Файл: Горизонтальное непрерывное литье цветных металлов и сплавов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 67
Скачиваний: 1
Рис. 32. Номограмма для определения глубины лунки в заготовках из сплавов:
/ — медь М2; 2 — бронза Бр.ОЦС5-5-5; 3 — латунь ЛС58-1; 4 — брон за Бр.ОФб,5-0,4; 5 — припой ПОС40
_ |
1 |
\ |
1 |
< |
1 |
| |
< |
I-------- 1 |
I_____I |
iff |
3ft |
3,0 |
2,5 |
2ft |
1,5 |
1ft |
Oft |
0,02 Oftk 0,05 |
0,08 0,1 |
Время полного эояЗерЗеоания заготЗни,мин |
Рздиис зоготоёни, м |
Рцс. 33. Номограмма для определения времени полного затвердевания заготовок из сплавов:
/ — медь М2; 2 — бронза Бр.ОЦС5-5-5; 3 — латунь ЛС59-1; 4 — бронза Бр.ОФб,5-0,4; 5 — пряной ПОС40
оригинальных методиках по исследованию расположе ния фронта затвердевания в кристаллизаторе в процессе литья. Эти методики базируются на изученной и описан ной выше схеме затвердевания заготовок. Первая мето дика, названная методом отметки, заключается в том, что в процессе литья производится дополнительная оста-
Рис. 34. Схема определения расположения начала фронта затвердевания мето дом отметки:
/ — многоручьевоП кристаллизатор; 2 — пруток; 3 — отметка; 4 — водоохлаждае
мый кожух; |
/ —/ — положение |
фронта |
затвердевания в конце периода вытяги |
вания; |
/ / —// — положение |
фронта |
кристаллизации в конце остановки |
новка перед очередным вытягиванием заготовки на 5—■ 10 с или резко уменьшается шаг вытягивания. Схематич но метод отметки представлен на рис. 34.
Эти мероприятия вносят изменения в структуру за готовки. Во время остановки в заготовке, отливаемой из сплава, склонного к обратной ликвации (например, бронзы), стационарная корочка дополнительно охлаж дается, происходит ее сжатие при усадке, и на поверх ности заготовки появляется ликвационная полоска (рис. 34,6). Начало полоски примерно соответствует местона хождению последней зоны разрыва (сечение 1—1), а ин-
71
роды сплава отсутствуют видимые изменения на поверх ности отлитой заготовки в месте дополнительной оста новки, то величину Lx можно измерить по макрострук туре после приготовления соответствующего продольно го темплета.
Вторая методика заключается в следующем. На внут ренней поверхности графитового кристаллизатора при его изготовлении наносят 2—3 продольных параллель-
Рис. 36. Схема определения расположения начала фронта затвер девания методом «рисок»:
а — рабочая поверхность кристаллизатора с рисками; б — заго товка
ных канавки (риски) глубиной и шириной по 1—3 мм. Расстояние между ними 10—15 мм. Длину канавок вы бирают с таким расчетом, чтобы концы их попадали в зону затвердевания сплава. В результате на поверхности отливаемой заготовки появляются периодические риски, длина которых мгновенно меняется при изменении па раметров вытягивания. На рис. 36 представлена схема нанесения канавок 1, 2, 3 на внутреннюю поверхность одноручьевого графитового кристаллизатора (рис. 36, а) и вид поверхности получаемой заготовки с соответству ющими рисками Г, 2', 3' (рис. 36,6). Зная длину кана
73
вок, по появлению рисок па отливаемой заготовке лег ко контролировать глубину проникновения жидкой фазы в кристаллизатор. Кроме того, по рискам на заготовке можно ориентировочно определить расположение зон затвердевания, как это показано иа рис. 36,6. Зона раз рыва (Р) всегда будет проходить через короткую рис ку. Последняя методика особенно полезна при освоении технологии литья полых заготовок.
Если в кристаллизаторе будет нанесена одна конт рольная риска, на расстоянии например, 60 мм от конца дорна (в зависимости от глубины лунки), то появление риски на поверхности заготовки предупредит об опасно сти залива расплава за дорн и послужит сигналом для уменьшения скорости литья.
Обе эти методики широко применяли для контроля положения фронта затвердевания при литье в конусный кристаллизатор заготовок, предназначенных для волоче ния на проволоку. Смещение фронта затвердевания с конусной части кристаллизатора, ухудшающее качество заготовок, являлось сигналом для изменения скорости литья. Расположение конуса в кристаллизаторе также корректировали на основании экспериментальных дан ных, полученных описанными методами.
