Как определить оптимальную температуру заливки стали 110Г13Л в песчаную форму

Определение температуры заливки стали 110Г13Л

Слушай сюда, мужики. Пока вы там с термопарами возитесь, как балерины, я вам расскажу, как это делается по-настоящему. 110Г13Л — это не какая-нибудь мокрая 20Х13, это высокомарганцовистая сталь, аустенитная зараза. Её перегреть или недогреть — считай, брак получил. Кто не знает: 110Г13Л — это Гадфильд, который самозакаливается в работе, но в литье он капризный, как баба на девятом месяце.

Почему это вообще критично? Если зальёшь холодную — получишь сварные швы от усадочных раковин, да ещё и плёнки настынут, что мама не горюй. Если перегреешь — зерно попрёт такое, что потом при термообработке трещинами пойдёт, и на износ эта деталь будет работать хуже совкового трактора. Ты ж ишачишь в цеху, а не в лаборатории сопли жуёшь, так что запоминай алгоритм раз и навсегда.

Мы будем бить температуру не по книжкам, а по факту, через три параметра: химия (углерод, марганец, кремний), толщина стенки твоей отливки и разливка на глаз (если термопара врёт, а она врёт часто). Я тебе дам жёсткие цифры, от которых плясать будем.

Подготовка. Что должно быть под рукой

• Термопара погружения (вольфрам-рениевая или хромель-алюмелевая, проверенная, с защитным чехлом). НИКАКИХ пирометров, если только не хочешь поймать 50 градусов погрешности от запылённости глазка.
• Пробница для отбора металла (сухая, прогретая до 200°С, чтобы не пшикнуло жидким металлом тебе в лицо).
• Химический экспресс-анализ (стилоскоп или Q4, но если нет — бери копию паспорта плавки, ибо химия — база).
• Секундомер в телефоне (не для тиктока, а для замеров времени разливки).
• Чистая изложница для пробы (так называемый «котёл» или «шашка» для определения жидкотекучести).
• Таблица (распечатанная и заламинированная, а не на коленке карандашом) с расчётной ликвидус-температурой.

Шаг 1. Считаем ликвидус по химии. Это жёсткая математика

Не лезь в печь, пока не посчитаешь базовую температуру, при которой сталь начинает кристаллизоваться. Для 110Г13Л мы берём эмпирическую формулу от института литья, проверенную на километрах брака: TL (°C) = 1536 — (25 × %C) — (5 × %Si) — (2 × %Mn) — (30 × %P). Точка плавления чистого железа (1536°С) — это база. Углерод — самый сильный могильщик температуры, марганец и кремний — второстепенные.

Пример из жизни: вчера пришла плавка с химией: C=1.1%, Si=0.5%, Mn=13.5%, P=0.03%. Считаем: 1536 — (25*1.1) — (5*0.5) — (2*13.5) — (30*0.03) = 1536 — 27.5 — 2.5 — 27 — 0.9 = 1478°С. Запомни эту цифру. Если ты зальёшь при 1480°С — считай, полужидкое леешь, получишь холодные спаи и недоливы.

Никогда не пропускай фосфор. Он гад, даже 0.05% скидывает ликвидус на 1.5 градуса и жутко расширяет интервал кристаллизации. Если фосфора много — заливать надо выше, чтобы «протолкнуть» металл в тонкие сечения, иначе получишь горячие трещины по границам зёрен.

Шаг 2. Определяем «вилку» температуры заливки: ликвидус + перегрев

Теперь берём нашу базовую TL (1478°С) и прибавляем перегрев. Для 110Г13Л перегрев — это не мамина лапша, а строгий диапазон: от +60 до +100°С над ликвидусом. Ниже 60 — шлак не всплывёт, газ не выйдет (сталь закипит в форме), выше 100 — получишь крупное дендритное зерно и усадку, как в дуршлаге.

НО! Это базовая вилка. Дальше смотрим на толщину стенки. Есть у нас тяжёлое коронное колесо с толщиной 80-100 мм? Значит, перегрев должен быть ниже — 60-70°С над TL (т.е. 1478+70 = 1548°С). Иначе, пока зальёшь толстую махину, в тонких рёбрах металл уже начнёт «схватываться» — получишь разностенность и ликвацию.

Если отливка — барабан дробилки с тонкими стенками 10-15 мм? Тогда гоним перегрев под 90-100°С (до 1578°С). И чем быстрее льёшь — тем лучше. Тонкие стенки остывают мгновенно, нужно, чтобы жидкая сталь успела заполнить весь объём, пока не превратилась в пластилин.

Шаг 3. Термопара: верификация и ручной контроль

Опускай термопару в центр ковша на глубину 200-300 мм, не ближе к краю, где шлак сидит. Жди стабилизации 10-15 секунд. Если показания прыгают больше 5°С — меняй защитный чехол, он прогорел или налип. Снимай показание, когда цифра перестала моргать. Записал: 1532°С, например.

