4. Вакуумна металургія

Вакуумування сталі є досить поширеним методом покращання її властивостей. Сутність найбільш простого методу полягає в наступному. Розливальний ківш з металом установлюють у вакуумну камеру, герметизують її і вакуумують . Тиск у камері знижується до 1,33- ІО"4... 1,33-10"3 МПа(1...1О мм.рт.ст.), метал починає кипіти, інтенсивно виокремлюється оксид вуглецю і захоплює за собою розчинені у сталі водень, азот і неметалеві вкраплини. Ковш витримують в камері 10... 12 хв. На початку вакуумування процес розвивається бурхливо, метал у ковші піднімається до 1/3 його висоти. Поступово кипіння затихає і тиск у камері доводиться до мінімального. Оксиди, які знаходяться в металі, відновлюються вуглецем. Після вакуумування сталі якість виливків, виготовлених із неї значно покращується.

Для вакуумування сталі рекомендують ковші з шиберною засувкою. Тривалість операції вакуумування 8...15 хв.

Вакуумування сталі можна здійснювати вакуумуванням струменя металу, що витікає із ковша. У камеру установлюють пустий ківш, ливарну форму або виливницю, у кришці камери знаходиться заливний отвір, через який подається струмінь металу.

Струмінь під дією газів, що виокремлюються із металу, поділяється на краплі, дегазується і стікає у пустий ківш (ливарну форму, виливницю). Суттєвим недоліком процесу є необхідність розширення парку ковшів; окрім того, у нижньому ковші можливе приварювання стопора до стакана першими порціями металу, що падає із верхнього ковша, тому необхідно нижній ківш підігрівати до 750.. .800°С.

Поєднання ковшового вакуумування з продуванням інертним газом дозволяє скоротити тривалість процесу і підвищити його ефективність

З метою інтенсифікації процесів вакуумування використовують індукційне перемішування сталі в ковші . У вакуумній камері розташовують індуктор, усередину якого установлюють ківш з рідким металом. Корпус ковша виготовляють із немагнетної сталі. Індукційне перемішування сприяє дегазації, прискорює розплавлення присадок, покращує властивості металу у виливках.

5. Особливості розливання високолегованих сталей

Основні дефекти у виливках утворюються в температурному інтервалі кристалізації „ліквідус-солідус", коли зароджуються лікваційні і сегрегаційні зони, розвиваються усадкові раковини і поруватість. Скорочення тривалості двофазного стану розплаву, суттєве прискорення кристалізації виливка можна досягнути введенням у рідкий метал дисперсних металевих часточок - інокуляторів, які суттєво знижують температуру сплаву і створюють в останньому численні центри кристалізації. Структура виливків помітно подрібнюється, гомогенізується, осьова усадкова поруватість і інші макродефекти ліквідуються, покращуються механічні властивості, підвищується вихід придатного литва .

6. Суспензійне розливання сталей

Суспензійним розливанням називають спосіб, при якому у процесі заповнення ливарної форми рідким металом або безпосередньо після нього в об'ємі розплаву створюють активні екзогенні або ендогенні центри кристалізації, дія яких проявляється у збільшенні швидкості процесу кристалізації та розвитку об'ємного тверднення виливка.

Основною перевагою суспензійного розливання є поєднання процесів мікролегування, модифікування і розкислення з процесом кристалізації металу у виливку.

Розрізняють три види суспензійного лиття:

• екзогенне — введення у рідкий метал у процесі його розливання у ливарні форми дисперсних інокуляторів, які сприяють об'ємному твердненню розплаву у формі, проведенню модифікування, мікролегування і розкислення сталі. Кількість інокуляторів, що вводять у метал - 1,0...5,0% від маси металу;

• ендогенне — накладення на розплав, який кристалізується, зовнішньої дії - механічної, ультразвукової, електромагнітної та ін.;

• комбіноване - використовують два або більше технологічних прийоми екзогенного або ендогенного лиття.

Як інокулятори для екзогенного лиття використовують:

- залізний порошок будь-якої марки, що виготовляється вітчизняною промисловістю (Броварський завод порошкової металургії) - 2,0.. .3,0% від маси виливка;

• сталевий або чавунний дріб — для середніх і великих виливків;

• гранули різних металів, феросплавів і лігатур;

• металеві кулі, стрижні, полоси, стружка та ін. - для товстостінних великих виливків.

