ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Стальные формы из "Термическая усталость металлов " Центробежное литье металлов может быть реализовано в установ ках с горизонтальным или вертикальным направлением вращения Такие детали установок или устройств, как водопроводные и кана лизационные трубы, цилиндрические втулки, поршневые кольца пушечные стволы, а также трубы для химических установок, обыч но изготавливают на машинах с горизонтальной осью вращения Жидкий металл, подаваемый во вращающиеся формы, распределяет ся по внутренней поверхности и вследствие воздействия сил трения и центробежной силы происходит формирование цилиндрической поверхности. [c.11] Константинова [50] = 5520/(r j) где - плотность материала. [c.13] Точное определение оптимальной частоты вращения формы является сложной проблемой из-за большого количества факторов, которые по-разному влияют на процесс кристаллизации трубы. К этим факторам можно отнести химический состав, плотность материала, вязкость, чистоту поверхности литниковой системы, чистоту внутренней поверхности формы и т.д. В промышленных условиях частоту вращения определяют с помощью приведенных уравнений или подбирают по таблицам (табл. 1). Однако с целью корректировки параметров в каждом отдельном случае следует отлить одну или две пробные трубы. Рекомендуемые параметры процесса приведены в табл. 1. [c.13] Из приведенной общей схемы центробежного литья труб вытекает, что внутренняя поверхность формы подвергается воздействию быстро изменяющихся температур. В особенности очень велик градиент нарастания температуры. [c.13] Следует обратить внимание на перемещение воздуха, имеющего малый коэффициент теплопередачи, через внутреннюю полость отлитой трубы. Внутреннюю поверхность можно рассматривать как адиаба тическую, т.е. от нее не может начаться процесс кристаллизации металла. В результате интенсивного отвода тепла (18, 20, 7Й, 128, 149] кристаллизация начинается на поверхности контакта отлитой трубы с внутренней стенкой формы. [c.14] При соприкосновении жидкого металла с внутренней поверхностью формы последняя быстро нагревается и расширяется. Если мысленно разделить сечение формы на большое количество цилиндров, соприкасающихся между собой, то внутренний цилиндр под влиянием нагрева будет расширяться, тогда как остальная часть формы противодействовать этому. Следовательно, приповерхностный внутренний слой сжимается, а наружный - растягивается. Под влиянием нагрева длина контура внутреннего цилиндра увеличивается в соответствии с зависимостью /f = /о [1 + а (f - fo) ] где / о - длина контура внутреннего цилиндра при начальной температуре Го, а - температурный коэффициент линейного расширения t - температура внутренней поверхности формы. Отсюда прирост длины контура Д/г = /г-/о. [c.14] Установив начальные и граничные условия, а также допуская, что параметры материала и тепловые параметры являются функцией температуры, можно подсчитать температуру стенки в момент контакта с жидким металлом [131] = т То +Ti)l m +1). [c.15] После подстановки значения Го = 1623 К, Г) = 303 К, а также т = d p) /Ui p)i = 1 получаем температуру стенки 963 К, которая близка температуре внутренней стенки формы, измеренной Конин-гером и Либманом [78]. Исследования, проведенные этими авторами, показали, что температура внутренней поверхности формы во время первого цикла литья достигает 908 К и после. 120 с снижается до 493 К. В ходе последующих циклов температура повышается до 953 К и снижается до 553 К. [c.15] Изменение температуры внутренней и внешней поверхностей формы во время литья приведено на рис. 4, а ее распределение по сечению формы — на рис. 5. Данные покрывают, что температурный градиент ме кду поверхностью и тонким слоем толщиной 2 мм довольно значителен. Скорость нагрева этого слоя превышает 100 К/с, что принимается как ударный процесс. Скорость же снижения температуры значительно меньше. На основе полученных результатов можно принять, что приповерхностная область нагревается ударно до температуры 953 К и затем охлаждается с меньшей скоростью ( 4 К/с) до 553 К. [c.15] Расчет напряжения по сечению формы является сложной задачей. Степень трудности при