Теперь делаем «ручной довесок»: берём пробу в изложницу. Льёшь металл в сухую холодную пробницу (или песчаную форму). Смотришь на поверхность: если плёнка на глазах уходит, а металл стоит ровным зеркалом — перегрев нормальный. Если на поверхности быстро появляется «морщина» и окисная плёнка «съёживается» — температура низкая, надо добавить 10-15°С.

Бывает, термопара врет в минус 20-30 градусов из-за холодных концов. Проверь себя: окуни её в жидкую сталь, если на конце через 2 секунды появилась капля металла — всё ок. Если капля прилипла комом и не скатывается — либо холодная, либо термопара накрылась.

Шаг 4. Время «от выдачи до заливки» — критический параметр

В цеху часто тупят: взяли температуру, она нормальная (1550°С), а пока кран тащит ковш до формы 10 минут — сталь остыла на 50 градусов. Для 110Г13Л скорость остывания в ковше ~4-6°С в минуту (зависит от футеровки и крышки). Так что через 10 минут твои 1550°С превратятся в 1490-1500°С — и это уже мёртвая зона.

Засекай время от момента замера в печи до первого удара струи в литниковую чашу. Если больше 12 минут — смело добавляй к расчётному перегреву +15°С. Если ковш без крышки — плюсуй ещё 10°С. Литьё «замороженным» ковшом — это развод на брак, не допускай.

Лично я всегда ставлю таймер на 8 минут. Если за 8 минут не разлил — грею ковш плазмой или ТВЧ-дугой, либо сливаю обратно в печь. Лучше перегреть и дать постоять, чем недогреть и получить шлаковые включения.

Шаг 5. Контроль жидкотекучести на «спирали» или «прутке»

Перед тем как лить всю серию, делай пробную заливку в эталонную спираль. Для 110Г13Л длина спирали (диаметр 6-8 мм) должна быть не менее 300-350 мм. Если получилось 200 мм — струя «рваная», металл густой, значит, температура низкая или марганец сожрал жидкотекучесть. Грей на 30°С и пробуй повторно.

Если спираль выбежала на 600 мм и больше — перегрев дичайший, будет крупное зерно и усадочная пористость в массивных узлах. Охлаждай ковш «свечкой» (чистым аргоном продувай донную пробку), чтобы сбросить температуру без лишнего окисления. Только не дуй воздухом — углерод выгорит.

Запомни: сталь в спирали должна «весело бежать», а не «ползти». Если при застывании на поверхности появляются пузыри — ты вскипятил металл, перегрев +100 точно. Дуй аргоном и снижай скорость заливки на 20%.

Шаг 6. Финальная корректировка перед заливкой

Ты замерил: 1540°С. TL была 1478°С, разница 62°С. Хорошо для толстой стенки. Но если форма сложная, с тонкими перьями и острыми углами — делаем поправку: +5°С за каждые 10 мм уменьшения толщины стенки от расчётной. Если стенка 10 мм, а расчёт был на 40 мм — плюсуй 15°С.

Смотри на цвет металла в ковше: ярко-жёлтый, почти белый — перегрев. Тёмно-оранжевый — ледяная. Нормальная 110Г13Л (для тонких стенок) — цвет лимонно-жёлтый, когда смотришь на струю. Для толстых — чуть темнее, до шафранового.

И последнее, мужики: никогда не лей металл «под шлаком». Прокипятил ковш аргоном, подождал 1-2 минуты, пока шлак всплывёт и замрёт плёнкой — потом сливай. Иначе шлак попадёт в форму и с твоим перегревом или недогревом уже никто не разберётся — будет кусок с неметаллическими включениями.

Алгоритм действий «от и до» на разливке

1. Получил паспорт плавки. Проверь C, Mn, Si, P. Рассчитай TL по формуле: 1536 - (25*C) - (5*Si) - (2*Mn) - (30*P). Запиши на шифере рядом с печью.
2. Прогрей ковш. Футеровка должна быть минимум 400°С. Холодный ковш снимет с твоей плавки 30-40 градусов за 3 минуты — это верный брак.
3. Выпускай металл из печи. Контролируй температуру на желобе термопарой. Если ниже TL+100°С — грей электродами ещё 2 минуты, не ленись.
4. Сделай замер в ковше. Через 2 минуты после наполнения (чтобы выровнялась температура). Термопара в центр, глубина 300 мм. Записал T_ковш.
5. Рассчитай перегрев: ΔT = T_ковш — TL. Если ΔT меньше 60°С — возврат в печь на догрев. Если ΔT больше 100°С — продувка аргоном 3-5 минут через пористую пробку.
6. Оцени толщину стенок. Средняя стенка твоей отливки — 20-40 мм? Тогда цель перегрев +70-80°С. Тонкая (до 15 мм) — +90-100°С. Толстая (более 60 мм) — +60-70°С.
7. Проверь время разливки. От замера до начала заливки прошло 5-7 минут — хорошо. Более 10 минут — добавь 15°С к расчётной температуре ковша.
8. Сделай контрольную пробу. Залей пробу в спираль или песчаную шашку. Измерь длину заполнения. Если менее 300 мм — марш на догрев.
9. Скорректируй финальную температуру. Если форма песчаная-сырая (влажная) — вычти 5°С (влажность отберёт тепло). Если форма сухая или ХТС — лей как есть.
10. Начинай заливку. Первые 2 секунды струя должна быть полной, без рывков. Температура на струе (пирометром на выходе) должна быть на 10-15°С ниже, чем в ковше — это норма, струя остывает.
11. Контролируй процесс. Если металл в форме «вскипает» (пузырится) — срочно снижай скорость заливки на 30%. Если не доходит до знаков — увеличивай напор (поднимай ковш) или повышай температуру на следующую отливку.
12. Финиш. После заливки запиши реальную T_заливки (по термопаре или пирометру). Сравни с расчётной. Если расхождение больше 10°С — ищи причину: термопара, потеря времени, химия.

