2.5.3 Разливка стали в литейные формы

При разливке стали в литейные формы необходимо выдерживать требуемые температурный режим и временной параметр процесса.

Температура заливки должна быть достаточна для безусловного заполнение металлом всех полостей формы. Учитывая дополнительное остывание стали в литейной форме в процессе её заполнения, заливаемый расплав должен иметь некоторый перегрев

Т_ЗАЛ = Т_Л + ΔТ _ПЕР , (2.5.4)

где Т _Л – температура ликвидус, ºС;

ΔТ _ПЕР – перегрев металла над температурой ликвидус, ºС.

Температуру ликвидус можно определить из условия аддитивного влияния на нее компонентов стали:

Т _Л = T_ПЛ.Fe - ∑ (ΔТ_ПЛ.J ∙ %Э _J) = 1539 - ∑ (ΔТ_ПЛ.J ∙ %Э_J), (2.5.5)

где T_ПЛ.Fe – температура плавдления железа, ºС;

ΔТ_ПЛ.J - снижение температуры плавления железа при введении в него 1 % элемента Э_J, ºС;

%Э_J – содержание элемента Э_J в стали, %.

Значения ΔТ_ПЛ.J приведены в табл. 2.5.3, а температуры плавления промышленных сталей Т _Л - в табл. 2.5.4.

Таблица 2.5.3 Снижение температуры плавления железа при введении в него 1 % элемента

ЭJ	C	Si	Mn, Al	S	P	Ni	Cr, W	Mo, V, Co	Ti	B
ΔТПЛ.J, ºС / %	73-93	12	3	32	28	4	1	2	18	90

Таблица 2.5.4 Температуры плавления промышленных сталей Т _Л

Марка стали	Т Л, ºС
15Л, 20Л, 20ГЛ, 20ХМЛ, 20Г1ФЛ, 25Л, 35Л, 27ГЛ	1510 - 1525
35ГЛ, 30ГСЛ, 35ХГСЛ, 20Х13Л, 15Х13Л	1490 - 1510
40Л, 45Л, 40ХЛ, 45ФЛ, 15Х25ТЛ	1475 - 1490
50Л, 55Л	1465 - 1475
12Х18Н9ТЛ	1445 - 1460
45Х17Г13Н3ЮЛ	1390 - 1410
55Х18Г14С2ТЛ	1400 - 1420
1110Г13Л	1380 - 1390

Величина перегрева стали ΔТ_ПЕР зависит от толщины стенки и конфигурации (сложности конструкции) отливки, а также типа формы (сырая или сухая песчаная, металлическая, или керамическая, холодная, подогретая или горячая), конструкции литниковой системы и др. технологических параметров. Поэтому значение ΔТ_ПЕР может колебаться в широких пределах – от 30 до 200 ºС. Для толстостенных отливок достаточно ΔТ_ПЕР = 30 – 50 ºС, а для отливок средней и малой толщины требуется перегрев в 50 – 70 и 70 – 100 ºС соответственно. При литье склонных к пленообразованию высоколегированных сталей, содержащих Cr, Ti и Al, расплав перегревают до 100-200 ºС.

Продолжительность разливки жидкой стали t_РАЗЛ определяется допустимым температурным интервалом заливки форм ΔТ_ДОП и скоростью педения температуры стали при выдержке в ковше V_T,ВЫД и связаны эти параметры с количеством заливаемых форм следующим соотношением:

t _РАЗЛ = ΔТ_ДОП / V_T,ВЫД = κ ∙ n_Ф ∙ t _Ф,i , (2.5.6)

где κ – коэффициент запаса, принимаемый равным 1,03-1,05;

n_Ф – число заливаемых форм, шт.;

t _Ф,i – продолжительность заполнения одной литейной формы, мин.

Из (2.5.6) следует, что литейных форм, заливаемых из одного ковша равна:

n_Ф = t _РАЗЛ / (κ ∙ t _Ф,i ) = ΔТ_ДОП / (V_T,ВЫД ∙ κ ∙ t _Ф,i ). (2.5.7)

Соответственно требуемая вместимость ковша М_К составляет:

М_К = n_Ф ∙ М_{Ф, i} = (М_{Ф, i} ∙ ΔТ_ДОП) / (V_T,ВЫД ∙ κ ∙ t _Ф,i ), (2.5.8)

где М_{Ф, i} – металлоёмкость одной литейной формы, кг.

Продолжительность заполнения литейной формы должна быть оптимальной, то есть минимально необходимой для полного, но спокойного заполнения полости литейной формы. Её значение можно рассчитать по известной формуле Г.М.Дубицкого:

t _Ф,i = t _ОПТ= S  , (2.5.9)

где S – эмпирический безразмерный коэффициент, звисящий от толщины стенки, массы и сложности отливки (Таблица 2.5.5);

G_o – масса отдельных отливок, кг;

- толщина стенки отливки, мм.

Таблица 2.5.5 Значения коэффициента расхода S при литье углеродистых сталей ^*

Масса отливки, кг	Толщина стенки отливки, мм
	До 15	15-30	30-50	50-100	Свыше 100
До 500 501 – 1000 1001 – 5000 5001 - 15000	1,00 – 1,35 1,05 – 1,40 1,15 – 1,60 1,25 – 1,75	0,90 – 1,20 1,00 – 1,30 1,05 – 1,45 1,10 – 1.60	0,80 – 1,10 0,90 – 1.20 0,95 – 1,30 1,00 – 1,45	0,75 – 1,05 0,80 – 1,15 0,85 – 1,25 0,90 – 1,35	- 0,75 – 1,10 0,80 – 1,20 0,85 – 1,25

* Меньшие значения S при прочих равных условиях принимают при изготовлении в сырых формах ответственных отливок, горизонтальном положении их в форме, наличии горизонтальных механически обрабатываемых верхних поверхностей, а также тонкостенного литья и отливок типа зубчатых колес. Средние значения S принимают при преимущественно вертикальном или нижнем размещении в тех же формах ответственных и механически обрабатываемых поверхностей. При изготовлении отливок в сухих формах принимаемые значения S возрастают на один уровень. Так, вместо меньших значений принимают средние значения, а вместо средних - наибольшие.

^*При литье легированных сталей табличные значения S уменьшают на величину коэффициента :

Марка стали

Сталь 110Г13Л 0,8

Сталь 20Х13Л 0,6

Сталь 10Х18Н9Л 0,55

Сталь 30Х24Н12СЛ 0,50

Стали с 1,8-2,5 % (Cr + Mo + W) 0,8 – 0,9

Стали с 2 – 5 % Al 0,4 – 0,6