неудовлетворительные механические свойства.

§ 2. Причины и меры предупреждения дефектов

Несоответствие размеров отливки чертежу может явиться след­ствием неправильно назначенной усадки при разработке модель­ного комплекта, а также неточной сборки формы. Этот дефект может быть устранен доводкой модельного комплекта, повышением точности сборки формы.

Несоответствие массы отлнвки заданной по чертежу возникает- также чаще всего по тем же причинам, Что и несоответствие размеров. Кроме этого, увеличение массы возможно также и вследствие деформации формы при заливке ее жидким металлом.

Спай (рис. 202) и недолив (рис. 203) в отливках образуются от неслившихся потоков металла, потерявших жидкотекучесть и за­твердевших до заполнения всей формы. Такие потоки получаются ^ПРИ заливке формы холодным металлом через питатели малого сечения, при чрезмерно влажной формовочной смеси (в тонкостен­ных отливках) или большом количестве каменноугольной пыли _^в формовочной смеси.

Заливы на отливке возникают обычно по разъему формы вслед­ствие изношенности опок, их коробления, а также из-за недостаточ­ного крепления формы.

Перекос в отливках образуется при небрежной сборке формы в результате смещения полуформы или неправильной центровке

„юности вредными примесями, плохого качества литейных красок,

Ужимины — узкие и длинные вмятины в отливке, прикрытые слоем металла, отделенного от тела отливки прослойкой формовоч- ного материала. Ужимины образуются обычно на плоских больших поверхностях отливок, особенно при сильном уплотнении сырых форм. Ужимины (рис. 204) появляются вследствие теплового воздей- ствия жидкого металла на стенки формы, в результате чего поверх- ностные слои формы разогреваются и деформируются, образуя _в отливке вмятину. Иногда деформации поверхностного слоя формы настолько велики, что поверхностная корочка формы отслаивается,

появляется трещина, в которую по- падает жидкий металл.

С целью устранения ужимин сле- дует не переуплотнять форму, зали- вать ее металлом с нормальной тем- пературой, увеличивать скорость за- ливки, применять специальные фор- мовочные краски, позволяющие ис-

ключить появление трещин в форме Рис. 204. Ужимина на поверх- и ее деформацию при прогреве метал- ^{ности отливки}

лом. Ужимины можно устранять на­несением рисок (в виде сетки пересекающихся линий) на поверх­ность формы ланцетом или выполнением специальных противоужим- ных ребер на модели. Риски уменьшают деформацию поверхности формы, препятствуют ее сжатию и отслаиванию.

Горячие трещины возникают в отливках при высокой темпера­туре заливаемого металла, повышенной усадке отливки, неправиль­ной конструкции литниковой системы и прибылей, при плохой податливости стержня и формы, неправильной конструкции отли­вок, неравномерном охлаждении, вызывающем внутренние напря­жения в отливке, а также при отклонениях химического состава металла от заданного. Горячие трещины имеют темную окисленную поверхность, тогда как холодные трещины, образующиеся при более низких температурах металла, имеют светлую металлическую неокисленную поверхность.

Холодные трещины могут быть следствием как неравномерной усадки отдельных частей отливки, так и просто механических повреждений при выбивке и очистке. С целью устранения холодных трещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливки в тонких и утолщенных местах.

Газовые раковины — пустоты в теле отливки, имеющие чистую ^и гладкую поверхность. Они бывают открытые (наружные) или закрытые (внутренние) и возникают при чрезмерной влажности и недостаточной газопроницаемости формовочной смеси, недоста­точной вентиляции формы и стержня или неправильном ее' устрой­стве, низкой температуре заливаемого металла, плохой просушен- ности формы и стержня, высоко^ содержании серы в металле и др.

Устранение этих причин снижает возможность образования газо­вых раковин.

Песочные раковины (рис. 207) возникают вследствие низкой прочности и влажности формовочной смеси, недостаточной поверх­ностной прочности стержня, слабого уплотнения и плохой про­дувки формы сжатым воздухом перед ее сборкой; кроме того, отдельные комочки и песчинки смываются струей металла во время заливки и заносятся в отливку. Этот брак можно устранить нор­мальным уплотнением формы, тщательной ее продувкой в процессе сборки и тщательной отделкой литниковой воронки; не следует, допускать длительного выстаивания формы перед заливкой.

Шлаковые включения могут быть расположены внутри отливки или на ее поверхности. Шлаковые раковины (включения) всегда полностью или частично заполнены шлаком, попадающим в отливку во время заливки металла в форму. Они образуются вследствие

быть недостаточная вентиляция формы, большая газонасыщенность сплава и недостаточная газопроницаемость песчаных стержней.

Несоответствие химического состава металла отливок заданному может произойти вследствие неправильного взвешивания шихто­вых материалов, смешивания различных сортов материалов, не­правильного ведения процесса плавки. Чтобы устранить брак по химическому составу, необходимо контролировать исходные шихто­вые материалы, поступающие на шихтовый двор, строго соблюдать порядок их взвешивания, следить за ходом плавки, т. е. контро­лировать количество подаваемого воздуха, давление дутья, коли­чество загружаемого топлива, состав колошниковых газов и т. д.

