ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК ЗА СЧЕТ ДИАГНОСТИКИ ПОДАТЛИВОСТИ СТЕРЖНЕВЫХ И ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ
Селихов Г.Ф., Блурцян Р.Ш., Залазинский М.Г.
(МИ ВлГУ, г. Муром Владимирская обл., РФ)
Different testing methods of moulding and core compound compliance are analysed and investigated.
Одним из самых распространенных видов дефектов в стальных отливках, применяемых в дорожном машиностроении, являются горячие трещины.
Вопросу образования горячих трещин в стальных отливках посвящено большое количество работ. И если влияние качества металла на появление горячих трещин изучалось во многих работах, то образование их по вине литейной формы или стержня изучено недостаточно.
Эти и другие факторы, влияющие на образование трещин связаны, в основном, с качеством формовочных и стержневых смесей.
В настоящее время существует значительное количество стандартных методов испытания формовочных материалов. Однако они касаются, в основном, контроля исходных материалов: песков, глин, крепителей, графита и т.п. и лишь в небольшой степени – формовочных и стержневых смесей.
Существующие методы определения податливости смесей используют или сложные установки [2], создающие приближенные условия силового воздействия отливки на испытуемый образец смеси, как технологические пробы с оценкой этих проб на трещинопоражаемость [1].
Методы другой группы также сложны, не точны и дают возможность оценивать податливость только тех смесей, которые вызывают трещинопоражаемость. Оценить же податливость смесей, по вине которых появляется коробление отливок, или определить знак внутренних напряжений (сжимающие или растягивающие) в отливках, эти методы не могут. Известны и другие методы контроля и оценки податливости смесей. Однако и они неоднозначны, сложны, неточны и практически не применяются на производстве.
Предложен и разработан более простой, точный и производительный способ оценки податливости смесей [3] путем определения деформации образца после разрезки по образующей технологической пробы, выполненной в виде кольцеобразной отливки (рисунок 1), внутренний диаметр которой при получении образца был выполнен стержнем из испытуемой смеси. Отливку высотой h и толщиной d, материал которой выбирают в зависимости от реальных требований производства, изготовляют в опоках.
Податливость формовочной или стержневой смеси определяется остаточными технологическими напряжениями, возникающими в отливках в процессе их кристаллизации. Напряжения оценивают по изменению DD диаметра кольцеобразной отливки до D и после D' разрезки кольца по образующей DD = D' - D; DD в конечном итоге является основным фактором в определении внутренних остаточных напряжений, удаляемых после разрезки образца.
 |
Рисунок 1 – Технологическая проба
Предложенный метод основан на следующем положении: если такую отливку разрезать по образующей, то вследствие обращения в нуль момента тангенциальных напряжений края разреза, в зависимости от знака напряжений, сближаются или расходятся. Связь между DD и моментом М внутренних остаточных тангенциальных напряжении, освобожденных при разрезке, следующая:
,
где Е - модуль упругости; d - толщина кольца; a - коэффициент, учитывающий невозможность искривления стенок кольца в осевой плоскости a = 1/ /(1-m2), m - постоянная Пуассона; D0 - диаметр средней окружности кольца. Формула (1) получена из выражения для потенциальной энергии кривого бруса.
Напряжения, удаляемые в исследуемом слое после разрезки кольца по образующей, вызванные М, вычисляются по известной формуле в работе [4], в которой только DD является переменной.
В кольцеобразной отливке существенно снижаются силы ее трения о стенки формы, и тем самым повышается точность измерений напряжений.
Предложенный способ оценки податливости смесей апробирован в лабораторных условиях. В качестве испытуемого образца смеси использован стандартный цилиндрический образец Æ50 мм высотой 50 мм. В качестве отливки использовано кольцо из сплава АЛ2 с наружным и внутренним диаметрами 60 и 50 мм, высотой 10 мм.
Кольцеобразные отливки изготовляли в опоках размерами 300х250х110 мм (с использованием песчано-глинистых смесей) ручным способом. Составы смесей, испытываемых на податливость, приведены в таблице 1. Расчет s сделан для поверхностного слоя кольцеообразной отливки. Образцы смеси изготовляли по стандартной методике на копре в металлическом патроне и устанавливали в форму сырыми. Температура заливаемого в форму сплава AК 12 составляла 720…750°С. Отливку из формы и образец из отливки выбивали осторожно вручную при полном остывании отливки до комнатной температуры.
