Отливки из чугуна и стали : прибыли на отливках из чугуна

ЭЛЕКТРОСТАЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ 
(ФИЛИАЛ) 
 
Кафедра металлургии 

Е.В. Ковалевич 

 

 

 

 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института в качестве учебного пособия 

ОТЛИВКИ ИЗ ЧУГУНА И СТАЛИ

Раздел: Прибыли на отливках из чугуна 

Методические указания 

для студентов специальности 1104

МОСКВА 2001

УДК 621.746 
К 56 

К 56 Ковалевич Е.В. Отливки из чугуна и стали: Прибыли на 
отливках из чугуна: Методические указания. – М.: МИСиС, 
2001.– 32 с. 

Приведена классификация прибылей, исходные данные для расчета 
прибылей на отливках из чугуна различного состава белых и серых с 
пластинчатым и шаровидным графитом, в том числе легированных. 
Показаны методы расчета открытых, закрытых и отводных обычных, а 
также обогреваемых прибылей. Дана характеристика экзотермических 
формовочных смесей для изготовления оболочек обогреваемых прибылей и 
метод определения их состава в зависимости от технологических условий 
заливки. Приведена конструкция легкоотделяемых прибылей и их 
параметры. 

 Московский государственный 

институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2001

ОГЛАВЛЕНИЕ 

1. Классификация прибылей ....................................................... 4 
2. Расчет прибылей ...................................................................... 6 
3. Легкоотделяемые прибыли ................................................... 29 
 

Классификация, расчет и применение прибылей для отливок 
из чугуна с шаровидным графитом, белого и легированного чугуна с 
пластинчатым графитом. 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБЫЛЕЙ 

Основное назначение прибыли – восполнить объемную усадку затвердевающей отливки жидким металлом. При проектировании 
прибылей для питания отливок необходимо исходить из следующих 
основных положений: 
• 
Процесс формирования усадочных пустот и характер их 
расположения определяются кинетикой затвердевания чугуна, зависящей от химического состава, температуры перегрева и заливки, и 
кристаллизации углерода. 
• 
Повышение жесткости формы способствует уменьшению 
объема усадочных дефектов в отливках из чугуна. 
• 
Продолжительность затвердевания прибылей должна 
быть больше продолжительности затвердевания питаемой части отливки. 
• 
При выборе границ части отливки, питаемой данной прибылью, необходимо учитывать протяженность зон действия прибылей. 
1.1. Прибыли классифицируют по конфигурации, технологии 
изготовления, условиям охлаждения в форме и способам удаления с 
отливки. 
1.2. По конфигурации прибыли разделяют на цилиндрические, шаровые, конические, полушаровые и овальные (рис. 1.1, а – д). 
Выбор геометрической формы прибыли определяется конфигурацией отливки и технологией производства. 
1.3. По технологии изготовления различают прибыли открытые (рис. 1.1, а, в, д, е) и закрытые (рис. 1.1, б, г, д, е). Открытые прибыли целесообразно применять при изготовлении крупных отливок, 
если предусмотрена доливка жидким металлом и засыпка теплоизоляционными или экзотермическими смесями. 
1.4. По условиям питания отливки прибыли разделяют на 
прямого действия (рис. 1.1, а – д), когда прибыль устанавливается 
непосредственно на тело отливки, и отводные (рис. 1.1, е), когда 
прибыль устанавливается рядом с отливкой и соединена с ней корот

ким каналом определенного размера, обеспечивающим последовательность затвердевания: отливка, соединительный канал, прибыль. 
1.5. По условиям охлаждения в форме прибыли подразделяют 
на обычные (когда стенки формы, образующие контуры отливки и 
прибыли, изготовлены из одного материала), теплоизолированные 
(когда поверхность прибыли облицована низкотеплопроводными материалами) и обогреваемые экзотермическими смесями. 
1.6. По способу удаления с отливки прибыли разделяют на 
легкоотделяемые (когда между прибылью и телом отливки имеется 
пережим и прибыль легко отламывается при ударе) и отрезаемые 
(когда прибыль отрезается от тела отливки механическим путем или 
огневой резкой). 

 

Рис. 1.1. Типы прибылей 

2. РАСЧЕТ ПРИБЫЛЕЙ 

2.1. Питание отливки из прибыли основано на принципе направленного затвердевания, т.е. нижележащие слои отливки питаются вышележащими. Этот принцип осуществляется методом вписанных окружностей. В самый тонкий элемент узла вписывается окружность, которая при переходе в каждый новый элемент расширяется. 
При выборе рациональной геометрической формы прибыли необходимо стремиться к тому, чтобы при одном и том же объеме она имела минимальную поверхность охлаждения.  
2.2. Объём и характер усадочных раковин в отливках из чугуна зависят от химического состава чугуна (табл. 2.1), главным образом от содержания углерода и кремния (рис. 2.1), а также от температуры заливки. 
2.3. На величину объемной усадки влияет прочность формовочных смесей. Применение смесей с повышенной прочностью снижает объем усадочных раковин (рис. 2.2). Для получения максимальной плотности отливок прочность формы должна быть не менее 
5500 кН/м2. 