Несоответствие (ухудшение) механических свойств отливок за­данным является обычно следствием несоответствия химического состава и структуры металла заданным. •

§ 3. Контроль качества отливок

Контроль отливок начинают с внешнего осмотра в два этапа: предварительно до очистки и отжига, а затем после окончательной очистки.

Химический состав отливок определяют в цеховой экспресс- лаборатории или заводской лаборатории методами химического или спектрального анализов. Пробой на химический и спектральный анализ служит обычно прилитый к отливкам образец или образец для механических испытаний.

При спектральном анализе между электродом и поверхностью отливки образуется искра или электрическая дуга, свет от которой разлагается оптической призмой на цветной-спектр, характеризую­щий химический состав металла. Этот способ основан на сопостав­лении спектра исследуемого металла со спектром эталона. Сравни­вая интенсивность линий, -характеризующих содержание того или иного элемента в спектрах эталона и исследуемого образца, судят о содержании этого элемента в отливке. Основное преимущество спектрального анализа заключается в быстроте определения на спектральном приборе содержания марганца, хрома, никеля, крем­ния.

Геометрические размеры отливок контролируют с помощью шаблона, специальных приспособлений и в отдельных случаях по разметке на плите. Отклонения в размерах не должны превышать допускаемых.

При контроле механических свойств отливки из серого чугуна проверяют на изгиб, растяжение, стрелу прогиба, твердость и иногда на сжатие. Для испытаний отливают специальные образцы. Отливки из ковкого чугуна испытывают на растяжение, удлинение, твердость и в некоторых случаях на ударную вязкость, отливки из стали — по выточенным из заготовки образцам — на растяже­ние, удлинение, сжатие и твердость, отливки из цветных сплавов на растяжение, удлинение и твердость.

Структуру металла отливок устанавливают при рассмотрении специально приготовленных образцов-шлифов невооруженным гла­зом (макроскопический анализ) по излому специальных технологи­ческих образцов или под металлографическим микроскопом при увеличении в 100—500 раз.

Дефекты в отливках (трещины, раковины, рыхлоты) можно обнаружить магнитным способом, просвечиванием рентгеновскими _и гамма-лучами и испытаниями на герметичность.

смачивают жидкой магнитной эмульсией (метод эмульсии). Мелкие отливки иногда помещают в ванну с магнитной эмульсией. Нанесен- ный на поверхность отливки порошок собирается в месте располо- жения скрытого дефекта и выявляет, таким образом, его границы.

Контроль отливок рентгеновскими лучами производят при помощи специальных рентгеновских установок (рис. 209). Рентгенов- ская трубка представляет собой стеклянный сосуд, из которого выкачан воздух до разрежения Ю'⁶—10 ⁷ мм рт. ст. К электродам 1 и 2 присоединяют источник высокого напряжения (100—220 кВ). Трансформатор 3 накала катода разогревает его, и под действием

электрического поля электроны с катода устремляются к аноду и создают коле- бания электронов во внутренних элек- тронных оболочках атомов металла ано- да. В результате этих колебаний возни- кают короткие электрические волны, называемые рентгеновскими лучами. Рентгеновские лучи с анода направ- ляются на отливку 4. Внутренние де- фекты 5 (трещины, раковины, рыхлоты) уменьшают фактическую толщину тела отливки (h>h₁^Jrh₂), через которую проходят рентгеновские лучи, поэтому и поглощение их разными частями от- ливки различно. Там, где лучи прохо-

Рис. 210. Схема просвечива- дят через раковину или трещину, по- ния отливки гамма-лучами глощаемость их отливкой будет меньше,

поэтому на фотопластинке 6 местона­хождение раковины, рыхлоты или трещины выявится пятном, повторяющим очертания дефекта.

Рентгеновские лучи вредно действуют на 'организм человека, поэтому при их применении необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Просвечивание гамма-лучами позволяет обнаруживать внутренние дефекты в отливках со стенками толщиной 15 мм. Гамма-лучи образуются при излучении радиоактивных изотопов. Наиболее распространены для просвечивания отливок установки с радиоак­тивными изотопами Со⁶⁰. Однако Со⁶⁰ обеспечивает качественные снимки только при контроле отливок толщиной более 30 мм.

На рис. 210 показана схема просвечивания отливки гамма- лучами. Ампула 1 с источником гамма-лучей находится в защитном контейнере 2. Исследуемую отливку 3 помещают над фотопластин­кой 4. Гамма-лучи проходят через тело отливки и встречают на своем пути внутренний дефект 6. Интенсивность гамма-лучей буде^1, больше в месте дефекта, так как здесь они встречают меньшее сопротивление среды. Поэтому на фотопленке 4 против дефекта о появится более темный отпечаток 5 по сравнению с остальной поверхностью фотопленки.

Контроль отливок на герметичность производят гидравлическим испытанием, при котором отверстия полости отливки закрывают. 0 качестве жидкости применяют воду. Давление при гидравли-; ческом испытании назначают в зависимости от условий работы детали. Наружная поверхность отливки должна быть сухой, иначе обнаружить следы течи невозможно.

При пневмоиспытании поверхность отливки покрывают мыльным раствором, в случае течи на поверхности отливок появляются пузыри.

