- •Раздел 1
- •Раздел 2
- •1. Основы формирования в сталях и чугунах литой структуры
- •Литейные стали и чугуны как сплавы системы Fe-c. Современное состояние производства отливок из чугуна и стали в России и в мире.
- •Литейные стали и чугуны как сплавы системы Fe-c.
- •1.1.2 Современное состояние производства отливок из чугуна и стали в России и в мире.
- •Формирование в литых сталях и чугунах фаз и структурных составляющих в процессе охлаждения в литейной форме.
- •1.2.1 Формирование в литых сталях фаз и структурных составляющих в процессе охлаждения в литейной форме
- •1.2.2 Формирование в чугунах фаз и структурных составляющих в процессе охлаждения в литейной форме
- •2. Основы технологии производства стальных отливок
- •2.1. Классификация литейных сталей, предъявляемые к ним требования. Влияние химического состава на структуру и свойства. Выбор легирующих элементов. Структурная диаграмма Шеффлера
- •2.1.1 Классификация литейных сталей, предъявляемые к ним требования.
- •2.1.2 Влияние химического состава на структуру и свойства
- •2.1.3 Выбор легирующих элементов
- •2.2. Плавка литейных сталей: шихтовые материалы; плавильные печи; методы плавки. Технология плавки стали в электродуговых печах с основной футеровкой
- •Шихтовые материалы
- •2.2.2 Плавильные печи
- •2.2.3 Методы плавки.
- •2.2.4. Плавка стали в дуговых электропечах с основной футеровкой
- •2.2.4.1 Плавка стали с окислением
- •2.2.4.2 Плавка стали с частичным окислением
- •2.2.4.3 Плавка стали без окисления
- •Плавка стали в дуговых печах с кислой футеровкой и индукционных тигельных печах
- •2.3.1 Плавка стали в дуговых печах с кислой футеровкой
- •2.3.2 Плавка стали в индукционных печах
- •2.3.3 Плавка стали в вакуумных индукционных печах
- •2.4. Особенности плавки литейных сталей со специальными свойствами
- •2.4.1. Особенности плавки высокомарганцевых износостойких сталей
- •2.4.2 Особенности плавки высокохромистых коррозионностойких литейных сталей
- •2.4.3 Особенности плавки хладостойких литейных сталей
- •2.4.4 Методика расчета шихты для выплавки литейных сталей
- •2.4.4.1 Задача расчета шихты
- •Этапы расчета шихты
- •2.5. Внепечная обработка и разливка стали
- •2.5.1 Выпуск плавки в литейные ковши
- •2.5.2 Внепечная обработка стали
- •2.5.2.1 Раскисление стали
- •2.5.2.2 Продувка стали в ковше инертными (нейтральными) газами
- •2.5.2.3 Вакуумирование стали в ковше
- •2.5.3 Разливка стали в литейные формы
- •Литниковые системы для стального литья
- •2.5.4.1. Выбор конструкции литниковой системы
- •2.5.4.2. Расчет литниковой системы при заливке форм из поворотного ковша
- •2.5.4.3. Расчет литниковой системы при заливке форм из стопорного ковша
- •2.5.4.4. Расчет элементов литниковой системы
- •2.6. Литейные свойства сталей (жидкотекучесть, линейная и объемная усадка) и их влияние на качество отливок.
- •2.6.1 Жидкотекучесть литейных сталей
- •2.6.2 Усадка литейных сталей
- •2.7. Формирование стальных отливок в литейной форме
- •2.7.1. Затвердевание стальных отливок
- •2.7.2. Питание стальных отливок.
- •2.7.3. Расчет прибылей.
- •2.9. Особенности технологии производства отливок из различных сталей.
- •2.9.1. Особенности изготовления отливок из углеродистых сталей.
- •2.9.2. Особенности изготовления отливок из низколегированных сталей
- •Раздел 3
- •3.1.1. Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности
- •3.1.2. Классификация литейных чугунов
- •3.1.3. Параметры структуры и свойств
- •3.2.1. Формирование структуры чугуна
- •3.2.2. Влияние структурных составляющих на свойства чугуна
- •3.3. Влияние химического состава, скорости охлаждения и других факторов на структуру чугуна.
- •3.3.1. Влияние химического состава.
- •3.3.3. Влияние скорости охлаждения.
