Способ испытания на термостойкость литейных керамических форм

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Ресаублкк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii909624 (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 07.07.80 (21) 295 1977/22-02 с присоединением заявки РЙ (23 } Приорнтет

Опубликовано 28.02.82. Бюллетень р1е 8

Дата опубли кованив описания 2 8. 02. 82 (5I)M. Кл.

C 01 < 3/1

В 22 С 1/00

Ркударствахный квилтет вв делан взевретеяяй в вткрнтв» (53)УДК620 17 .171.32:621. .74.045 (088.8) lO. П. Васин, В. М. Александров, Б. А. Кулаков

A. H. Логиновский и В. А. Лонзингер (72) Авторы изобретения

1 - : .

Б, ., Челябинский политехнический институт нм. Ленинс кйетцМсомола l

/ (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ТЕРМОСТОЙКОСТЬ

ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ

Изобретение относится к литейному производству и может найти применение при изготовлении отливок методами точного литья, например по выплавляемым моделям.

Термос тойкость литейных керамичесэ ких форм является одним из важных показателей, характеризующих их способность не снижать прочности и не разрушаться при заливке металлом под действием тер то мического удара. Однако в литейном производстве отсутствует способ определения гермостойкос ги литейных форм, адекватно отражающий реальные условия при,их прокалке,охлаждении и заливке металлом.

В связи с отсутствием такого мегода загрудняегся выявление причин брака огливок по прорывам форм и разработка новых технологических процессов повышения их гермостойкосги.

Известен метод определения гермостойкости керамических форм, изготовленных из суспензии, которую оценивают по прочности на статический изгиб образцов после их прокалки, охлаждения на вощухе и нагрева до 1273 К (1 ).

Известный способ позволяет определить прочность образцов на изгиб прн

1273 К, ослабленных возникшими при резком охлаждении на воздухе трещинами, и не характеризует способность литейной керамической формы противостоять термическим разрушающим напряжениям.

Для проверки термостойкости керамических трубок их резко вводят в печь с температурой 1070 К и после медленного охлаждения с печью проверяют их це лостность. Данный способ е позволяет количественно и быстро определить термостойкость керамических форм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения термостойкости, который заключается в нагреве изнутри (радиально) цилиндрических полых образцов, изготовленных из материалов, идентичных материалу керамических форм, электрическим

9624. 4

25 ния перепада температур между металлом и формой и времени заливки.

На чертеже представлена схема установки образцов в зажимы испытатель30 ного устройства.

Полые цилиндрические образцы 1, изготовленные по существующей технологии производства форм по вьшлавляемым мсьделям, предварительно прокаливают s те35 чение 2 ч при 973-1373 К, затем охладив на воздухе до 293-1073 К, помешают в специальные зажимы 2 и 3 испытательного устройства таким образом, чтобы угольные электроды 4 находились . в центре полых цилиндров. В экспериментах используют полые цилиндрические о разцы длиной 100 мм с наружным и внутренним диаметрами соответственно

40-50 и 25 мм. Угольные электроды (киноугли) 4 применяют марок 7-60 и

8-60 ГОСТ 8338-75. Мощность, выделяемую в цепи электродов, определяют по показаниям вольтметра 5 и амперметра 6, температурный перепад между внутренней и наружной поверхностями образца измеряют термопарами 7 и 8 потен:;. циометром ЭПР-09МЗ 9. Электросекун5S

3. 90 нагревателем. Нагрев при этом осушесчсвляется ступенчато. Для точного определения разрушающего температурного пэ репада образцы снаружи нагревают элект рической спиралью, а в процессе эксперимента проводят серию испытаний при различных величинах стационарного теплового потока при практически1 нулевой скорости термического нагруиения. Метод йредусматривает определение мощности, выделяемой нагревателем (2).

Однако известный метод определения термостойкости керамических материалов не применяется для оценки этой характеристики литейных керамических форм по вьшлавляемым моделям, так как метод не позволяет смоделировать теплофизические условная в литейной форме в момент заливки ее,металлом, а именно термический удар, характеризуемый скоростью термического нагружения порядка 50I

500 К/с; не учитывает механическое нагружение формы от залитого металла,, отличается ограниченностью темлературного интервала испытания образцов, обу»» словленной стойкостью материалов нагревателей. Кроме того, за критерий термостойкости в известном методе принят разрушающий температурный перепад при постоянном тепловом потоке, разрушением же считается появление трещины, что не всегда приводит к разрушению дитейной формы.

Таким образом, ни один из указанных способов не позволяет смоделировать теплофизические условия, возникаюп1ие в литейной форме при ее прокалке, охлаждении на воздухе и заливке металлом, и,не дает возможность быстро и количественно оценить термическую стойкость питейной. формы с учетом ее азико-механических свойств, конфигурации и режима термического нагружения.

Иель изобретения — определение термостойкости литейных форм при ускоренном и точном воспроизведении реальных условий залитых форм металлом.

