Литейные сплавы, их плавка и получение отливок
Литейные сплавы. Доброкачественное литье возможно взять лишь из сплавов и металлов, каковые владеют нужными литейными и физико-механическими особенностями. Физико-механические особенности отливок должны удовлетворять условиям их работы в готовом изделии.
При достаточной жидкотекучести расплавленный металл легко растекается и прекрасно заполняет форму в самых узких местах. Кое-какие металлы (к примеру, медь) в расплавленном состоянии густы, не хорошо заполняют форму, исходя из этого негодны для фасонного литья. Сплавы таких металлов (к примеру, латуни и бронзы) владеют достаточной жидкотекучестью.
Наиболее значимым требованием к литейным сплавам при охлаждении от жидкого состояния до жёсткого (при комнатной температуре) есть их малая усадка (т. е. незначительное уменьшение линейных объёма и размеров). Для фасонного литья допустима усадка до 2,5%. Чем больше усадка, тем больше образование в отливке усадочных раковин и больше опасность появления трещин, поскольку податливость формовочной смеси ограничена.
Однородность содержится в приблизительно однообразном химическом составе всех частей отливки. Сплавы, дающие громадную ликвацию по удельному весу, негодны для отливки.
Ответственным свойством сплавов и металлов есть легкоплавкость. Чем ниже температура плавления металла либо сплава, тем легче и несложнее взять из него отливку.
Диаграммы состояния сплавов говорят о том, что температура плавления двойных сплавов ниже температуры плавления одного либо обоих элементов, образующих сплавы, а эвтектические сплавы имеют самую низкую температуру плавления в данной совокупности. То же возможно сообщить и о сложных сплавах.
Для фасонного литья используются чугун, сталь, латунь, латунь, сплавы магния и алюминия и других цветных металлов.
Чугунное литье. Литье из серого чугуна образовывает главную часть продукции литейных цехов. Это разъясняется прежде всего хорошими литейными особенностями серого чугуна (довольно низкая температура плавления: 1100—1200°; достаточная жидкоте-кучесть; маленькая усадка — около 1%; однородность отливок) и его
низкой ценой. Повышенная хрупкость чугуна ограничивает область его применения. Но многие подробности автомобилей и механизмов, не испытывающие громадных ударных нагрузок, смогут отливаться из чугуна.
Помимо этого, большое улучшение особенностей чугунного литья достигается модифицированием.
Белый чугун используют для отливки изделий с последующим отжигом на ковкий чугун. Содержание углерода в этом чугуне ограничивается 2,2—3,2%, дабы количество углерода отжига в железной массе готового изделия не было через чур громадным. Дабы не допустить образование свободного графита в ходе литья, содержание кремния не должно быть больше 1,4%. Для увеличения жидко-текучести в составе чугуна допускается до 0,2% фосфора, что мало воздействует на выделение графита.
Марганец мешает распадению карбидов железа (Fe3C) при отжиге, исходя из этого его содержание не должно быть больше 0,6%, (а для черносердечных ферритных чугунов 0,5%). Усадка белых чугунов образовывает около 2%.
Для плавки чугуна в литейных цехах значительно чаще используются вагранки. Вагранка есть превосходным русским изобретением XVIII столетия. Она воображает шахтную печь (рис.
1), выложенную шамотным кирпичом и имеющую металлический кожух. Загрузка шихты производится через колошниковое отверстие с колошниковой площадки.
Рис. 1. Схема вагранки с копильником
Верхняя часть вагранки от верхнего последовательности фурм до колошникового отверстия именуется шахтой. Выше шахты находится дымовая труба, снабженная искрогасителем. Нижняя часть, от лещади до фурм, именуется горном.
Лещадь имеет наклон в сторону копильника, что помогает для собирания большого количества расплавленного выравнивания и чугуна его состава. Копильник имеет летку и желоб для выпуска чугуна, и одну либо две летки для выпуска шлака.
В большинстве случаев вагранка трудится 4—8 час. в день, время от времени 16 час и больше.
Производительность вагранки зависит от диаметра шахты и колеблется в широких пределах — от 1000 кг до 25 т чугуна в час; в литейных цехах машиностроительных фабрик значительно чаще используются вагранки производительностью 3— 8 т/час.
