Бураков (550672), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Чем выше тепловое нагружение и чем выше максимальная температура рабочей поверхности кокиля, тем ббльшую опасность представляет процесс окисления его материала. Интенсивность окисления зависит также от вида газовой среды, формы и количества графита, условий эксплуатации и хранения кокиля, а также наличия в его рабочей поверхности пор и трещин. Известно, что железо особенно интенсивно окисляются при температурах свыше 1000 К. В процессе циклического нагрева в поверхностных слоях чугунного кокиля происходит графитизация с одновременным обезуглероживанием матрицы; интенсивность этих процессов зависит от теплового нагружения кокиля (рис.
35). Приповерхностные слои полностью ферритизируются на глубину от 0,2 до 3 — 4 мм. В местах частичного или полного выгорания графита создаются благоприятные условия для образования разной плотности и глубины залегания зон окисления. Следует заметить, что в зависимости от тепловой нагружен- ности кокилей выявляется разная структура окислов: сплошные — в кокилях с большей тепловой нагруженностью, «пушистые» вЂ” в кокилях меньшей нагружеиности.
Глубина распространения окнслительных процессов вави- ч сит во многом от наличия и природы несплошностей в чугуне. В чугуне кокиля при термоциклировании за- г метны и другие перераспределения 1 Рнс. Эб. Влннние теплового ивгРУненин (чи Маиеич не глубину обееуглероннввинн чугунно- го «акиле Стойкость кокилей элементов. В окисленных участках это обнаружено А. А. Барановым и др. 171.
Одипм из главных изменений в чугуне при термоциклированин следует считать рост металла, часто являющийся решающим фактором снижения термической стойкости. Рост чугуна протекает тем интенсивнее, чем выше температура поверхности кокиля. Как правило, рост чугуна связывают с диффузией углерода и самодиффузией железа. Поэтому различные способы торможения диффузии углерода могут положительно сказаться на ростоустойчивости чугуна.
Глава и ОСНОВЪ| ТЕОРИИ КОКИЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ к нАзнАчение и клАссиФикАция пОкРытиЙ Назначение покрытий кокилей весьма многообразно. С помощью покрытий управляют условиями охлаждения (затвердевания) отливки, предохраняют рабочую стенку кокиля от термического удара и эрозионного воздействия, создают в форме определенную газовую атмосферу, повышают смачиваемость поверхности кокиля расплавом, обеспечивают поверхностное модифицирование и легирование отливки, изменяют газопроницаемость вент, воздействуют на силу трения между отливкой и кокилем. Однако основное назначение покрытий кокилей — управление теплообменом между отливкой и формой. Так как участие покрытий в этом процессе определяется величиной параметрического критерия Х,/Х„то все покрытия можно разделить на две группы: тонкослойные и толстослойные, или облицовки (см.
гл. П). На практике применяют покрытия различной долговечности. В связи с этим их целесообразно условно разделить на три подгруппы — разовые, многоразовые и постоянные. Под постоянными понимают такие покрытия, долговечность которых соизмерима с межремонтным сроком формы. К ним, например, относятся покрытия, напыленные пламенным или плазменным способом, полученные методами электрохимической или химико.термической обработки и др.
Покрытия обеих групп могут иметь слоистое строение. Для первой группы (тонкослойные) характерно следующее сочетание: полупостоянный нли постоянный подслой и разовая краска. Покрытия второй группы (толстослойные) часто включают кроме облицовки тонкий полупостоянный или постоянный подслой и разовую краску. Покрытия должны обладать определенными термофизическими, термомеханическими, термохимическими и технологическими свойствами. Понятно также, что простота нанесения (восстановления) и долговечность являются важнейшими характеристиками покрытий.
В настоящей главе рассматриваются явления, происходящие в покрытиях. Анализируются эксплуатационные свойства специальных покрытий — постоянных и облицовок. Сведения о конкретных составах обычных кокильных красок приведены в третьем разделе, где речь идет о литье различных сплавов. 2. ТЕРМОФИЗИ ЧЕСКИ Е СВОЙСТВА Расчетные зависимости. Какие именно термофизические характеристики важны для покрытий различных групп, видно из формул гл. П: для тонкослойных — теплопроводность, для тол- Териофивические свойства 79 (59), приобретает значение т„,> 1, В этом случае формула (59) упрощается: Л =- 7., ~1+ 3 ' " 1, (60) где τ— относительный объем матрицы.
В подавляющем большинстве разовых и полупостоянных покрытий в роли матрицы выступает поровое пространство, тогда П,,= Пи, где Пи — пористость. Учитывая это и формулу (60), заключаем, что перенос теплоты в рассматриваемых покрытиях определяется пористостью и теплопереносом в порах. Таким образом, теплоизоляционные свойства кокильных покрытий зависят от их структуры не в меньшей степени, чем от состава. Величина ).„, в свою очередь, является эффективной характеристикой: Х. = Х, + ),,„ + ),, (61) где ).и, Х„, и Х, — лучистая, молекулярная и конвективная составляющие теплопроводности матрицы. Анализ экспериментальных данных с помощью формулы (60) и (61) показал, что в обычных условиях литья теплоперенос в поровом пространстве осуществляется в основном лучеиспусканием и истинной теплопроводностью, а роль конвективного теплопереноса пренебрежимо мала. Из формул (60) и (61) следует, что основными факторами при создании покрытий с заданными свойствами являются пористость и состав газообразных продуктов, находящихся в порах (коэффициенты излучения материалов, которые обычно входят в покрытия, различаются между собой не очень сильно).
