Тепловые процессы формирования отливок, страница 12

Выбор материала литейной формы является эффективнейшим средством управления затвердеванием отливок. В этом отношении в литейных технологиях получили распространение два вида материалов литейных форм: неметаллические – преимущественно песчано-глинистые и металлические по преимуществу из стали и чугуна. В табл. 9 приведены сравнительные теплофизические свойства этих материалов, определяющие условия теплоотвода, а следовательно и скорости затвердевания и охлаждения отливок.

Таблица 9

Теплофизические свойства некоторых материалов литейных форм

Охлаждающая способность металлических форм, как видно из приведенной таблицы, многократно выше, чем неметаллических форм. Соответственно в металлических формах отливки с более высокими скоростями затвердевают и охлаждаются. Медь, как материал форм с наиболее высокой охлаждающей способностью применяется редко из-за высокой стоимости.

Для некоторого снижения охлаждающей способности металлических форм применяют кокильные огнеупорные краски и покрытия: на основе карбоната кальция (мел, мрамор) для алюминиевых сплавов, на основе графита – для чугуна и стали. Прибыльные надставки для металлических форм применяют из неметаллических малотеплопроводных материалов с целью обеспечения направленного затвердевания отливки к прибыли.

Неметаллические материалы форм имеют большие различия по теплофизическим свойствам. Самые распространенные сырые и сухие песчано-глинистые формы отличаются по своей охлаждающей способности. Теплопроводность и температуропроводность сырых песчаных форм несколько выше, чем сухих, что связано с движением влаги, испарением воды при температуре нагрева выше 100°С. Более высокой охлаждающей способностью характеризуются формы из магнезитового, хромомагнезитового и корундового песка, что используется в технологии литья. Гипсовые и песчано-гипсовые формы отличаются малой теплопроводностью и температуропроводностью, потому такие формы применяют для получения весьма тонкостенных отливок. Наименьшей теплопроводностью, следовательно, малой охлаждающей способностью обладают литейные формы из пористых огнеупорных материалов: пористый шамот, вспученный перлит и другие. Поэтому пористые огнеупорные материалы используют для оформления прибыльных надставок на отливках.

Температура нагрева форм перед заливкой является существенным фактором управления затвердеванием отливок. В соответствии с законом Ньютона тепловой поток от отливки к форме пропорционален разности температур:

, где Т_о – температура отливки; Т_ф – температура формы; a – коэффициент теплоотдачи от отливки к форме; F – площадь поверхности контакта отливки с формой; t – время теплового взаимодействия.

В соответствии с представленным выражением теплового потока повышение температуры формы уменьшает величину теплового потока, а значит и интенсивность охлаждения. В способе литья по выплавляемым моделям оболочковые формы заливают в подогретом до температур 300-800°С состоянии с целью обеспечения заполняемости тонкостенных отливок и качества их поверхности. Однако, в литейной технологии песчано-глинистые формы как сырые, так и сухие заливают обычно при температуре окружающей среды (~ 20°С).