§ 4. Способы исправления дефектов отливок

Незначительные дефекты на неответственных поверхностях отливки могут быть исправлены. Основными способами исправления дефектов в чугунных отливках являются электросварка, металлиза-' ция, газовая сварка, декоративное исправление замазками, про­питка различными составами и механическая заделка.

Холодной сваркой исправляют дефекты чугунных отливок элек- тродуговым способом стальными, медными или железными элек­тродами, медными с железной оболочкой, медноникелевыми, а также специальными электродами. Дефектные места, подлежащие заварке, разделывают пневматическими зубилами или высверливают. Пра­вильно разделанная под заварку раковина должна иметь чашеобраз­ную форму с отлогими стенками под углом 35—40° и с открытым дном. Трещины следует вырубать на всю глубину.

По сравнению со сталью чугун обладает худшей свариваемостью. Значительная хрупкость, повышенная чувствительность к скорости охлаждения, резкий переход от твердого состояния к жидкому и наоборот осложняют процесс сварки чугуна. Ввиду неравномер­ности нагрева, имеющего место при сварке, особенно холодной, завариваемое место получается неоднородным по структуре. При некачественной сварке в отливке возможно образование трещин и других дефектов в сварном шве и основном металле.

Сваркой с подогревом чугунными электродами исправляют дефекты, расположенные на обрабатываемых поверхностях чугун­ной отливки (раковины больших размеров, сквозные отверстия и трещины). При этом обеспечивается однородность наплавленного чугуна с основным. Отливки перед заваркой нагревают до 600— 650° С (темно-красный цвет). Крупные отливки нагревают в особых ямах, вырытых в почве. Дно таких ям засыпают горящим углем, ^а на него укладывают исправляемую отливку. Отливки нагревают °чень медленно — в течение 14—15 ч. Температура нагрева отлив­ки определяется с помощью контактной термопары. После за­варки исправленное место засыпают раскаленным коксом. Отливка Должна охлаждаться медленно, чтобы место заварки не отбели­валось.

Металлизацию применяют после заварки для устранения пори­стости в отливках из серого чугуна. Для металлизации место за- ^ВаРки зачищают, слой металла (0,3—0,8 мм) наносят специальным

аппаратом — металлизатором, толщина слоя за один проход 0,03 мм. —

Сущность процесса металлизации состоит в том, что мелкие капли металла, расплавленные электрической дугой, выдуваются сжатым воздухом и наносятся на место отливки, требующее исправ­ления.

Газовую сварку с общим подогревом отливок используют для отливок из серого чугуна, имеющих сложную конфигурацию и резкие переходы от тонкой к толстой части. Этот способ заварки гарантирует высокую прочность и плотность сварного соединения, а также однородность химического состава и механических свойств основного и наплавленного чугуна. Отливка нагревается перед заваркой до 700° С для предупреждения появления трещин, напря­жений и образования отбела в металле отливки.

В качестве присадочного материала применяют чугунные стержни диаметром 5—6 мм и длиной 350—450 мм. Поверхность стержней чцолжна быть чистой и плотной, не иметь раковин и шлаковых вклю­чений. Присадочный материал и места заварки нагревают кисло- родно-ацетиленовым пламенем или другим газом (водородом, па­рами бензина, керосина и др.). Отжиг отливок после заварки для снятия напряжений производят при 450—500° С.

Декоративное исправление чугунных отливок замазками приме­няют главным образом для улучшения внешнего вида отливки в местах, не подвергающихся механической обработке. Замазки должны обладать хорошей плотностью и сцеплением с металлом. Замазка при обстукивании молотком не должна отскакивать от отливки и растворяться в керосине, масле и эмульсиях. После разделки дефектное место на поверхности отливки заполняют замазкой, образующей плотный слой, который зачищают абрази­вом. Для приготовления замазок применяют эпоксидные смолы марок ЭД-5 и ЭД-6. После затвердевания замазку зачищают, а затем отливки поступают на механическую обработку. Затвердевшая замазка представляет собой массу высокой прочности, которая хорошо обрабатывается на металлорежущих станках и Поддается шлифованию.

Для повышения герметичности чугунные отливки пропитывают раствором нашатыря, хлорного железа с железным суриком и натриевой селитрой, раствором углекислой серы под давлением- 4—5 кгс/см² и бакелитовым лаком под давлением 10—30 кгс/см*. Наиболее распространена пропитка бакелитовым лаком, который после нагрева до 200° С и медленного охлаждения становится непроницаем для воды, бензина и масла. Отливки высушивают на воздухе в течение 2—3 ч.

При заварке бронзовых отливок в качестве присадочного мате­риала применяют бронзовый пруток, в который вводят в качестве раскислителей алюминий, фосфор и марганец. В качестве флюса применяют 68% буры, 10% борной кислоты, 2% древесного угля и 20% поваренной соли. Дефекты в бронзовых отливках заваривают

газовой горелкой. После заварки бронзовые отливки для улучшения структуры нагревают до 550—600° С с последующим быстрым охлаждением. . ■

При заварке алюминиевых отливок необходимо применять восста­новительное пламя, так как алюминий сильно окисляется. Для уменьшения окисления и растворения образовавшегося тугоплав­кого окисла применяют флюсы следующего состава: 15% LiCl; 7% KF; 3% Na₂S0₄; 30% NaCl и 45% КС1.