Таблица 1
|
Состав смеси, % |
D |
D' |
DD, мкм |
s1, МПа |
|
|
Глина |
Песок |
мм |
|
|
|
|
5,0 7,5 10,0 |
95,0 92,5 90,0. |
59,38 59,17 59,20 |
59,34 59,22 59,35 |
-40 + 50 + 150 |
+ 12,3 - 15,4 -46.2 |
Кольцеобразные отливки имели чистую поверхность, не требующую последующей обработки для измерений DD с достаточной точностью; D и D' измеряли в специально размеченном сечении под углом 90° относительно сечения разрезки гладким микрометром в трех точках, симметрично расположенных по высоте кольца. За окончательный результат измерений выбирали среднее арифметическое значение. Кольца разрезали на станке фрезой толщиной 2 мм при обильном охлаждении на умеренных режимах резания.
Из приведенных данных следует, что между составом смеси (глиносодержанием) и изменением DD и s1 существует зависимость, близкая к линейной.
Предложенный способ оценки податливости опробован в условиях сталелитейного цеха Муромского машиностроительного завода. В качестве технологической пробы использовано кольцо из стали 32Х06Л с наружным и внутренним диаметрами 70 и 50 мм, высотой 15 мм. Перед разрезкой кольцеобразные отливки обтачивали на токарном станке по наружному диаметру с обеспечением толщины кольца d= 2,5...3,0 мм, что позволило повысить чувствительность кольца на реакцию проявления остаточных напряжений после его разрезки и обеспечивало необходимую точность измерений AD. Стандартные образцы (h = 50 мм, Æ 50 мм) из смесей сушили при 230°С в течение 55 мин. Свойства смесей приведены в таблице 2.
Таблица 2
|
№ п/п |
Газопроницаемость, ед. |
Влажность, % |
Прочность, кПа |
|
|
сырая |
сухая |
|||
|
1 2 3 |
167 102 193 |
4,5 3,2 3,3 |
18 13 21 |
200...300 1000...1100 560...620 |
Составы смесей, испытуемых на податливость, и результаты испытаний зависимости DD и s1 от состава смесей приведены в таблице 3.
Предложенный способ дает однозначную оценку податливости смесей, позволяя количественно оценить склонность к короблению пробы при варьировании составов сплавов и смесей.
Таблица 3
|
№ п/п |
Состав смеси, % |
DD, мкм |
s1, МПа |
||||||
|
Песок 1К0315Б |
Молотая глина ПОСБ |
Асбест хризопиловый № 6 |
Крепитель АКБЖ |
Крепитель УСК-1 |
Древесные опилки |
Вода |
|||
|
1 |
92...89 |
8...11 |
- |
5 |
- |
9...18 |
2,5 |
-40 |
100,47 |
|
2 |
92...94 |
- |
8...6 |
6 |
6 |
- |
2,5... 3,3 |
+21 |
-48,51 |
|
3 |
92...94 |
- |
8...6 |
6 |
2 |
- |
3,2...3,7 |
+0,2 |
-4,70 |
При использовании электромагнитного метода, оценка внутренних напряжений в кольцеобразной отливке (рис. 1) основана на эффекте Баркгаузена и очень чувствительна к изменению напряженного состояния этой технологической пробы из ферромагнетика [5].
Эксперименты по определению податливости [6] формовочных и стержневых смесей по величине остаточных напряжений, возникающих в кольцеобразной литой пробе, показывают возможность достаточно просто, точно и однозначно характеризовать и оценивать поведение смеси в условиях затрудненной усадки сплава и тем самым определить оптимальный состав смеси, исключающий образование горячих трещин в отливках.
Литература
1.Валисовский И. В., Медведев Я. И. Технологические испытания формовочных материалов. - М.: Машиностроение, 1973. - С. 6, 258.
2. А. с. 530224, СССР, МКИ G 01 N 3/18. Прибор для определения податливости стержневых и формовочных смесей / Селихов Г. Ф., Копьев Э. М., Сидоренко С. М., Сидоров В. А. Открытия. Изобрет. - 1976. - № 36.
3.А. с. 1404883, СССР, А 1 G 01 N 3/18. Способ определения податливости смесей / Селихов Г. Ф., Блурцян Р. Ш., Залазинский М. Г. // Открытия. Изобрет. - 1988. - № 23.
4.Бабичев М. А. Методы определения внутренних остаточных напряжений. -М., АН СССР.- 1955.
5.А. с. 1605171, СССР, А 1. Способ оценки податливости стержневых и формовочных смесей / Селихов Г. Ф., Блурцян Р. Ш., Залазинский М. Г. // Открытия. Изобрет. - 1990. - № 41.
6.Селихов Г. Ф., Блурцян Р. Ш., Залазинский М. Г. Технологические испытания формовочных материалов на податливость //Литейное производство – 1990. - № 9.