Указанная цель достигается тем, что в способе испытания на термостойкость литейных керамических форм, получаемых по выплавляемым моделям, включающем радиальный нагрев пустотелых цилиндрических образцов, изготовленных иэ материалов, идентичных материалу керамических форм, с регистрацией измерительным прибором разрушающего температурного перепада между их внутренней и наружной поверхностями и мощности теплового потока, образцы нагревают до 973-1373 К, охлаждают as воздухе до 283-1073 К и подвергают в предварительно механическом напряженном состоянии термическому на1 ружению со скоростью 50-500

Термическое напряженное состояние создают электрической дугой.

Указанные пределы нагрева, охлахсдения и термического нагружения обьясняются тем, что существуют следующие наиболее распространенные технологическне процессы производства литья по выплавляемым моделям. Один иэ данных процессов предусматривает прокалку оболочек при 973-1373 К охлаждение перед заливкой до 873-973 К и заливку их металлом с температурой порядка

1700-2000 К. Другой технологический процесс включает в себя прокалку форм до указанных пределов, охлаждение их до комнатной температуры (293 К) и заливку металлом. Скорость термического на гружения форм при заливке металлом для обоих процессов находится в пределах 50500 К/с. Скорость термического нагружения определяют как частное от деледомером 10 с точностью до 0,01 с фиксируют время от мсмента зажигания электрической дуги до разрушения образцов.

С целью определения времени разрушения образцов от совместного воздействия механических и термических напряжений их закрепляют торцами в непод1700

2,50

293

973

Кварцевые

3,20 2,25;

1300

773

973

1173

1650

293

3,40

1173

773

1300;

3,50

2,20

1073

117Э

1700

1373

293

Э,66

1 300

773

1373

980

3,70

1073

1373

10,55

18,43

1000

293

973

700

773

973

1000

8,74

293

1 173

14,24

22,48

700

773

1173

540

1073

1173

1373

7,88

1100

293

1373

16,39

24,62

820

773

510

1073

137Э

5 9096 вижный 3 н подвижный 2 зажимы таким обрвэоМ, чтобы при появлении трещины, локализованной в концентраторе 11 напряжений, происходил разрыв образцов, предварительно нагруженных через подвижный зажим 2 и груз 12. 3а критерий термостойкости при этом принимают время разрушения предварительно нагруженного образца в секундах.

Результаты термостойкости С образ- i0 цов в зависимости от материалов формы и режима термического нагружения приведены в таблице.

Квк следует из данных таблицы, беэопорная заливка кварцевых форм, прокаленных при 973-1373 К и оклвжденньк до температуры ниже 973 К, приводит к разрыву форм расплавленным металлом, а формы, изготовленные иэ высокоглиноземш:.того шамота, выдерживают безопор- рв, ную заливку беэ разрушений, Реализация способа испытания на тер- . . мостойкость керамических форм позволяет смоделировать реальные теплофизичес кие условия в литейных формах на стадиях

24 d их прокалки, склвждення 1 заливки металлом, причем термический удар от залив емого металла имитируют с помопию электрической дуги со скоростью терми1 ческого нагружения 50-500 К/с, преду смотреть создание в образцах напряженного состояния под всюдействием механической нагрузки и термического расширения материала формы, а также принять эа. критерий термостойкости не по

swtease трешины в условиях стационарн го теплового потока, а время разруше ния образца от комплексного воздействия механического и термического нвгружения в условиях термоудара от заливаемого металла, оперативно определять термостойкость литейных керамических форм.

Использование предлагаемого способа позволяет разработать технологические процессы изготовления термостойких форм, а применение его для систематического контроля в действующем производстве дает возможность уменьшить брак отливок по разрывам форм.

7 909824 8

Ф орму па изо бр ет ения духедо 283-1073 К иподвергаютв предварительно механическом напряжен-

1. Способ испытания на термостой- ном состоянии термическому нагружению литейных керамических форм, полу- со скоростью 50-500 К/с. емых по выплавляемым моделям, випс g 2. Способ по и. 1, о т л и ч à y) юший радиальный нагрев пустотелых ш и и с я тем, что создают термическое линдрических образцов, изготовленных напряженное состояние электрической з мате иалов ентичных мате и ке- дугой. кос Гь ча ча ци ид алу рамических форм, с регистрацией измерительным прибором разрушаюшего темпе 1о ратурного перепада между их внутренней и наружной поверхностями и мошности теплового потока, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью ускоренного и точного воспроизведения реальных условий залитых форм металлом, образпы нагревают до 973-1373 К, охлаждают на возИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

_#_o 621441, кл. В 22 С 1/00, 1977.

2. Гогопи Г. А., Третьяченко Г. Н.

Сб. Термопрочность материалов и конструкционных элементов. Киев, Наукова аумка, 1955, с. 239-243.

Составитель Г. Зарецкая

Редактор С. Крупенина Техред М. Гергель Корректор М. Демчик

Заказ 886/69 Тираж 883 Подп испо °

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений: и открытий

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., д. I!5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Про< ктпа:, !