Расчет стойкости стальных отливок

против образования горячих трещин

Исследование трещиноустойчивости различных марок сталей подтверждает, что при равномерном охлаждении отливок не образуется горячих трещин даже в условиях почти полного торможения усадки. Производственный опыт также свидетельствует об образовании трещин, как правило, только в замедленно охлаждающихся областях отливок. Экспериментальное изучение влияния степени неравномерности охлаждения отливок на образование горячих трещин позволило получить зависимость трещиноустойчивости от теплового фактора (рис. 6.36). Неравномерность охлаждения при этом создавали путем предварительного локального разогрева стенок формы, а в качестве количественной оценки теплового фактора был принят относительный перепад времени затвердевания рассматриваемых сопряженных зон стенки отливки-образца (τ ₂ — τ ₁ ) τ ₁, где τ ₁ и τ ₂ - время затвердевания «тонкой» и замедленно охлаждающейся, или «толстой» частей отливки-образца соответственно.

С увеличением не равномерности охлаждения трещиноустойчивость Р понижается.

Данные по трещиноустойчивости различных марок сталей дают возможность обоснованно выбирать по этому показателю наиболее технологичные из них. Вместе с тем выбор такой стали еще не дает гарантии получения из нее отливок без горячих трещин. Вполне возможно, что из менее технологичной стали получается отливка без горячих трещин, а из более технологичной стали, наоборот, — с трещинами. В последнем случае решающую роль может сыграть резкая неравномерность охлаждения, приводящая к значительной местной концентрации деформаций в замедленно охлаждающейся части отливки.

При выборе стали для конкретной отливки остается справедливым подход, когда для отливки с ожидаемой резко выраженной неравномерностью охлаждения необходимо использовать сталь с наиболее высокой трещиноустойчивостью и принять соответствующие технологические меры для выравнивания охлаждения. Особенности конструкции отливки, как было показано, могут иметь решающее значение в появлении в ней горячих трещин.

Для оценки стойкости против образования горячих трещин реальных отливок трещиноустойчивость стали, определенная по экспериментальным отливкам-образцам, должна быть пересчитана для условий охлаждения данной отливки на основе зависимостей, представленных на рис. 6.36.

Графические зависимости, приведенные на этом рисунке, могут быть выражены в виде общего линейного уравнения

где Р - трещиноустойчивость отливки, МПа; k - коэффициент, постоянный для данной марки стали, характеризующий интенсивность изменения Р в зависимости от изменения теплового фактора, МПа; А — постоянная величина, МПа: по физическому смыслу она является прочностью стали при растяжении в изотермических условиях, определенной при температуре, соответствующей моменту возникновения горячей трещины в условиях, когда τ ₂ = τ ₁ (при этом А = Р); τ ₂ τ ₁время затвердевания соответственно замедленно охлаждающейся, или массивной части и сопряженной с ней остальной части отливки, ч.

При трещиноустойчивости реальной отливки необходимо учесть масштабный фактор, так как локализация деформации будет проявляться в тем большей степени, чем больше линейный размер стенки отливки, определяющий общую усадочную деформацию.

С учетом масштабного фактора трещиноустойчивость стали для данной отливки определяется выражением

где 0, 9 - поправочный коэффициент; l_отл, l_обр — длина соответственно отливки и экспериментального образца, на котором определяется трещиноустойчивость стали; m_отл, m_обр — протяженность зоны локализации упруго-пластических деформаций соответственно отливки (рис. 6.37) и образца.

Из выражения (6.28) следует, что в отливке не будут образовываться горячие трещины при выполнении условия:

где Р_ст — удельные усилия, возникающие в стенке отливки в критическом интервале температур образования горячих трещин вследствие торможения усадки, МПа.

При определении значений величин А и k путем испытания специальных образцов неизменных размеров при постоянных условиях заливки отношение l_обр/m_обр = 4...5.

Величина Р_ст определяется по соотношению:

где σ _усл — удельное сопротивление формы усадке отливки в период прохождения ею интервала температур образования горячих трещин, МПа;

F_упор — площадь стенки отливки, препятствующей усадке, см². F_ст — площадь поперечного сечения стенки отливки, претерпевающей усадку, см².

Сопротивление формы усадке при увеличении длины отливки возрастает по линейному закону и может быть подсчитано по следующему экспериментальному соотношению:

При заливке мелких и средних по массе отливок с толщиной стенок до 70 мм жидкостекольные смеси имеют σ _усл = 0, 05 МПа, сырые и сухие песчано-глинистые смеси соответственно 0, 065 и 0, 08 МПа.

Численные значения величин А и k определяются при испытании специальных образцов. В табл. 6.6 приведены их значения для некоторых марок сталей.

Условие (6.29) может быть выражено с помощью соотношения при веденных толщин, если время τ ₁ или τ ₂ заменить соотношением , где k_з - коэффициент затвердевания.

Трещина не образуется при условии:

где R_2кр - критическая приведенная толщина массивной части отливки при данной приведенной толщине тонкой части R₁, выше значения которой в отливке будут образовываться горячие трещины.

Выражения (6.29) и (6.32) позволяют анализировать технологические особенности конструкции отливок для устранения опасности образования горячих трещин. Так, для повышения технологичности необходимо уменьшить различие в толщинах стенок, определяющее величину (τ ₂ — τ ₁), увеличить протяженность зоны локализации деформации m_отл, путем конструктивных изменений уменьшить усилие Р_ст и т.д.

Эффективность различных вариантов конструктивных изменений может быть проверена расчетом по соотношению (6.29) на ЭВМ. Путем пересмотра всех вариантов выбирают наиболее приемлемый.

⇐ Предыдущая 20 21 22 23 242526 27 28 29 Следующая ⇒