Перед заваркой алюминиевые отливки необходимо нагреть до 400° С для уменьшения в них внутренних напряжений. Алюминие­вые прутки (99% А1 или 92% А1 и 8% Си) являются присадочным материалом. Для устранения внутренних напряжений алюминие­вые отливки после заварки нагревают до 350° С.

§ 1. Общие сведения

Ковкий чугун как конструкционный материал широко приме-

няют в автомобильном, транспортном и сельскохозяйственном ма-

шиностроении. Он представляет собой отожженный белый чугун

После отжига твердость отливок

уменьшается, пластичность и об-

рабатываемость резанием улуч шаются- В процессе отжига про исходит графитизация белого чу гуна — образование углерода от жига компактной формы, благо даря чему улучшаются механиче скиесвойства чугуна Посравне нию с серым чугуном ковкий чу-

гун имеет высокие механические свойства (табл. 52), большое относительное удлинение. По- этому в ряде случаев выгоднее изготовлять фасонные тонкостен- ные отливки из ковкого чугуна, чем из стали. Однако недостат- ком ковкого чугуна являетсй длительный цикл его отжига.

Применяют два вида ковкого чугуна: ферритный, иди черносер­дечный, и перлитный, или белосердечный.

Ферритный {черносердечный) ковкий чугун. Этот чугун имеет бархатистый излом и тонкую наружную светлую кайму. Микро­структура отожженного черносердечного ковкого чугуна состоит из углерода отжига в виде компактных звездчатых и паукообраз­ных образований и феррита.

Механические свойства ферритного 'ковкого чугуна: предел прочности при растяжении 30—37 кгс/мм², относительное удлинение 6—12%, НВ 149—163.

§ 2. Особенности технологии формовки

каналом-шейкой. При длинной и узкой шейке белый чугун прежде­временно застывает и питание прекращается. Шейка должна иметь пережим для легкого отделения бобышек от отливки. Сечение шейки в пережиме рекомендуется делать около 65—75% сечения тела отливки в питаемом месте. Расстояние от пережима до тела отливки обычно составляет не более 3 мм. Форма для отливки ступицы заднего колеса автомашины из чугуна КЧ 35-10 приведена на рис. 2II.

С целью устранения рыхлот и трещин в отливках в утолщенных местах устанавливают при формовке холодильники для ускорения

вследствие меньшей жидкотекучести белого чугуна и увеличенного сечения питателей. Расчет литниковой системы можно производить по формуле Дитерта, а соотношение принимать

/^,п^шл^ст=Ы_!1,5, ,

т. е. иное, чем для отливок из серого чугуна. Такая литниковая система является незаполненной и не может задерживать шлак. Шлак при заливке белого чугуна в форму задерживается фильтро­вальными сетками, изготовленными из стержневой смеси, установ­кой дроссельной литниковой системы и другими способами. Размеры усадочного питателя можно рассчитывать по следующей методике, рекомендуемой Б. В. Рабиновичем. Определяем модуль охлаждения отливки:

т ^от

t р »

где V"_0T — объем отливки; F — поверхность отливки.

Размеры усадочного питателя можно определять по графику, приведенному на рис. 212, по известным значениям массы отливки Q и модулю охлаждения L.

-§ 3. Плавка белого чугуна

При производстве высококачественного ковкого чугуна необхо­димо выплавлять чугун с низким содержанием углерода и кремния,

^ определяющим структуру основной металлической массы, количество и форму графита. Особое влияние на механические свойства чугуна оказывает содержание углерода. В связи с этим при плавке следует получать стабильный состав чугуна с пониженным содержанием уг-' лерода, наименьшей окисленностью и возможно высоким пере­гревом 1500—1550°. Высокий перегрев необходим для повышения жидкотекучести чугуна и его модифицирования, так как в процессе модифицирования чугун охлаждается. Кроме того, при перегреве чугуна лучше отделяются шлаковые включения и измельчается графит, в результате ускоряется процесс отжига и при заливке газы лучше удаляются из отливки.

Белый чугун плавят в вагранке, пламенный печи и дуплекс-про­цессом вагранка + электропечь, вагранка -f пламенная печь, ва­гранка + индукционная печь. Плавка в вагранке является самым дешевым и простым способом, но при этом не обеспечивается устой-' чивое получение ковкого чугуна, наиболее широко употребляемых марок, так как в вагранке трудно получить белый чугун с низким содержанием углерода и высоким перегревом.

Качественный ковкий чугун с устойчивым низким содержанием углерода, высоким перегревом и, соответственно, хорошими меха­ническими свойствами можно получать дуплекс-процессом вагран­ка + электропечь с кислой футеровкой. Чугун плавят в вагранке, затем,его переливают в электропечь, в которой нагревают до 1500—

(16)

Величину С_ст принимают по фактическим данным, коэффициент К — в зависимости от расхода кокса и воздуха (табл. 53). Коэффициент I находят по формуле

l — ah,

гдеа — коэффициент, а= 1 при установке копильника и а — 1,5 при вагранке без копильника; h — высота горна, м.

