Получение биметаллических заготовок центробежным способом (стр. 8 из 14)
Опыты проводили на центробежной машине конструкции ЦНИИТМАШ на отливках с внешним диаметром 0,26 м и внутренним 0,12 м.
Заливка металла рабочего слоя валка производилась при частоте вращения формы, соответствующей гравитационному коэффициенту = 100.
Температура заливки составляла 1350°С, продолжительность заливки металла ~ 15 сек. Толщина теплоизоляционного покрытия составляла 0,001, 0,002 и 0,003 м.
Свинец нагревали до 600...650°С и путем его ввода во вращающуюся форму заливали в кристаллизующийся металл в три приема через определенный интервал времени.
Масса заливаемого свинца составляла за один прием 1 кг.
После охлаждения отливки и ее извлечения из формы ее разбивали на копре и на изломах производили замеры расстояния полосок свинца от внешней поверхности.
На рис. 3.9 показано, что свинец, введенный через 1,3; 2,5 и 3,8 мин в процессе затвердевания отливки с теплоизоляционным покрытием толщиной 0,002 м четко фиксирует границы затвердевания металла на расстоянии 0,015, 0,026 и 0,034 м от внешней ее поверхности.
Аналогичным образом проведены опыты по определению продолжительности затвердевания рабочего слоя валка с использованием теплоизоляционного слоя толщиной 0,001 и 0,0035 м.
Результаты экспериментальных данных, полученных при использовании ввода свинца во вращающуюся форму для оценки кинетики затвердевания рабочего слоя валка при различной толщине теплоизоляционного слоя приведены в табл. 3.4 и на рис. ЗЛО.
На рис. 3.10 также обозначены расчетные данные по продолжительности затвердевания рабочего слоя отливки.
Анализ полученных результатов свидетельствует о близкой сходимости расчетных и экспериментальных данных, что позволяет с высокой степенью надежности пользоваться расчетными методами для определения временных параметров интервала между заливками двух металлов.
Рисунок 3.9 -Поперечный излом стенки отливки с прослойками свинца после его ввода через 1,3; 2,5 и-3,8 мин.
Рисунок 3.10 – Кинетика затвердевания рабочего слоя валка при различной толщине теплоизоляционного покрытия
Таблица 3.4 - Влияние толщины слоя покрытия на скорость затвердевания рабочего слоя валка
| Толщина слоя теплоизоляционного покрытия,м | Границакристаллизацииот внешней поверхностиотливки,м | Продолжи-тельность нарастания твердой корки металла, мин | Линейнаяскоростьзатвердевания,мм/мин | Средняяскоростьзатвердевания,мм/мин |
| 0,001 | 0,018 0,026 0,034 0,040 | 1,3 2,0 2,8 3,8 | 13,8 13,0 12,0 10,5 | 10,52 |
| 0,002 | 0,015 0,026 0,034 0,040 | 1,3 2,5 3,8 5,2 | 11,5 10,4 9,0 7,7 | 7,65 |
| 0,0035 | 0,015 0,025 0,033 0,040 | 2,0 3,5 5,0 6,8 | 7,5 7,2 6,6 6,9 | 5,88 |
Таким образом с помощью расчетного метода определена и экспериментально подтверждена кинетика и общая продолжительность затвердевания рабочего слоя валка, а также зависимость теплообменных процессов в системе «отливка - зазор - изложница» от толщины и свойств теплоизоляционного слоя на внутренней поверхности изложницы.
Выбранный интервал толщины теплоизоляционного покрытия 0,001...0,0035 м является наиболее характерным для отливки бочки пищевых валков, а полученные при этом закономерности позволяют в дальнейшем устанавливать взаимосвязи между кинетикой затвердевания и свойствами металла для последующего определения технологических параметров литья.
3.3 Влияние скорости затвердевания на свойства металла рабочего слоя валков
Влияние скорости затвердевания на качество чугунных отливок является одним из решающих факторов технологического процесса.
Для рабочего слоя валка наиболее характерным является изменение его структуры и твердости под влиянием различной скорости затвердевания металла, которая для массивных изложниц в основном зависит от толщины слоя покрытия.
Исследования проводились на трех отливках, полученных при одинаковых температурах заливки металла с толщиной слоя покрытия 0,001, 0,002 и 0,0035 м.
Влияние толщины покрытия и скорости затвердевания отливки на твердость металла, глубину отбеленного слоя и его структурные характеристики представлены в таблице 3.5 и на рис. 3.11. Твердость и характеристики микроструктуры определялись на расстоянии 0,005 м от поверхности отливки.
Величина средней скорости по расчетным и экспериментальным данным составляет 10,52, 7,65 и 5,88 мм/мин соответственно толщине слоя теплоизоляционного покрытия 0,001, 0,002 и 0,0035 м.