 

Рис. 2.1. Склонность чугуна с шаровидным графитом к образованию 
усадочных дефектов в зависимости от углеродного эквивалента: 
1 – объём усадочных раковин и пористости; 2 – объём 
сосредоточенных усадочных раковин 

Таблица 2.1 

Объём усадочных раковин различных чугунов 

Материал 

Химический состав, %
Металлическая 
основа 

Объем
ная 
усадка, 
% 

С 
Si 
Mn 
P 
S 
Mg 

Белый чугун 
2,65 1,10 0,48 0,16 0,090 
– 
Ледебурит 
5,70 

Серый чугун 

3,19 1,70 0,55 0,12 0,020 
– 
Перлит –
Феррит 
3,00 

3,23 2,93 0,45 0,11 0,032 
– 
Феррит –
Перлит 
2,56 

3,40 4,12 0,60 0,09 0,025 
– 
Феррит 
1,65 

Чугун с шаровидным графитом 

3,15 2,27 0,47 0,12 0,008 0,05 Перлит –
Феррит 
8,40 

3,32 2,60 0,52 0,09 0,011 0,053 Перлит –
Феррит 
7,63 

3,27 3,21 0,49 0,11 0,009 0,060 Феррит –
Перлит 
6,75 

3,22 3,70 0,51 0,09 0,010 0,060 Феррит 
5,50 

Алюминиевый

чугун: 
с пластинчатым 
графитом(21 %Al) 

 
с шаровидным 
графитом(21 %Al) 

2,52 0,92 0,30 0,015 0,002 
– 
Феррит 
4,0 

1,86 1,34 0,22 0,022 0,002 
– 
Феррит 
6,25 

Кремнистый

чугун: 
с пластинчатым 
графитом 

 
с шаровидным 
графитом 

2,80–
3,20 
4,90– 
5,80 
0,60– 
0,70 
0,12– 
0,26 
0,037– 
0,099 
– 
Феррит 0,74 –3,0 

2,60–
3,60 
5,0– 
6,0 
0,4– 
0,9 
0,14– 
0,23 
0,002– 
0,019 0,060 Феррит 
4,5 –8,5 

Рис. 2.2. Влияние прочности смеси на величину объемной усадки 
чугуна 

2.4. Объем усадочной раковины Vр определяют как произведение суммы объемов отливки Vо и прибылей Vп на объемный коэффициент усадки металла α, по формуле : 

 
Vр = (Vо + Vп)   α . 

Коэффициент α зависит от химического состава чугуна, условий его модифицирования, температуры заливки и др. 
2.5. Обычные прибыли. 
2.5.1. Диаметр цилиндрической прибыли с высотой, равной 
диаметру, и отводной прибыли, равной 1,5 диаметрам, определяется 
по номограмме (рис. 2.3) или по формуле 

 
3
]1
)
6
/
1
/[(
2,
56
−
=
α
o
m
d
, 

где mo – масса отливки или узла питаемой прибыли, кг; 
α – объемный коэффициент усадки чугуна, численно равный величине объемной усадки (определяется по табл. 2.1). 

Масса отливки, кг 

Рис. 2.3. Номограмма для  определения параметров открытых 
прибылей 

2.5.2. Размеры соединительного канала отводной прибыли 
определяют по формуле 
 
Rк = 1,1 Rо, 
где Rк, Rо – приведенная толщина канала и отливки или ее теплового 
узла. 
Для цилиндрического канала диаметр равен 
 
Dк = 4,4 Rо. 
Для прямоугольного канала шириной А и высотой В размеры 
его определяются из соотношений  

 
А = 2,2 В · Rо/(В – 2,2 Rо); 
 
В = 2,2 А · Rо/(А – 2,2 Rо). 

При этом один из размеров (А или В) должен быть выбран в 
зависимости от особенностей отливки. 
2.5.3. Диаметр полусферической прибыли с высотой, равной 
диаметру, определяется по номограмме (рис. 2.4) или по формуле 

 
3
/
1
/[(
102
5]
α)
o
п
−
=
m
D
. 

Масса отливки, кг 

Рис. 2.4. Номограмма для определения параметров закрытых 
прибылей 

2.5.4. Расположение прибылей и их количество определяются 
с учетом радиуса действия прибыли. Для отливок типа плиты и бруса 
радиусы действия прибыли приведены в табл. 2.2 и 2.3. 

Таблица 2.2 

Радиус действия прибылей в отливках типа плиты и бруса 

Тип 
отливки 

Схема 
расположения 
прибылей 

Протяженность зоны плотного 

металла при его подводе

в прибыль 
в отливку 

Плита 

Lп = (4,5 ÷ 6,5) δо 

2 rп = (4 ÷ 6) δо 

Lп = (4 ÷ 4,5) δо 

2rп = (3,5 ÷ 4,5) δо 

Lп = (4 ÷ 5) δо 
Lп = (3 ÷ 4) δо 

Lп = (4,5 ÷ 6,5) δ

о 
Lп = (4 ÷ 4,5) δо 

Брус 

Lп = 44
о
δ
 

2 rп ≤  2,8 δо 

Lп = 28
о
δ  

2 rп ≤  2 δо 

Lп = 30
о
δ  
– 

Примечание: 1 – отливка; 2 – прибыль; 3 – наружный холодильник; 4 – внутренний холодильник; rп – радиус прибыли; δо – толщина отливки