ТехноИнжениринг.РФ

Подбор материалов для изготовления кокилей

___Выбор материала для изготовления кокиля зависит целиком и полностью от температуры заливаемого в него расплава.

___Заготовка для кокиля обязательно должна быть получена способом фасонного литья, чтобы избежать образования внутренних напряжений, возникающих при обработке металла давлением (прокатке или ковке). Литой металл имеет более сбалансированную структуру зерна (кристаллов), потому что при ковке или при прокатке происходят параллельно сразу два процесса: наклёп и рекристаллизация. То есть зерно металла одновременно и ломается, и растёт — что очень отрицательно сказывается на сбалансированности внутренних напряжений. Данное явление особенно заметно на катанном металле. Кристаллы ломаются и вытягиваются вдоль направления прокатки, но параллельно, вследствие влияния высоких температур, они ещё и растут. А расти им мешает жёстко регламентированный калибр (межвалковое пространство) прокатного стана. Вследствие этого зарождаются и развиваются внутренние напряжения, которые при достижении определённого уровня — провоцируют деформации или разрушение, особенно при наличии концентраторов, каковыми являются микроскопические дефекты металлической матрицы (газовые или шлаковые раковины).

___Также, на литом металле в значительно меньшей степени выражены явления ликвации, вследствие быстрой кристаллизации по сравнению со слитком в изложнице, поэтому металл кокиля должен иметь как можно меньшее количество легирующих элементов. Это связано с тем, что каждый металл, растворённый в другом металле, образует свои, отличные от металла матрицы фазы или кристаллы. А как известно, основными концентраторами напряжений являются неоднородности, которые чаще всего располагаются по границам зёрен. Так что чем проще, однороднее, равновеснее и сбалансированнее внутренняя структура металла, тем меньше возникнет напряжений и тем дольше прослужит кокиль. В связи с невысокой температурой разливки сплавов на основе алюминия (680…720°С), кокиль целесообразно изготовить из стали 10Л…15Л по ГОСТ 977-88 «Отливки стальные. Общие технические условия». Она содержит наименьшее количество вредных примесей (S. Р) и легирующих элементов, недорого стоит, имеет сбалансированную и равновесную структуру кристаллов, составляющих металлическую матрицу. Вследствие этого, слабо выражаются явления фазовой перекристаллизации, которые и провоцируют зарождение и развитие напряжений, приводящих к разрушению кокиля.

___Для изготовления отливок из сплавов с температурой плавления выше 1000 °С (сталь, чугун, бронза, латунь и т.д.), кокиль конечно же следует изготавливать из чугуна. Чугун имеет низкую пластичность при повышенных температурах, что не вызывает таких сильных короблений и деформаций кокиля, надолго сохраняя заданные геометрические размеры рабочих полостей, а следовательно и отливок. В данной области широко распространены серые чугуны, с включениями графита, имеющими пластинчатую (ланцетовидную) форму — очевидно вследствие их дешевизны. Но острые края графитовых зёрен, в очень значительной степени аккумулируют у себя внутренние напряжения, которые и вызывают появление трещин. Поэтому для изготовления чугунных высокотемпературных кокилей, целесообразно применять округлую форму графитовых включений (вермикулярную или шаровидную). Потому что на гладких, без острых краёв поверхностях кристаллов графита, напряжения зарождаются в значительно меньшей степени, чем на кристаллах с острыми краями пластинчатой формы. Поэтому такие чугуны называют высокопрочными.

___Но чугуны с вермикулярной или шаровидной формой графита имеют неудовлетворительную жаропрочность. Тоесть плохо выдерживают стабильность геометрических размеров при высоких температурах эксплуатации (ввиду их повышенной пластичности). Однако существуют специальные жаропрочные чугуны, характеристики по ГОСТ 7769-82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами», которые отличаются от обычных серых чугунов только тем. что имеют в своём химическом составе содержится 1 % или более — хрома. Но опять же, форма графитовых включений у них — пластинчатая. Поэтому для изготовления высокотемпературных кокилей целесообразно выплавить такой чугун, который будет совмещать в себе все полезные стороны как высокопрочных, так и жаропрочных чугунов, сведя к минимуму — отрицательные качества.

___Достигнуть таких результатов можно, если при выплавке высокопрочного чугуна добавить в качестве легирующих элементов такие, которые обеспечат жаропрочность.

___Очевидно, что высокую прочность чугунам придают содержащиеся в химическом составе магний и смесь редкоземельных металлов, а износостойкость и жаростойкость — повышенные содержания хрома и марганца В связи с этим, для изготовления высокотемпературных кокилей целесообразно выплавить чугун следующего (комбинированного) химического состава.

___