Время от времени вагранки строятся без копильника, и тогда летки для шлака и выпуска чугуна делаются в горне.
Загрузка шихты в современных вагранках механизирована и осуществляется посредством бадьи с опускающимся конусным либо откидным дном.
Для того чтобы получить литье заданного состава, ‘нужно составить шихту из определенных количеств чушкового чугуна, чугунного и металлического лома, ферросплавов и собственных отходов цеха.
Подготовленная шихта, и горючее (кокс) и флюсы (в большинстве случаев известняк) доставляются на колошниковую площадку и отдельными порциями (колошами) загружаются в вагранку.
Состав железной шихты при плавке в вагранке изменяется, поскольку в воздухе плавильного пространства имеется вольный кислород, что омывает плавящийся чугун и частично выжигает примеси. Угар кремния образовывает 10—15%, марганца 17—22%, железа 0,4—1,5%. Содержание фосфора остается без трансформации. Углерод пара выгорает, но его утрата компенсируется при соприкосновении расплавленного чугуна с раскаленным коксом.
Содержание серы возрастает в связи с переходом ее в чугун из золы кокса, исходя из этого для вагранок используют особый литейный кокс с пониженным содержанием серы. Известняк используется для ошлакования окислов элементов, составляющих шихту, и золы кокса и песка, попадающего в шихту из формовочной смеси (вместе с собственными отходами цеха).
Для получения отличных сортов серого чугуна, и легированного и ковкого чугуна используют двойные процессы — плавку в вагранке и доводку в дуговой либо пламенной печи, что позволяет приобретать очень нагретый металл нужного состава, т. е. удачно решать задачу, тяжело выполнимую при плавке в вагранке.
Расплавленный в вагранке чугун заливается в печь, где производятся его доводка и подогрев до заданного состава.
Металлическое литье. Сталь имеет существенно нехорошие литейные свойства, чем чугун. Она менее жидкотекуча и, следовательно, хуже заполняет форму. Усадка стали — до 2% и выше, исходя из этого в отливках получаются усадочные раковины больших размеров; температура плавления стали 1400—1540°.
Дабы избежать брака по усадочным порокам, предусматривают особые доходы (наросты) на верхних массивных частях отливки.
Но вязкость и высокая прочность металлических отливок являются их большими преимуществами перед вторыми видами литья, исходя из этого металлические отливки очень активно используются для важных подробностей в ряде отраслей машиностроения.
Формовочные смеси для металлических отливок должны различаться хорошей податливостью и высокой огнеупорностью. В большинстве случаев для сухих форм используются худые смеси из огнеупорной глины и кварцевого песка с добавкой отработанной смеси, и быстротвердеющие смеси с жидким стеклом.
Для производства отливок используются доэвтектоидные углеродистые стали с содержанием 0,1—0,6% С и легированные стали с добавками марганца, кремния, никеля, хрома, меди, ванадия, вольфрама, молибдена, титана.
Плавка стали для заливки форм производится в малых конвертерах, электропечах и мартеновских печах.
Малые бессемеровские конвертеры имеют емкость 2—3 т и используются только с целью получения стали для фасонного литья.
Чугун для малого бессемерования расплавляют в вагранке. Дутье в малом конвертере (рис. 2) осуществляется через фурмы ф с боковой стороны.
Это разрешает, изменяя угол наклона конвертера, продувать металл либо подавать дутье на поверхность для сжигания выделяющейся окиси углерода (СО) в углекислый газ (С02), в следствии чего увеличивается температура ванны. Малобессемеровская сталь выдается из конвертера при температуре около 1650°, исходя из этого она владеет громадной жидко-текучестью и годна для отливок самой сложной конфигурации.
Малые конвертеры, и мартеновские печи используются в основном для плавки углеродистой стали обычного качества, содержащей 0,2—0,3% углерода.
Электропечи используются для плавки углеродистой качественной стали и легированной стали, содержащей хром, никель, ванадий, молибден, медь и пр.
Литье из сплавов цветных металлов.
Для производства отливок в основном используют латуни меди — и сплавы бронзы, и сплавы легких магния (и металлов алюминия).