Пример. Состав шихты: 30% доменного чушкового чугуна (3,7% С), 50% возврата собственного производства (2,8%-С) и 20% стальных отходов (0,04 % С).

В горне вагранки науглероживание очень незначительно, так как под набит почти до уровня фурм. Расход кокса на рабочую ко­лошу составляет в среднем 12—14%, удельный расход воздуха 100—110 м³/(м²-мин); согласно табл. 53, К— 1,5, находим содержа­ние углерода по соотношению (16) с учетом формулы (15):

С_ж. _ч = 0,3 ■ 3,7 + 0,5 • 0,28 + 0,2 (0,04 + 1,6) = 2,84%.

Для упрощения расчета не учитываем углерод, вводимый в шихту с ферросплавами. Для получения в жидком чугуне 2,5—2,6% С увеличивают в шихте количество стальных отходов до 40% с содер­жанием 0,04% С, доменного чушкового чугуна не.изменяют и умень­шают до 30%. возврат собственного производства с содержанием 2,8% С. Тогда при расчете по формуле (15) получим в жидком чу­гуне

С_ж. _ч = 0,3 -3,7 + 0,3 • 2,8 + 0,4 (0,04+1,52) = 2,57%.

На ГАЗе после изменения конструкций горновОй части вагранки и устройства металлоприемника получают чугун со стабильным со­держанием углерода не выше 2,7%. Высота горна от нижней кромки фурм составляет 220—240 мм в результате устройства набивного пода и металлоприемника у металлической летки в виде усеченного конуса. Под набивают, как обычно, наполнительной формовочной смесью. Металлоприемник получают заформовыванием деревянного вкладыша. При загрузке холостой колоши металлоприемник запол­няют крупным коксом. Для выпуска чугуна из вагранки делают три летки диаметрами: нижняя 40 мм, средняя 35 мм и верхняя 30 мм. Первый чугун выпускают из вагранки через нижнюю летку. После того как пойдет достаточно разогретый чугун, нижнюю летку заделывают и открывают верхнюю, которая является рабочей на все время плавки. Средняя летка служит запасной на случай выхода из строя нижней или верхней летки.

Для отделения шлака внутри вагранки и выпуска его отдельно от чугуна между металлической леткой и внутренним рядом футе­ровки вагранки сделан вертикальный канал (от пода металлоприем­ника до верхней металлической летки). Канал сообщается с метал- лоприемником через отверстие во внутреннем ряду футеровки горна, расположенное на уровне пода металлоприемника и нижней метал­лической летки (рис. 213). Чугун выпускается непрерывно в миксер-

В процессе плавки необходимо следить за количеством подавае­мого воздуха в вагранку. При завышенном количестве воздуха чу- ,гун сильно окисляется и в отливках образуются трещины и недоливы- Количество подаваемого в вагранку воздуха зависит от диаметра вагранки в поясе плавления. Например, для вагранки диаметром 1550 мм необходимо подавать воздуха около 135 м³/мин на 1 м сечения плавильного пояса.

Опускание шихты в шахте вагранки более чем на одну колошу _в процессе плавки не допускается. При остановках вагранки более чем на 30 мин следует делать пересыпку из отборного кокса разме- ром 40—100 мм. Шлак из вагранки необходимо выпускать периоди- чески через 20 мин, не допуская ухода чугуна в шлаковую летку и шлака в металлическую.

В случае повышенного содержания серы в чугуне (от 0,1 до 0,12% и более) первые три-четыре колоши чугуна следует под- вергать обессериванию кальцинированной содой. Чугун после обессеривания содержит 0,06—0,08% S. Для выравнивания хими-

ческого состава белого чугуна уста- навливают миксер между двумя работающими вагранками, их слив- ные желоба соединяют над миксе- ром в один желоб.

Дуплекс-процесс вагранка+пла- менная печь. В вагранке распла- вляют чугун, в пламенной печи его перегревают и доводят до заданного состава. Вагранки сое- диняют с пламенными печами с помощью желобов, имеющих ук- лон 20°. Чугун, стекающий, из ва- гранки в пламенную печь, проходит шлакоотделительную коробку, где освобождается от шлака. Чтобы чугун не науглероживался и не насыщался серой, расстояние от подины до нижней кромки фурм должно быть около 100 мм.

Перед заливкой чугуна в пла- менную печь ее разогревают в те-

чение 2 ч до выпуска первого чугуна из вагранки. Затем в печь заливают чугун, где он прогревается до заданной температуры. При доводке чугуна по химическому составу в пламенную печь для сни- жения содержания углерода добавляют стальной лом, а при не- достатке углерода в шихту добавляют чушковый чугун и уменьшают стальной лом. Недостаток кремния и марганца восполняют добав- кой соответствующих ферросплавов.

После доводки чугуна по составу и достижения необходимой температуры чугун выпускают из печи и во время выпуска модифи­цируют алюминием (0,015%). Алюминий подают на дно Ковша .перед заполнением его жидким чугуном. Температура чугуна на Желобе пламенной печи 1460—1480° С.