Заканчивая рассмотрение особенностей затвердева ния заготовок при горизонтальном непрерывном литье, следует остановиться на следующем. В результате мно голетних исследований сейчас совершенно ясно, что медь и ее сплавы невозможно отливать в горизонтально расположенный графитовый кристаллизатор без перио дических остановок или возвратно-поступательного дви жения. При освоении технологии горизонтального непре рывного литья на каждом заводе находились сторонни ки непрерывного вытягивания заготовки. Однако много численные попытки вытягивать заготовку непрерывно без периодических остановок или без возвратно-поступа тельного движения кристаллизатора не увенчались ус пехом. В то же время хорошо известно, что медь, брон зу и латунь способом вертикального полунепрерывного литья отливают при непрерывном вытягивании заготов ки из стационарного кристаллизатора. Особенность спо соба горизонтального непрерывного литья объясняется,
восновном, следующими факторами:
1)начало затвердевания заготовки происходит цд
74
графитовой стсикс, Имеющей температуру, близкую к
температуре |
кристаллизации |
сплава; |
|
2) корочка заготовки всегда находится под воздейст |
|||
вием столба жидкого металла. |
|
||
В табл. 1 |
приведены данные по влиянию температу |
||
ры на механические свойства |
заготовки. |
Для примера |
|
выбрана бронза марки Бр.ОЦС5-5-5. |
|
||
|
|
|
Таблица 1 |
|
М ехан и ч еск и е св о й с тв а брон зы |
|
|
Температура, |
Временное сопротив |
Относительное |
Твердость по |
°С |
ление разрыву, |
удлинение, % |
Бринелю, кге/мм* |
|
кгс/мма |
|
|
20 |
18,0 |
6 ,0 — 10,0 |
68 |
200 |
14,0— 15,0 |
3 ,0 —8 ,0 |
44 |
300 |
8 ,0 — 13,0 |
1,2 — 2 ,0 |
— |
400 |
5 ,5 — 6 ,0 |
0 ,4 — 1,0 |
— |
|
|
|
|
500 |
4 ,0 —5 ,0 |
|
— |
Из данных табл. 1 следует, что уже при температуре 500° С бронза не пластична и имеет низкие прочностные свойства. При температуре кристаллизации следует ожи дать прочностные свойства, близкие к нулю. Исходя из этого корочка, находящаяся под воздействием столба жидкого металла высотой не менее 200 мм и имеющая низкие прочностные свойства, при вытягивании, как пра вило, разрывается, образуя зависший участок, который не может быть оплавлен при малой скорости вытягива ния. Даже если не происходит зависания, то при вытя гивании заготовки обнажается поверхность графита с температурой ниже температуры кристаллизации рас плава и на ней начинается затвердевание самостоятель ной стационарной корки.
На рис. 37 представлена схема формирования заго товки в графитовом кристаллизаторе при непрерывном вытягивании с образованием зависшего участка 0—У. Между вытягиваемой заготовкой (точка 1') и зависшей корочкой (точка У) образуется передвигающаяся зона разрыва, проходящая последовательно точки 2, 3 и 4, которым соответствуют на вытягиваемой заготовке точ ки 2', 3', 4'. В дальнейшем, если стационарная корка успевает вырасти до центра заготовки, то прекращается
75
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ ЗАГОТОВОК
Основным видом дефектов заготовок, получаемых способом горизонтального непрерывного литья, были трещины. Количество, глубина и протяженность трещин носят самый различный характер; выделено 4 типа тре щин. Дальнейшее их описание необходимо рассматри вать совместно со схемой затвердевания заготовки (см.
рис. 25).
Шаговые трещины типа I образуются на поверхно сти заготовки между зонами I и // при увеличении ша га вытягивания до предельного. Следует более подробно остановиться на термине предельный шаг вытягивания. Предельным называется шаг, превышение которого при водит к обрыву заготовки.
На рис. 25, е показана схема образования предель ного шага вытягивания. Величина его, согласно изло женной схеме затвердевания, определяется нарастанием стационарной корочки до центра заготовки за время вы тягивания и прекращением питания зоны разрыва жид ким металлом, что вызывает предварительное появление надрывов на поверхности заготовки, а при последующем увеличении шага, обрыв ее. На рис. 35, а показаны ти пичные кольцевые надрывы в зоне стыка фронтов за твердевания при шаге вытягивания, близком к предель ному. Иеслитины на заготовке, представленной на рис. 35, б, имеют односторонний характер, однако причина их образования та же.