Сведения о литейных сплавах на базе меди, магния и алюминия были приведены в разделе втором.
Такие бронзовые сплавы, как алюминиевые бронзы и кремнистые латуни, имеют большую усадку (1,5—2,5%) и относительно легко окисляются, исходя из этого при заливке форм должно быть обеспечено плавное заполнение форм, и хорошее питание отливок.
Для улучшения питания при формовке предусматривают массивные доходы; довольно часто в одной форме располагают пара отливок, соединенных питателями с неспециализированным стояком. Вес литниковой прибылей и системы время от времени образовывает до 150% от веса готовой отливки.
Плавка сплавов меди производится в дуговых электропечах, индукционных печах со металлическим сердечником и без сердечника, а также в пламенных печах.
На рис. 3 приведена качающаяся дуговая электропечь. В таких печах дуга образуется между двумя графитовыми электродами, и расплавление шихты является следствием теплоты, излучаемой дугой.
По расплавлении шихты для ускорения и перемешивания металла плавки создают покачивание печи посредством поворотного механизма; данный же механизм употребляется для наклона печи при выпуске металла.
Рис. 2. Небольшой бессемеровский конвертер
На рис. 4 продемонстрирована схема индукционной печи со металлическим сердечником. Эти печи используют для постоянной массовой плавки металла одной марки, поскольку печь трудится лишь при наличии кольца из жидкого металла, воображающего по электрической схеме «виток» вторичной обмотки окружающего и трансформатора находящуюся под футеровкой первичную катушку.
Расплавленный металл выливают из печи не всецело; снова загруженная шихта плавится при соприкосновении с жидким металлом.
Рис. 3. Качающаяся дуговая электропечь
Рис. 4. Схема индукционной печи со металлическим сердечником
Рис. 5. Пламенный тигельный горн
Пламенные печи для плавки бронзовых сплавов используют реже, поскольку в них печные газы окисляют металл. Помимо этого, эти печи требуют повышенного расхода горючего.
Для расплавления алюминиевых и магниевых сплавов используются особые ванные электропечи сопротивления. Для этих же целей применяют горны, трудящиеся на коксе, мазуте либо газе.
На рис. 5 изображен поворотный пламенный тигельный горн со металлическим тиглем. Горючее (мазут) подводится по трубе и сгорает в пространстве; продукты горения отводятся вытяжным колпаком и го трубе.
Заливка форм, очистка и выбивка литья.
Чугун, расплавленный для заливки, из вагранки либо электропечи производят в поворотный ковш. Ковш имеет снаружи металлический кожух, в футерован шамотным кирпичом. Для уменьшения утрат теплоты чугуна используют либо барабанные ковши либо ковши с крышками (рис.
6).
С целью получения отливок из модифицированного чугуна в ковш создают присадку модификатора.
Для разливки стали используют стопорные ковши. Дабы высвободить остывшие отливки из формы, создают выбивку посредством разных механизмов (встряхивающих решеток,
вибраторов и др.); при выбивке разовые формы разрушаются. Выбивка стержней из отливок выполняется вручную, на пневматических автомобилях либо (для больших отливок) в гидрокамерах (струей воды под давлением 30—100 ати).
Прибыли, выпоры и литники от металлических отливок отделяют газовой резкой, а от чугунных — пилами, кувалдами и зубилами. Очистка поверхностей отливок из остатков формовочных и стержневых смесей производится в барабанах, посредством пескоструйных, дробеструйных и дробеметных аппаратов.
Для очистки поверхностей используют кроме этого песко-гидравлическую очистку, при которой струя воды с песком подается на поверхность отливки под давлением до 70 ати и выше.
Для зачистки заусенцев применяют обдирочные станки, снабженные крупнозернистыми абразивными кругами из корунда либо карборунда.
Комплексная механизация формовочно-заливочного участка. Технологические процессы литейного производства характеризуются громадными грузопотоками разнообразных материалов и многократным их перемещением, причем на протяжении этих процессов материалы покупают свойства и различные состояния, в связи с чем изменяется метод их транспортировки.