Железобетонные примечания от старого технолога

Никогда не меряй температуру одного и того же металла дважды одной термопарой без зачистки наконечника. Навар марганцевых окислов даст погрешность до 40°С в любую сторону. Лучше окунуть в плавиковый шлак на секунду, потом сбить молотком — и снова в металл.

Если видишь, что в ковше металл «закисает» (густеет, появляется плёнка) — это не всегда холод. Часто это потеря марганца из-за угара. Если угар марганца больше 1% (сравни с паспортом плавки) — температура заливки должна быть на 15-20°С выше, иначе жидкотекучесть упадёт в ноль.

Для 110Г13Л оптимальная температура заливки толстостенного бронефутеровочного желоба — 1510-1535°С. Для дробильных бил с тонкими рёбрами — 1550-1580°С. Запомни эти цифры как «Отче наш». Если сомневаешься — лей при 1550°С, это золотая середина для 90% отливок. Но лучше считай каждый раз под конкретную химку и конфигурацию — глазомер, конечно, важен, но термопара с мозгами точнее.

Работайте аккуратно, но жёстко. Перегрев на 15 градусов — не страшно, недогрев на 15 градусов — это верстак с молотком и переплавка. Удачи в цеху, мужики.

Ключевые термины и узлы, рассмотренные в статье:

Как температура металла влияет на линейную усадку стали 110Г13Л в песчаной форме?

С повышением температуры заливки выше оптимальной увеличивается количество жидкой фазы и снижается вязкость металла, что может привести к более интенсивной усадке и образованию усадочных раковин. Оптимальный температурный режим (1440–1460°C) позволяет минимизировать эту усадку за счет формирования плотной структуры без перегрева, который вызывает избыточное сжатие при кристаллизации.

Как проверить, что температура заливки не превышает допустимую для стали 110Г13Л?

Контроль осуществляется с помощью термопары погружного типа (например, вольфрам-рениевой) с выводом данных на регистратор. Дополнительно используется визуальная оценка: цвет расплава при 1460°C – ярко-желтый; если металл начинает светиться белым (свыше 1500°C), это сигнал перегрева, который может вызвать угар марганца и рост зерна. Обязательно сверяйтесь с кривой ликвид-солидус этой марки стали.

Почему для стали 110Г13Л рекомендуют узкий интервал температуры заливки (1440–1470°C), а не 1500–1550°C, как для других сталей?

Высокое содержание марганца (11–13%) в этой стали делает её склонной к росту аустенитного зерна при перегреве. Температуры выше 1480°C резко снижают механические свойства (особенно ударную вязкость) и вызывают горячие трещины из-за окисления марганца в форме. Нижняя граница (1440°C) обеспечивает достаточную текучесть для заполнения тонкостенных отливок без переохлаждения.

Какая зависимость между толщиной стенки отливки и оптимальной температурой заливки стали 110Г13Л?

Для толстостенных отливок (более 40 мм) рекомендуется нижняя граница интервала (1440–1450°C), чтобы избежать перегрева массивных узлов и усадочных дефектов. Для тонкостенных (до 10 мм) – верхняя граница (1460–1470°C) для улучшения растекаемости. Универсальное правило: при повышении толщины стенки на 10 мм снижайте температуру заливки на 5–7°C в пределах допустимого диапазона.

Как влажность песчаной формы влияет на выбор температуры заливки для стали 110Г13Л?

При влажности формы выше 4,5% увеличивается газотворность, что требует повышения температуры заливки на 10–15°C для предотвращения газовых раковин (до 1470°C). Однако это рискованно из-за возможного перегрева. Оптимальное решение – сушить форму до влажности 3–3,5%, что позволяет безопасно работать при стандартных 1450°C, обеспечивая баланс между качеством поверхности и структурой металла.