То обстоятельство, что надрывы на поверхности заго товки при предельном шаге образуются в конце перио да вытягивания, подтверждается следующими двумя фактами: во-первых, тем, что при резком увеличении шага вытягивания надрыв появляется всегда в начале первого большого шага, во-вторых, если бы надрывы возникали из-за увеличения усилий вытягивания или недостаточной прочности заготовки в горячем состоя нии, то увеличение времени остановки, упрочняющее ее, способствовало бы ликвидации надрывов, хотя много численными проверками это не подтвердилось.
Например, для бронзовых заготовок (Бр. ОФ6,5-0,4) диаметром 12 мм в зависимости от режима литья вели чина предельного шага при проведении опытных разли вок колебалась от 40 до 70 мм. Однако в двух разлив
77
ках при литье в три ручья было обнаружено интересное явление. Заготовки удалось разливать практически с не ограниченным шагом вытягивания до 500—700 мм при скорости вытягивания 60—70 м/ч и длине охлаждаемой части кристаллизатора 180 мм.
Изучение макроструктуры полученных заготовок пока зало, что затвердевание носило периодический характер.
Рнс. 39. Схема формирования предельного шага вытя гивания
Макроструктура заготовки состояла из веерообразных образованных столбчатыми кристаллитами коро чек, соединенных между собой участками с мелкозерни стой структурой (см. рис. 26,6). Периодичность их пов торения (около 40 мм) примерно соответствовала вели чине предельного шага.
На наш взгляд, непрерывность процесса достигалась за счет низкого коэффициента трения в кристаллизато рах данных разливок. Стационарные корочки (II), об разовавшиеся при вытягивании, стягивались с поверх
ности кристаллизатора под |
влиянием сил |
сцепления |
с вытягиваемой заготовкой и |
под действием |
металло- |
статического напора расплава. Как правило, в других разливках этих сил бывает недостаточно для стягива ния стационарной корочки, поэтому необходима допол нительная остановка для прочного соединения корочки с заготовкой, т. е. периодический режим вытягивания.
Рассмотрим формирование предельного шага вытя гивания. Длина его складывается из суммы протяжен ностей трех зон затвердевания согласно схеме на рис. 39:
|
Zn = L /+ L™i -j- Liv, |
|
где |
Zn— величина предельного шага |
вытягивания, м; |
|
Lj — длина зоны / затвердевания, |
м; |
78
Djj — длина предельной стационарной корки, м;
L/v — длина зоны остановки, м.
Исследованиями было установлено, что основным па
раметром вытягивания, определяющим величину |
зоны |
/, является скорость вытягивания, а зона IV определя |
|
ется продолжительностью остановки. В частности, |
для |
случая литья бронзовых заготовок малых сечений (диа
метром 10—20 мм) была получена эмпирическая |
зави |
|||||
симость |
|
|
|
Lu 4- 0,6-10-s (To-1) |
|
|
Z„- |
125 |
(0,04 — vDf |
|
|||
|
|
|
|
R |
|
|
при 0,005 |
. , un <0,04 м/с; |
1^ |
t0 <20 c, |
|
|
|
где vB— средняя |
скорость' движения заготовки в пери |
|||||
од вытягивания |
(скорость вытягивания), |
м/с. |
||||
Для заготовок |
большего |
сечения, как правило, |
ве |
|||
личины Li |
и Liv |
имеют небольшие значения и при рас |
||||
чете предельного |
шага ими |
можно пренебречь, |
считая |
что Zn = L?r Для расчета предельной длины зоны II вы
ведена теоретическая зависимость на основе составления теплового баланса для критического сечения А—А ста ционарной корки (см. рис. 39), в котором затвердевание до центра заготовки наступает в первую очередь
Ln = ^ ^ -|- 84,8 -I |
, |
ВV Вссг.п
где |
В — коэффициент, равный отношению снижения |
|
температуры поверхности графита па участ |
|
ке вытягивания к его длине, град/м; |
|
t„— температура поверхности прутка, град;- |
/— снижение удельного теплосодержания рас плава, ккал/кг;
аг.п — коэффициент теплоотдачи от поверхности
прутка к графиту, ккал/(м2-ч-град).
Последние три величины относятся к критическому сечению А—А зоны II.
Для определения значений t„, В и а г.п использовали экспериментальные данные теплофизических исследова ний. Например, при литье заготовок диаметром 12 мм из бронзы Бр. ОФ6,5-0,4 расчетный предельный шаг ра вен 0,043 м (при ив =0,04 м/с), экспериментальный 0,04—0,045 м. Для заготовок диаметром 60 мм расчет
79