При комплексной механизации формовочная смесь, приготовленная посредством автомобилей ленточным либо пневматическим транспортером подается к рабочему месту формовщика и заполняет бункер, расположенный над формовочной машиной; через затвор бункера по мере необходимости смесь направляется в форму, где механически уплотняется. Операции подачи установки опок на автомобили, и подачи стержней производятся механизмами. Набитые на машине формы устанавливаются на движущийся конвейер и подаются последовательно на заливку, охлаждение и выбивку.
Труд рабочего при комплексной механизации сводится только к управлению механизмами (нажатию рычага бункерного затвора, перемещению рукояток управления формовочной автомобили, управлению подъемником и т. п.) и установке стержней в форму. Так, комплексная механизация позволяет многократно действеннее применять механизмы. Сейчас для того чтобы начали использоваться автомобили полуавтоматического действия.
борьба и Брак отливок с ним. В литейном производстве брак возможно следствием неправильной конструкции отливки, неправильной технологии, либо недоброкачественности используемых материалов.
Главными видами брака являются раковины, трещины, пористость и рыхлота, спай, коробление, отбел (при чугунном литье).
Рис. 6. Ковш с крышкой
Раковины бывают газовые, песчаные, усадочные и шлаковые.
Газовые раковины — открытые (наружные) либо закрытые (внутренние) вакуумы — появляются при громадном содержании газов в металле, при пониженной газопроницаемости формовочных либо стержневых смесей благодаря низкой температуры заливаемого металла, в то время, когда выход газов из него затруднен.
Песчаные раковин ы—открытые либо закрытые вакуумы в теле отливки, заполненные формовочным материалом. Обстоятельствами образования песчаных раковин смогут быть недостаточная прочность формовочной и стержневой смесей, не сильный набивка формы, пережог формы при сушке.
Усадочные раковины — пустоты в теле отливки, появляются благодаря неправильной конструкции отливки (при громадном местном скоплении металла), неправильного размещения доходов, выпоров и литников, чрезмерно большой температуры заливаемого металла, увеличивающей усадку.
Шлаковые раковины — пустоты в теле отливки (открытые либо закрытые), заполненные шлаком, — являются следствием попадания шлака в полость формы из-за несовершенства и неправильной заливки литниковой совокупности.
Трещины появляются при неправильном составе формовочных и стержневых смесей и чрезмерно плотной набивке формы, уменьшающей податливость последней, при неравномерном охлаждении, и при неправильной конструкции отливки (резкий переход от толстых сечений к узким) и при заливке чрезмерно горячим металлом.
пористость и Рыхлота проявляются в виде неплотной структуры металла и появляются в основном благодаря большой температуры металла при заливке либо благодаря местных утолщений в отливках.
Спай либо неслитина — углубления и щели в теле отливки с закругленными краями, образованные не слившимися всецело струями металла, поступившими в полость формы с различных сторон. Появляются благодаря низкой температуры металла, его недостаточной жидкотекучести и окисления, и засорения питателей.
Происхождение раковин, так же как и появление всех других видов брака, возможно предотвращено верной конструкцией отливки, надлежащим качеством используемых материалов, исправностью оборудования, строгим выполнением и правильной технологией данной технологии.
Но в тех случаях, в то время, когда пороки в отливках уже имеются, довольно часто оказывается рентабельным их устранить, а не браковать литье.
Раковины, трещины, рыхлота, спай и пористость смогут быть устранены газовой либо электрической заваркой с предварительным удалением дефектного места вырубкой, сверлением либо вторыми методами, а при маленьких размерах недостатка — металлизацией.
отверстия и Большие раковины на поверхности чугунных отливок устраняются заливкой их жидким металлом. Используется кроме этого ввертывание железных втулок и пробок, для чего раковину высверливают и нарезают резьбу.
Коробление — изменение размеров контура отливки под влиянием усадочных напряжений — появляется при неравномерном охлаждении отдельных частей отливки и чрезмерно большой температуре заливки. Коробление металлических отливок ликвидируют правкой под молотами, прессами, ударами молотка либо выдержкой при нагреве в печи под грузом.
Отбел чугуна (образование на поверхности отливок цементита Fe3C) появляется при неправильном составе шихты и при стремительном охлаждении чугуна в форме. Отбел возможно устранить посредством отжига, а не допустить—трансформацией состава чугуна (к примеру, повышением содержания кремния).
