя кокиля с обрамлением описывается ломаной линией 0 — А — 1' — а' — 2' — 3' — 4' — б' — о,'„. Если сравнить данный случай с рассмотренным, то видно, что при наличии обрамления площадь диаграммы, соответствующая работе пластической деформации, значительно больше. В связи с этим становится очевидными понижение стойкости кокилей при увеличении размеров обрамления.
Приведенные на рис. 34 кривые позволяют объяснить более высокую стойкость кокилей в случае, если их реже охлаждать до комнатной температуры. Из кривых следует, что с ростом Т„ снижаются о„, и, главное, уменьшается знакопеременная часть пластической деформации.
Конечно эти рассуждения справедливы, если повышение Т„ не вызывает перегрева стенки и бурного развития других процессов, приводящих к разрушению кокиля (фазовые превращения, рост металла, окисление, обезуглероживание, насыщение серой и т. п,). Остаточные напряжения являются причиной коробления кокилей. Если упругое выпучнвание плоской стенки направлено в сторону нагреваемой поверхности, т. е. отливки, то остаточное— в противоположную. Упругое выпучивание плоских кокилей рассматривалось в параграфе 6 гл. 1Ч в связи с обсуждением вопроса об образовании зазора между отливкой и формой. Изменение в чугуне при нагреве 3. ИЗМЕНЕНИЯ В ЧУГУНЕ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРЕВЕ При циклическом изменении температуры в стенке чугунного кокиля возможны следующие изменения: насыщение рабочей поверхности серой и обезуглероживание, фазовые превращения, окисление и рост металла.
В работе [51] утверждается, что уже на первых этапах термической усталости в рабочей поверхности чугунного кокиля увеличивается плотность дислокаций. Особенно это заметно на вышедших из строя кокилях !1081. В значительных пределах может изменяться содержание серы в приповерхностных зонах чугуна, особенно в случае длительного использования кокилей с краской, содержащей сернистые соединения. Содержание серы может повыситься до 0,3йо и более и привести к явлению сульфидной коррозии и ускорению образования крупной сетки разгара. Наиболее опасным для некоторых типов кокилей является процесс окисления металла при термоциклировании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