К недостаткам такого дуплекс-процесса, можно отнести боль­шие потери теплоты с отходящими газами, высокий угар ме­талла и частые капитальные ремонты борова печи и отдельных ^ее частей.

1

флтизации при отжиге чугуна. Висмут сильно переохлаждает чугун и способствует надежному получению структуры белого чугуна.

Висмут является дорогостоящим элементом, угар его составляет свыше 70% массы присадки. По этим причинам висмут иногда за­меняют, например, сурьмой, которая действует аналогично висмуту, хорошо растворяется в чугуне и практически не окисляется.

При модицифировании комплексным модификатором (висмут-бор- алюминий) все составные его части ссыпают в бумажный пакет или брикетируют, а затем забрасывают в ковш при его заполнении чугуном.

Дуплекс-процесс вагранка + канальная индукционная печь.

В литейном цехе ковкого чугуна ЗИЛа для плавки белого чугуна применяют дуплекс-процесс вагранка + канальная индукционная печь. Чугун, выплавляемый в вагранке, имеет следующий состав: 2,75—2,86% С, 0,95—1,3% Si, 0,25—0,4% Мп, до 0,16—0,2% S, до 0,15—0,16% Р и до 0,05—0,06% Сг. Температура чугуна при выпуске из вагранки 1380—1400° С. Чугун из вагранки подают в ковшах в канальную индукционную печь промышленной частоты.

Присадка в канальную индукционную печь ферросплавов, же­лезной руды, стального лома и других добавок для доводки химиче­ского состава чугуна запрещается. Запрещается также присадка вы­шеперечисленных добавок в сифон для слива в печь. В случае необ­ходимости ферросплавы вводят по ходу плавки в горячий ковш, наполняющийся чугуном из вагранки или копильника. После рас­творения присадок и удаления шлака чугун заливают в канальную печь. При этом нельзя допускать попадания шлака в печь. Шлак необходимо скачивать с каждого ковша непосредственно над при­ямком у вагранки, сразу же после его заполнения из миксера. В случае образования слоя шлака в печи, начинающего затягивать «зеркало» чугуна в зоне видимости через шлаковое окно, его необхо­димо скачивать при наполненной не менее чем на 50% печи.

Чугун после доведения по составу и достижения температуры не свыше 1500° С выпускается из электропечи в раздаточные ковши. При заполнении ^х/_а ковша чугуном на струю чугуна подают пакет, с комплексным модификатором (алюминий + висмут + борная кис­лота).

Применение канальных печей в дуплекс-процессе с вагранкой дает возможность получать чугун однородного состава и устранить переотжиг ковкого чугуна.

§ 4. Очистка отливок

Отливки из ковкого чугуна подвергают двойной очистке — до отжига и после. Очистку отливок из белого чугуна до отжига производят с целью выявления бракованных отливок, а также Для отделения формовочной смеси заливов, заусенцев от поверх­ности отливки, которые после отжига трудно удалять. Литники и прибыли удаляются легко, их отбивают молотками или кувалдой

вручную. Эту операцию выполняют аккуратно из-за хрупкости от­ливок. Дальнейшие операции очистки отливок такие же, что и при очистке обычных чугунных отливок.

Отливки после отжига очищают от окалины и формовочной смеси. Остатки литников и прибылей удаляются на специальных прессах, пневматическими молотками и на зачистных автоматах. Правка отливок из ковкого чугуна производится после отжига, очистки и удаления остатков литников и выпоров-, отливки, засыпанные перед отжигом песком, имеют небольшое коробление, и поэтому их или вовсе не правят, или производят незначительную правку. При от­жиге без засыпки песком отливки коробятся значительно, и почти 100% отливок приходится править в специальных штампах на прес­сах. Для этой цели применяют фрикционные и гидравлические прессы. В поточно-массовом производстве в автомобильной промыш­ленности распространены фрикционные прессы ФА123 и ФА125 ' усилием 100 и 180 тс. Гидравлические прессы применяют главным , образом для правки отливок сложной конфигурации и больших габаритных размеров. В настоящее время широко применяют прессы П457 усилием 200 тс.

Глава u процесс отжига отливок

§ 1. Общие сведения

•

Отливки из белого чугуна после очистки подвергают отжигу в печах периодического и непрерывного действия, отапливаемых газом, мазутом или в электропечах. В процессе отжига происходит графитизация чугуна — образование углерода отжига округлой формы.

Белый чугун отжигают либо до полной графитизации, либо до графитизации с одновременным обезуглероживанием. При полной графитизации получается ферритный ковкий чугун или черносердеч­ный (по излому), при графитизации с-обезуглероживанием — пер­литный чугун или белосердечный (по излому). Чтобы предупредить обезуглероживание чугуна, отжиг того или иного типа проводят в герметичной упаковке, в нейтральных или окислительных I средах.