- •3.3.4. Влияние состояния расплава
- •3.3.5. Влияние модифицирования
- •3.3.6. Влияние термической обработки
- •3.4. Основы теории и технологии графитизирующего и сфероидизирующего модифицирования чугуна.
- •3.4.1. Теминология и общие положения
- •3.4.2. Теория графитизирующего модифицирования чугуна
- •Фактическая, в ковше; 2 и 3- Равновесная с углеродом и кремнием соответственно.
- •3.4.3. Теория сфероидизирующего модифицирования чугуна
- •3.5. Плавка чугуна.
- •3.5.1. Выбор плавильного агрегата
- •3.5.2. Плавка чугуна в вагранках Шихтовые материалы, применяемые при ваграночной плавке чугуна
- •Топливом при ваграночной плавке являются кокс и газ.
- •3.6. Плавка чугуна в электропечах.
- •3.6.1. Плавка чугуна в индукционных печах
- •3.6.2. Плавка чугуна в дуговых электрических печах
- •3.6.3. Плавка чугуна дуплекс-процессом
- •3.6.4. Экспресс - контроль чугуна по ходу плавки
- •3.7. Газы и неметаллические включения в чугуне и их влияние на качество отливок.
- •3.7.1 Источники газов и основные закономерности их растворения в чугуне
- •3.7.2. Взаимодействие жидкого чугуна с газами
- •3.7.3. Взаимодействие чугуна с огнеупорными материалами
- •3.7.5. Дегазация чугуна
- •3.7.7. Рафинирование чугуна от неметаллических включений
- •3.8. Литейные свойства чугунов и их влияние на качество отливок
- •3.9. Технологические особенности получения чугунов
- •3.9.1. Особенности получения отливок из серого чугуна
- •3.9.2. Особенности получения отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом
- •3.9.3. Особенности получения отливок из ковкого чугуна
- •Без предварительной обработки; 2 – 4 с обработкой
1.1.2 Современное состояние производства отливок из чугуна и стали в России и в мире.
Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения. Оно отличается высоким коэффициентом использования металла, который составляет от 75 до 98 %. При этом методом литья можно получать сложные по геометрии, с внутренними полостями заготовки и детали, масса которых может колебаться от нескольких граммов до сотен тонн. Вследствие этого производство литых изделий во всем мире продолжает прогрессировать (Табл. 1.1).
Таблица 1.1. Объемы производства отливок в мире и в странах с наиболее развитым литейным производством (По данным Кен Керджин)
Страна |
Производства отливок по годам |
|||||
2004 |
2006 |
2008 (Прогноз) |
||||
Тыс. т |
% |
Тыс. т |
% |
Тыс. т. |
% |
|
Россия |
6 548 |
8,0 |
6 550 |
7,6 |
6 460 |
7,2 |
Китай |
23 164 |
28,3 |
24 630 |
28,6 |
26 620 |
29,6 |
Европа (ЕС) |
17436 |
21,3 |
18 515 |
21,5 |
19 272 |
21,4 |
США |
12 340 |
15,1 |
12 995 |
15,1 |
13 316 |
14,8 |
Япония |
6 790 |
8,3 |
7 100 |
8,2 |
7 140 |
7,9 |
Индия |
4 830 |
5,9 |
5 090 |
6,0 |
5 390 |
6,0 |
Бразилия |
2 950 |
3,6 |
3 195 |
3,7 |
3 520 |
3,9 |
Мексика |
2 292 |
2,8 |
2 520 |
2,9 |
2 780 |
3,1 |
Корея |
1 965 |
2,4 |
2 100 |
2,4 |
2 390 |
2,7 |
Канада |
982 |
1,2 |
1000 |
1,2 |
1030 |
1,1 |
Всего |
81 854 |
100 |
86 119 |
100 |
90 067 |
100 |
В настоящее время мировое производство литых изделий достигло почти 90 млн. т. в год. При этом доля российской продукции составляет примерно 8 %, тогда как на долю Китая приходится 28-30 %, ЕС - 21 % и США - 15 %. На уровне России производят литье Япония (8 %) и Индия (6 %). Меньше России, но более 1 млн. т. в год производят Бразилия (~ 4 %), Мексика (3 %), Корея (2,5-2,7 %) и Канада (1,1-1,2 %). На перечисленные 9 стран вместе с ЕС приходится 97-98 % мирового производства литья. При этом в последние годы можно наблюдать следующую тенденцию: доля Китая, Бразилии, Мексики и Кореи возрастает, доли ЕС и Индии практически остаются без изменений, а доли США, Японии и Канады уменьшаются.