Таблица 3.5 — Влияние скорости затвердевания на твердость и структуру металла
| № плавок | Толщина слоя покрытия, м | Средняя скорость затвердевания,мм/мин | Глубинаотбеленногослоя, м | Твердость, HSD | Характеристика микроструктуры |
| 1050 | 0,001 | 10,52 | 0,030 | 73,71,74 | В/бейнит, н/бейнит,троостит,цементит 47%,зерно мелкое |
| 1063 | 0,002 | 7,65 | 0,025 | 70,68,69 | В/бейнит, н/бейнит,троостит,цементит 40%,зерно мелкое |
| 1071 | 0,0035 | 5,88 | 0,012 | 64, 62,63 | В/бейнит, троостит, цементит 20%, зерно крупное |
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что с понижением скорости затвердевания падает твердость рабочего слоя, уменьшается глубина отбеленного слоя и ухудшаются характеристики микроструктуры металла.
С повышением средней скорости затвердевания металла рабочего слоя валка величина твердости, при толщине слоя в 0,002 м, принимает значения, удовлетворяющие техническим условиям (68...71 HSD).
При значениях средней скорости, соответствующей толщине слоя 0,001 м, твердость металла приближается к верхним значениям технических условий, а при толщине слоя 0,0035 м - к нижним, поэтому наиболее приемлемой в плане стабильного получения нужной твердости является толщина слоя 0,002 м.
При уменьшении скорости затвердевания структура металлической матрицы заметно грубеет. Включения цементита и перлита становятся крупнее. При этом общее количество цементита уменьшается: так, если при толщине покрытия 0,001 и 0,002 м, количество свободного цементита составляет 47 и 40% соответственно, то при толщине слоя покрытия 0,0035 м - 20%.
Для удовлетворения необходимой твердости и глубины отбеленного слоя рабочего слоя валка наиболее приемлемой является скорость затвердевания, соответствующая толщине слоя покрытия 0,002 м.
Выводы по 3 главе
1. Установлено, что течение жидкого металла во вращающейся форме имеет турбулентный характер, а параметры потока зависят от частоты вращения формы и линейной скорости нарастания толщины его слоя.
2. Показано, что на структуру отливки влияет продолжительность приобретения металлом частоты вращения равной частоте вращения формы.
3. Чем продолжительнее этот процесс, тем грубее микро- и макроструктура чугуна, тем больше вероятность образования дефектов на стыке металла рабочего слоя и сердцевины валка.
3. Показано, что для удержания в круговом вращении большого по толщине слоя жидкости требуются более высокие скорости вращения, а с увеличением гравитационного коэффициента до значений 100...110 на внутренней поверхности рабочего слоя толщиной 0,026...0,050 м продолжительность выравнивания угловых скоростей жидкости и формы минимизируется.
4. Установлено, что при боковой заливке жидкости выравнивание угловых скоростей потока с толщиной слоя 0,026...0,050 м и формы сокращается на 20...25% по сравнению с продольной заливкой.
5. Экспериментально и расчетным методом определена скорость затвердевания рабочего слоя мелющих валков из хромоникелевого чугуна в условиях теплоотвода через массивную изложницу, полностью аккумулирующую тепло отливки.
6. Показано влияние толщины теплоизоляционного покрытия на внутренней поверхности изложницы и скорости затвердевания металла на его твердость, глубину отбеленного слоя и структурные характеристики чугуна.
Глава IV. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК МЕЛЮЩИХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВАЛКОВ
4.1 Исследование и выбор параметров формы для отливки мелющих валков
Вращающаяся форма, в которой происходит заливка и распределение металла, его затвердевание и формирование основных свойств заготовки, является определяющим звеном технологического процесса получения двухслойных заготовок.
Форма состоит из изложницы с крышками и теплоизоляционного покрытия на ее внутренней поверхности и функционально связана с заливочным устройством, предопределяющим расходные и термовременные характеристики вводимого в нее расплава.
От состояния каждого из элементов формы, их теплофизических и геометрических характеристик зависит характер распределения металла, интенсивность его охлаждения и, в конечном счете, основные свойства изделия.
Поэтому выбору материала и геометрических размеров формы в работе придается первостепенное значение.
В отличие от применяемых для производства трубных заготовок тонкостенных изложниц с интенсивно охлаждаемой внешней поверхностью, при отливке валков широко используются толстостенные изложницы, соизмеримые по массе и размерам стенок с ее бочкой [21.. .25].
Как показано в главе 3 теплообмен между отливкой и массивной изложницей принципиально отличается от теплообмена при тонкостенной изложнице, играющей роль передатчика тепла от отливки в окружающую среду, а при массивной изложнице она играет роль аккумулятора выделяемого отливкой тепла.
Поэтому с учетом соизмеримости толщины стенки мелющих валков в пределах 0,09...0,11 м с толщиной стенки изложниц для последних она составляет 0,10...0,13 м.
Длина изложницы увеличивается по сравнению с длиной бочки валка на 20% в связи с необходимостью вырезки темплета толщиной ~ 0,015 м в поперечном сечении бочки для определения твердости и структуры металла, а также удаления дефектного металла со структурой торцевого эффекта.