Процесс графитизации разделяется на стадии: начальная проте­кает при 960—1050° С; промежуточная — при охлаждении до | ' эвтектоидной температуры; конечная — в эвтектоидном интервале % или несколько ниже его. \

В соответствии с происходящими при отжиге превращениям) 1 выбирают режим отжига для получения ковкого чугуна. j

Отжиг отливок на ферритный ковкий чугун проводят в нейтраль- 1 ной среде. При небольших масштабах производства отжиг осу- J

800

Гуне более 3,2% С затрудняется получение белого чугуна, особенно в толстостенных отливках, и сильно снижаются механические свойства ковкого чугуна. Прочность и твердость ковкого чугуна повышаются с увеличением содержания связанного углерода а пластичность снижается. Пластические свойства ковкого чугуна' в особенности удлинение, зависят главным образом не от степени размельчения углерода отжига, а от плотности его упаковки и округленности формы его выделений.

Углерод на процесс графитизации в первой стадии влияет мало, во второй стадии — весьма значительно, сокращая время, необхо­димое для распада эвтектоидного цементита. Это объясняется тем, что с повышением содержания углерода в ковком' чугуне увеличи­вается число центров графитизации.

Влияние кремния. Кремний хорошо растворяется в аустените. При повышенном содержании кремния в чугуне уменьшается содер­жание углерода в ледебурите, аустените и перлите. Кремний ин­тенсивно влияет на процесс графитизации как структурно-свобод­ного, так и эвтектоидного цементита, способствует увеличению числа центров графитизации. Повышение содержания кремния в ковком чугуне ускоряет процесс отжига, но при чрезмерно_; высоком со­держании кремния во время охлаждения отливки вместо белого чугуна получается половинчатый или серый чугун. Поэтому при на- . значении количества кремния в чугуне следует учитывать химичес­кий состав остальных элементов в ковком чугуне и скорость ох­лаждения отливок (толщину стенок отливок)..

Н. Г. Гиршович рекомендует определять графитизирующую спо­собность для обычных отливок, из ковкого чугуна по формуле

0,5C-f Si = 2,1—2,5.

С увеличением содержания кремния в чугуне уменьшаются удли­нение, сужение поперечного сечения и ударная вязкость. Предел .прочности при растяжении при содержании до 1,0% Si остается без изменения, а свыше 1,0% — уменьшается.

Влияние марганца. Марганец обладает полной взаимной раство­римостью с железом в жидком и твердом состояниях, образуя с углеродом карбид марганца Мп₃С. Марганец противодействует графитизации в первой стадии и особенно во второй. Марганец при содержании 0,5% следует считать элементом, тормозящим процесс графитизации.

Влияние серы. Сера образует легкоплавкую эвтектику Fe—FeS и, будучи практически нерастворимой в железе, сильно влияет на цементит, повышая его стойкость. Сера противодействует графи­тизации не только при затвердевании, но и при отжиге.

Для нейтрализации вредного влияния серы при производстве ковкого чугуна вводят марганец, .количество которого определяю^ по формуле

Мп _ 1 у | 0,3 S ^—1»'т s '

Влияние, фосфора. Содержание до 0,18% Р заметно не влияет на процесс графитизации. Фосфор уменьшает растворимость углерода в ледебурите и понижает температуру плавления чугуна. Фосфор, образуя с ферритом твердый раствор небольшой концентрации, в слабой степени способствует графитизации и не влияет на процесс отжига ковкого чугуна. Механические свойства ковкого чугуна ухудшаются, особенно ударная вязкость.

Влияние хрома. Хром является карбидообразующим элементом и сильным замедлителем процесса графитизации, образует с угле­родом стойкие карбиды. Н. Г. Гиршович считает, что при 0,1% Сг в ковком чугуне нельзя получить ферритную структуру, так как

i - - г

•>..М. .j§

<

W

cvr

Рис. 215. Микроструктура (x200):

a — белого чугуна до отжига (П + Ц); б — ферритного ковкого чу- гуна после отжига (Ф + Г)

происходит сильное торможение первой и второй стадий графити­зации и возникает склонность чугуна к образованию структуры зернистого перлита. Это подтверждается практикой ЗИЛа и ГАЗа, которая показывает, что содержание хрома не должно быть.выше 0,06%.

Влияние структуры исходного белого чугуна в отливках. Чем мельче структура, которая получилась в результате перегрева чугуна и быстрого охлаждения отливок, тем быстрее идет процесс отжига.

Влияние массы садки отливок в печи. Чем больше садка печи и чем толще стенки отливки, тем медленнее процесс отжига, и наоборот.

Температура нагрева чугуна в первой стадии. Чем выше тем- пература первой стадии графитизации, тем быстрее идет процесс' отжига, но нельзя ее повышать до 1000° С, так как при высокой ^температуре отливки сильно коробятся и их трудно править, а за-, частую и вовсе невозможно.

_ Конструкция отжигательной печи очень влияет на ускорение процесса отжига. Например, в методических печах проходного типа С' защитной атмосферой, где отливки укладывают без тары, на отливках нет окалины, и процесс отжига значительно сокращается.

Структуры белого и ферритного ковкого чугуна приведены на рис. 215.

Отжиг отливок на перлитный ковкий чугун. Отливки до отжига имеют средний состав: 1,8—3,0% С; 0,7—1,1% Si; 0,35—1,0% Мп; до 0,18% Р; до 0,12% S и до 0,08% Сг.

Отливки после отбивки литников и очистки от пригоревшей формовочной смеси укладывают в ящики и засыпают железной рудой, затем ящики закрывают крышками, замазывают глиной и ставят

в печи. Отжиг проводят в

окислительной атмосфере с поверхностным обезугле- роживанием.