Показатели мирового производства литья по видам сплавов приведены в табл. 1.2 .
Таблица 1.2 Объемы производства отливок из чугуна и стали (По данным Кен Керджин)
Сплав |
Производства отливок по годам |
|||||
2004 |
2006 |
2008 (Прогноз) |
||||
Тыс. т |
% |
Тыс. т |
% |
Тыс. т. |
% |
|
Чугун, в т.ч. СЧ ЧШГ КЧ |
61 269 40 319 19 760 1 190 |
74,9 49,3 24,1 1,5 |
64 122 41 480 21 482 1 160 |
74,5 48,2 24,9 1,3 |
66 214 42 530 22 584 1 100 |
73,5 47,2 25,1 1,2 |
Сталь |
6 920 |
8,5 |
7 154 |
8,3 |
7230 |
8,0 |
Всего |
81 854 |
100 |
86 119 |
100 |
90 067 |
100 |
Доля чугунного литья в общем объеме производства отливок составляет 74-75 %, а стального – 8,0–8,5 %. При этом удельная доля производства отливок из серого чугуна, составляющая примерно 50 % от общего объема литья, имеет при приросте абсолютного объема тенденцию к уменьшению. В то же время производство отливок из ЧШГ (25 %) имеет тенденцию к возрастанию, как в абсолютном, так и в относительном объеме. Объем производства КЧ не превышает 1,2 – 1,5 % и имеет тенденцию к дальнейшему сокращению.
Объем мирового производства стального литья небольшими темпами, но из года в год возрастает на 1-3 % и в настоящее время превышает 7 млн. т в год. Однако удельная доля стального литья неуклонно снижается и в настоящее время не превышает 8 %.
Данные о литейном производстве России приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3. Объемы производства литья в России (По данным И. А. Диброва)
Сплав |
Объем производства отливок, тыс. т. |
||||
1990 |
1995 |
2000 |
2003 |
2006 |
|
Чугун |
9 300 |
3 600 |
3 500 |
4 800 |
5 280 (68,8 %) |
Сталь |
3 240 |
1 200 |
960 |
1 200 |
1 300 (16,9 %) |
Всего |
13 400 |
5 200 |
4 850 |
6 800 |
7 680 (100 %) |
Производство литья в России неуклонно сокращалось вплоть до 2000 г., когда оно снизилось до самого низкого уровня (4,85 млн. т. в год или 36 % от уровня 1990 г.). Возрождение литейного производства началось с 2001 г (5,15 млн. т) и за 5 последующих лет объем производства литья увеличился в 1,5 раза. Однако достигнутый уровень (7,68 млн. т) составляет лишь 57 % от уровня 1990 г. и только около 8 % мирового производства отливок.
Сравнение данных табл. 1.2 и 1.3 показывает, что в России при сопоставимой доле чугунного литья (69 и 74 %) доля стального литья (~17 %) в 2 раза больше, чем в остальном мире (8 %).
Структура чугунного литья в России также сильно отличается по сравнению с остальным миром:
Чугун (всего) – 5 280 тыс. т (100 %)
в том числе:
СЧ – 3 320 тыс. т. (62,9 %)
ЧШГ - 900 тыс. т. (17,1 %)
КЧ - 260 тыс. т. (4,9 %)
Спецчугун - 800 тыс. т. (15,1 %)
Доля отливок из СЧ в России (~ 63 %) намного выше, чем в остальном мире (47-49 %). В то же время доля литья из более прогрессивного чугуна ЧШГ существенно ниже ((17 % против 25 %). Очень высока в российском производстве доля литья из КЧ (4,9 % против 1,2-1.5 %) и несоразмерно велика доля производства отливок из специальных чугунов (15 %).
В структуре стального литья доля отливок из углеродистых сталей в 1,4 раза превышает долю отливок из легированных сталей:
Сталь (всего) - 1 300 тыс. т. (100 %)
в том числе:
углеродистая - 760 тыс. т. (58,5 %)
легированная - 540 тыс. т. (41,5 %).
Высокая доля стального литья в структуре литейного производства России обусловлено развитостью добывающих отраслей промышленности, особенно в связи с ее перемещением в районы с холодным климатом (Сибири и крайнего севера) и возрастанием потребности в технике из хладостойких сталей.