До інокуляторів пред'являють такі вимоги:

- хімічний склад металу інокулятора повинен відповідати матеріалу 'виливка;

• інокулятор повинен бути максимально чистим щодо фосфору, сірки, кисню у вигляді оксидів SiO₂, CaO, А1₂Оз та ін.;

• гранулометричний склад інокулятора повинен бути оптимальним. Він визначається такими параметрами: масою та середньою товщиною сті нки виливка, а також температурою плавлення інокулятора. За звичайних умов діаметр інокулятора знаходиться у межах 0,5...3,0 мм, а при викорис танні алюмінію як інокулятора - до 5,0... 10,0 мм;

• форма інокулятора повинна бути сферичною або близькою до сфери чної, оскільки це визначає важливу характеристику інокулятора - текучість;

• насипна маса інокулятора повинна знаходитись у межах 3,0...3,5 t/m^j;

• інокулятор повинен бути сухим: кількість вологи не повинна перевищувати 0,25 %;

• собівартість дисперсного інокулятора повинна бути порівнюваною із вартістю сталі.

Суспензійне лиття скорочує тверднення виливків на 15...30%. Особливо ефективний цей спосіб при виробництві товстостінного литва, при якому збільшується на 10... 15% коефіцієнт використання рідкої сталі, зменшуються об'ємна усадка та поруватість виливків, підвищується тріщиностійкість та покращується якість поверхні виливків.

Найпростіша технологічна схема суспензійного лиття: Змішувальна камера з'єднана з приймальною за допомогою ливникового каналу, який розташований тангенціально по відношенню до них. Метал із ковша попадає у приймальну камеру і рухається каналом до змішувальної камери . Після появи першої порції металу у змішувальній камері відкривають дозатор і інокулятор попадає у потік металу, який здійснює кругообертальний рух. Він захоплює інокулятор, змішується з ним і через центральний отвір змішувальної камери попадає у ливникову систему форми. Після заповнення ливарної форми закривають стопор ковша і дозатор інокулятора. Систему камер і ливниковий канал виконують у стрижні з рідкоскляної суміші.

Пристрій для введення інокулятора в процесі заливання металу у ливарну форму нагадує попередню схему. Різниця полягає в тому, що метал із ковша металопроводом зразу подається у ливарну форму, а тому з початком заливання форми за допомогою важільної системи металопровід піднімається на декілька міліметрів уверх і через щілину, що утворилася між конічною частиною бункера і металопроводом, інокулятор попадає у рідкий метал, змішується з ним на шляху до ливникової воронки і попадає у порожнину ливарної форми, де додатково перемішується у процесі заповнення її металом.

Інжекційна установка для введення дисперсного інокулятора у струмінь рідкого металу більш удосконалена та ефективна у порівнянні з попередніми схемами, оскільки, вибираючи відповідний тиск газу, можна ввести інокулятор аж до центра струменя металу і таким чином ' більш рівномірно розосередити інокулятор в об'ємі рідкої сталі. Сопло виготовляють із металокерамічних матеріалів методами порошкової металургії, оскільки воно інтенсивно піддається абразивній дії з боку інокулятора. Як газ можна використовувати аргон.

Найбільш досконала електромагнетна установка ЕМУ-1 , яка дозволяє вводити інокулятор в метал енергією імпульсного магнетного поля.

За допомогою цієї установки процес оброблення розплаву інокулятором можна повністю автоматизувати. Установка працює за програмою у такій послідовності операцій: після відкривання шиберної засувки електродвигуном інокулятор похилим трубопроводом із бункера під дією гравітаційних сил рухається до відсічного соленоїда , який у цей час живиться струмом і утворює магнетне поле. Відповідно до програми з соленоїда на короткий час знімається напруга, магнетне поле, яке утримувало рух інокулятора по трубопроводу, перестає діяти і пакет інокулятора рухається до постійного магнета , де і зупиняється. У цей час струм подається на потужний кидальний соленоїд і на відсічний . Потужне магнетне поле, яке утворилося кидальним соленоїдом , вириває пакет інокулятора із слабкого магнетного поля постійного магнету і направляє трубопроводом у струмінь металу, а магнетне поле відсічного соленоїду перешкоджає рухові нової порції інокулятора униз. Процес повторюється за наведеною програмою. Установка ЕМУ-1 дозволяє регулювати масу пакетів інокулятора і частоту їх кидків.

Практика ливарного виробництва підтверджує перспективність використання суспензійного лиття як одного із методів позапічного оброблення сталі