Так, увеличение пористости с 0,3 до 0,4, т. е. на 33%, повышает ), на 45%, а замена азота в поровом пространстве на водород приводит к росту Хив почти на порядок. Удельная теплоемкость является вполне аддитивным свойством. Поэтому определение этой термофизической характеристики расчетным путем затруднений не вызывает. Экспериментальные данные. В монографии (17) дано фундаментальное обоснование экспериментальных методов определения теплопроводности тонкослойных покрытий: метода заливки, наморажинания и погружения, Там же приведены многочисленные опытные данные для разовых и полупостоянных составов.
В табл. 3 и 4 в качестве примера указаны значения теплопроводности некоторых кокильвых покрытий 111, 21]. Испытания проводили методами заливки и погружения. Сведения о теплопроводности и пористости газопламенных и плазменных покрытий приведены в работе П47 1. Из них следует, что с повышением температуры теплопроводиость увеличи- Оеиоин теории кокилвных покрытий 80 Таблица 3 Теплопроиодность некоторых характерных кокнльных покрытий 1211 Октав. и по массе в оен па Зы яам и Ко„" ой й аи кс, он Мо ое м нх мк аи 282 К » ооп ы ви мв в о о но о вв 0,2 3,4 20 !5 о З,З 10,5 3 12,4 1,7 6,15 0,15 32 Таблица 4 Теплопронодность тоикослойиых кокильных покрытий, определенная методом погружения и жидкий чугун 111] а а 0,287 0,418 0,366 0,535 5 5 15 18 10 25 25 30 35 20 20 .35 0,379 35 вается, а при 1273 К теплопроводность газопламенных и плазменных покрытий из окиси алюминия достигает уровня теплопроводности наиболее теплопроводных разовых и многоразовых составов.
Экспериментальный метод определения коэффициента температуропроводности покрытий второй группы (облицовок) предЛотден на основе уравнения (19), описывающего температурное е 2 *' 3 5 6 , о м $ н ° м н вв и вы ймв ой" в Анодная пленка иа ковале ив сплава АЛН. "" Паста ГВ. 40 62,5 82,6 50 77 70 100 100 До густоты пасты До плотности 1800 1м 0,5 0,465 0,245 О, 175 0,163 0,120 Термомехан ические свойства поле облицованного кокиля на стадии затвердевания отливки.
В случае, когда внешняя поверхность кокиля теплоизолирована, а между отливкой и облицовкой, как и между облицовкой и кокилем, термический контакт является идеальным (ат = ав = со), уравнение может быть решено относительно аве. Составы исследованных облицовок и найденные в экспериментах значения их термофизических свойств приведены в табл. 5. Анализ табличных данных показывает, что с увеличением температуры заливаемого металла значения 2юе и а,е возрастают, Объясняется это увеличением передачи теплоты в порах облицовки путем радиации, т. е. величины 2л.
Таблица 6 Термофнзические свойства разовых песчано-смоляных облицовок Заливка чугуном Заливка алюминием Светав, % па массе 0,622 0,622 а. термомехАнические сВОЙстВА Под термомеханическими свойствами покрытий понимаются их способность выдерживать нагрузку в условиях нагрева. Характеристики этих свойств не стандартизованы и относятся, по существу, к технологическим показателям.
Поэтому величины соответствующих характеристик зависят от принятых методов испытаний. Необходимость изучения термомеханических свойств вызвана тем, что ими определяется стабильность свойств и эффективность покрытий при эксплуатации: способность сопротивляться растрескиванию, отслоению от поверхности кокиля, размыву расплавом. Перечисленные факторы в конечном счете определяют качество отливки и долговечность кокиля. Напряженное состояние покрытия.
С позиций механики деформируемого тела покрытие можно рассматривать как пластину или оболочку. Покрытие в виде пластины является наиболее характерным. Результаты анализа напряженно-деформированного состояния плоского покрытия в упругой постановке сводятся Оеиозы теории кокиззиык иокрытиа к следующему. Вследствие меньшего перепада температур в кокиле, чем в покрытии, и значительно большей жесткости кокиля, чем покрытия, деформация изгиба последнего исключена. При данном условии формула для расчета температурных напряжений в покрытии, которое находится в прочном сцеплении с кокилем, имеет весьма простой вид: ытзЕз о = — — 61. 1 — ыз (62) Здесь сохранены обозначения гл. П и 1Ч. Индекс а3» относится к покрытию.
Формула (62) не учитывает технологических напряжений, возникающих при нанесении покрытия. Знак минус в формуле означает напряжения сжатия. Сила, стремящаяся сдвинуть покрытие относительно защищаемой поверхности, 6з е(к зо (63) где Хз — толщина слоя. Сила Р отнесена к единице длины линии в плоскости покрытия. Напряжения среза, создаваемые силой Р в площади Р, контакта покрытия с защищаемой поверхностью, а = РУР„здесь Š— длина плоского покрытия по нормали к направлению сдвига. Покрытие отслаивается при условии и ) о,р, где а,р — прочность сцеплении покрытия с кокилем при испытании на срез.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