анализе процесса дополнительно увеличивается из-за влияния таких существенных факторов, как изменение пределов прочности и текучести, модуля упругости, коэффициента Пуассона, поглощения или отдачи тепла. Кроме того, сечение формы подвергается циклическим изменениям температуры. [c.16] Напряжения и деформации, возникающие в процессе литья, условно можно разделить на три этапа. [c.16] Можно отметить, что в области упругих деформаций наибольшие напряжения — касательные. Однако в этой области они не являются единственным фактором, влияющим на процесс разрушения [104 105, 141]. Если, 1 0 бы так, то форма могла бы выдержать неограниченное число циклов до разрушения. Следовательно, на процесс зарождения микротрещин решающее влияние оказывают изменения в области пластических деформаций. [c.17] Как уже упоминалось, вследствие перемещения пластической области подсчеты возникающих напряжений можно проводить для определенных периодов времени, причем определять границы этих областей очень трудно иэ-за процесса теплопередачи. Трудности также возникают и при определении напряжений, при которых происходит макроскопическое разрушение материала. При нагреве отдаленных областей формы тепловая нагрузка на приповерхностную область уменьшается. Следовательно, напряжения в нагруженной области можно подсчитать с помощью закона Гука с учетом того, что деформацию необходимо отсчитывать от возникшего нового состояния. Кроме того, в зависимости от температуры следует соответственно определить такие исходные данные, как модуль упругости, коэффициент Пуассона, температурный коэффициент линейного расширения и предел текучести. [c.18] В работе [78] авторы на специально изготовленном испытательном стенде определяли распределение температуры, а с помощью тенаодатчиков находили напряжения в сечении формы. Распределение тангенциальных напряжений в отдельных зонах сечения приведено на рис. 7. Результаты, полученные во время экспериментов, показывают, что в приповерхностной области на начальной стадии литья возникают циклические сжимающие напряжения, величина которых превышает 580 МПа. По мере отвода тепла к наружной поверхности формы уже через 30 с jb этой области возникают растягивающие напряжения. Исследования показали, что напряжение в приповерхностной области переменно и в отдельных фазах процесса достигает (580г 630) МПа. При большем удалении от внутренней поверхности напряжения уменьшаются и для области, удаленной на расстояние 20 мм, достигают 290 МПа. После окончания очередного цикла литья в наружной приповерхностной области формы действуют небольшие сжимающие напряжения. [c.18] Автор рассматривал также механизм зарождения разрушения, опираясь на теорию напряженного состояния материалов [110], и считает, что можно анализировать этот сложный процесс после адаптации до определенных однородных зон в макрообластях с учетом изменения температуры. [c.18] В возникшем зазоре образуются оксиды типа гематита и магнетита, а при температуре 833 К и типа вюстита, которые при более низких температурах термодинамически неустойчивы. Следовательно, при повышенной температуре возникает дополнительное явление газовой коррозии. Однако толщина оксидов очень мала и, кроме того, во время извлечения отлитых затвердевших труб они, как правило, удаляются, что позволяет пренебречь их влиянием на зарождение трещин. [c.19] При новом термическом нагружении (после извлечения предыдущей отливки) весь цикл повторяется и ход наряжений протекает по кривой О2 — Аг. Литье труб вызывает явления, описываемые образующейся петлей гистерезиса. Как легко можно тйять. кроме тепла, передаваемого от жидкого чугуна, образуется и внутренний источник тепла вследствие деформации формы. Характер изменения напряжений и деформаций указывает на очень быстрое нарастание сжимающих напряжений и относительно медленное - растягивающих. [c.21] Малолегированные хромомолибденовые стали являются основными материалами для изготовления форм для центробежного литья чугунных труб. Формы изготавливаются из поковок в термически улучшенном состоянии и имеют следующие механические свойства твердость НВ 207-241 = 686-1в14 МПа а к = 98-10 Дж/м . [c.21] Вернуться к основной статье