Причины и виды разрушения кокилей

Стойкость кокиля зависит от его материала, заливаемого расплава и массы получаемой отливки, а также от конструкции литниковой системы и условий эксплуатации (подогрева и охлаждения термоизоляционного покрытия и продолжительности выдержки).

На стойкость кокиля влияет и его конструкция, например, чем проще конструкция, равномернее толщина стенок и меньше число толкателей, тем больше стойкость кокиля. Кокиль, в котором сопрягаемые стенки и другие элементы имеют между собой плавные переходы, обладает повышенной стойкостью. Если литниковая система размещена в стенках кокиля, то она оказывает влияние на его стойкость, особенно при литье чугуна и стали.

Наиболее интенсивно разрушается та часть рабочей поверхности кокиля, о которую ударяется струя расплава. Поэтому в кокиле для получения отливок из стали и чугуна литниковую систему выполняют так, чтобы заливаемый расплав не ударял перпендикулярно в стенку или металлический стержень. В тех случаях, когда не удается изменить направление струи расплава, место наиболее-интенсивного воздействия его на кокиль покрывают утолщенным слоем теплоизоляции, иногда специальной наплавкой из жаропрочной стали.

Части кокиля, которые быстро изнашиваются, выполняют также в виде вкладышей из более жаропрочного материала. Вкладыши по мере их выхода из строя заменяют новыми. В отдельных случаях рабочую поверхность кокиля в месте интенсивного воздействия расплава защищают вставками из песчаных стержней.

Для повышения стойкости кокиля необходимо стремиться подводить расплав спокойно с минимальным динамическим напором. Ламинарное (упорядоченное) течение расплава в полости кокиля не только увеличивает «его стойкость, но и является необходимым условием получения отливок без газовых раковин и пор.

Учитывая, что высокотемпературные расплавы быстро разрушают кокиль по каналам литниковой системы, то при литье стали и чугуна применяют в основном литниковые системы с верхним подводом расплава или размещают их внутри песчаного стержня. Для заливки расплава с относительно небольшой температурой плавления (медные, магниевые, цинковые, алюминиевые и свинцовые сплавы) используют любые литниковые системы.

Разгар, различные по ширине и глубине трещины, коробление и другие разрушения кокиля обусловлены термоциклическим воздействием расплава и охлаждающейся отливки. При таком воздействии, например, в материале чугунного кокиля происходят сложные и взаимно связанные процессы: окисление, структурные изменения, дальнейшая графитизация и др. В процессе теплосмен происходит рост размеров графитовых пластин в сером чугуне, что, в свою очередь, приводит к увеличению размеров («росту») кокиля. Процесс «роста» в сочетании с постоянно меняющимися по величине термическими напряжениями приводит к короблению чугунного кокиля.

Стальной кокиль подвергается короблению интенсивнее, чем чугунный. Это объясняется тем, что в материале кокиля при литье возникают более высокие по величине напряжения.

Сетка разгара на рабочей поверхности чугунного кокиля появляется в виде густо расположенных и различно ориентированных трещин. При небольших термических напряжениях трещины (поверхностные) распространяются по включениям графита на малую глубину, при значительных термических напряжениях возникают более глубокие трещины (трещины II и III рода).

Механические повреждения появляются в результате затрудненного (с перекосом) удаления отливки, а также в случае приваривания расплава к стенкам кокиля.