Процесс отжига заклю- чается в нагреве отливок в. печи до 950—1100°С с длительной выдержкой их при этой температуре (рис. 216). Во время на- грева и выдержки струк- турно-свободный цементит распадается на углерод от- жига, структура чугуна состоит из аустенита и уг- лерода отжига. При охлаж-

дении во второй стадии отжига аустенит превращается в перлит, структура состоит из перлита и углерода отжига. После отжига, содержание углерода отжига в чугуне уменьшается. В процессе обезуглероживания отливок происходят следующие реакции:

Fe₃C + FeO-^4Fe + CO; Fe₃C+C0₂->3Fe + 2C0

' Окись углерода с рудой образует углекислый газ. Перлитный чугун имеет серебристый излом, и микроструктура отливок по сечению резко меняется: у поверхности чугун имеет структуру феррита (обезуглероженный слой), к центру — перлитио-феррит- ную структуру или перлитную с углеродом отжига. Перлитный ковкий чугун обладает меньшим удлинением, чем ферритный чугун, поэтому его применяют для менее ответственных отливок: фитин­гов, ниппелей, гаек и др.

После отжига отливки контролируют по макроструктуре, меха­ническим свойствам и микроструктуре. Для определения макро­структуры на отливках делают приливы (свидетеля) и после от­жига их отбивают для осмотра излома. Излом ковкого ферритного

0,03% А1 (от массы чугуна), 0,002—0,004% Bi и такое же коли- чество бора. Лучшие результаты при отжиге достигаются при одновременном замедленном нагреве в интервале 250—450° С С выдержкой при этой температуре 3—4 ч.

При модифицировании белого чугуна магний способствует от­беливанию чугуна и позволяет вести отжиг при более высокой тем­пературе и получать шаровидный графит.

Легирование ковкого чугуна. В качестве легирующих элемен­тов могут быть использованы графитизирующие элементы: кремний никель и медь. Кремний и алюминий способствуют увеличению числа центров графитизации, создают возможность сократить пути диф­фузии и ускоряют процесс графитизации. Кремний следует вво­дить в чугун только в таком количестве, которое не способствует образованию первичного графита в отливке. Никель и медь уско­ряют диффузию углерода и несколько ускоряют процесс отжига, но никель — дорогостоящий и дефицитный материал, поэтому приме­нять его нежелательно. Присадка в чугун до 1,5—1,7% Си уско­ряет процесс отжига примерно на 30% и способствует увеличению прочности ковкого чугуна.

Предварительная закалка отливок. Длительность отжига после закалки при 950° С достигает 15—20 ч для отливок с небольшой толщиной стенок. Это объясняется тем, что после закалки резко увеличивается число центров графитизации.

Такой метод можно использовать только для отливок простой конфигурации при небольшом масштабе производства. В отливках сложной конфигурации при закалке образуются трещины. Поэтому в массовом производстве он еще не нашел практического приме­нения.

Раздел пятый производство отливок из стали

нии после охлаждения на воздухе, В этом случае стали разделяют на: 1) перлитные, в которых происходит распад аустенита на пер. литно-ферритную смесь в области наименьшей устойчивости аусте­нита; такую структуру имеют углеродистые; низко- и среднелеги­рованные стали; 2) мартенситные, в которых при термообработке происходит переохлаждение аустенита до мартенситного превраще­ния, например сталь 20Х13НЛ; 3) аустеиитные, имеющие темпера­туру начала мартенситного превращения ниже 0; такая структура характерна для стали 110Г13Л, высоколегированных жаростойких И жаропрочных сталей.

Эта классификация условна, так как при изменении скорости охлаждения в сталях перлитного класса можно получить мартен- ситную структуру и наоборот.

По способу получения стали для фасонных отливок разделяют на мартеновскую (основную и кислую), бессемеровскую, электросталь (основную и кислую).

Мартеновскую сталь (основную) чаще всего применяют для крупных отливок, так как она обладает хорошими свойствами, не­высокой стоимостью и может быть одновременно выплавлена в боль­шом количестве.

Бессемеровскую сталь применяют при производстве отливок из углеродистой стали. ■

Сталь (основную и кислую) обычно выплавляют в дуговых печах, высоколегированную сталь — в индукционных.

По применению'стали разделяют на: 1) конструк­ционные для изготовления литых деталей машин; эти стали под­разделяют на углеродистые и легированные (часто конструкцион­ные стали классифицируют по назначению: для гидротурбин, элек­тромашин, железнодорожного транспорта и т. д.); 2) инструмен­тальные для изготовления инструмента, обычно это высоколегиро­ванные и высокоуглеродистые стали; 3) специальные стали: корро­зионностойкие, износостойкие, окалиностойкие, кислотостойкие, жаропрочные, жаростойкие и др.; обычно это высоколегированные стали.

§ 2. Углеродистые стали

Наибольшее применение для изготовления фасонных отливок находят углеродистые стали, в состав которых входят углерод, марганец, кремний, фосфор и сера. Основное влияние на механи­ческие и литейные свойства оказывает углерод. Сера и фосфор яв­ляются вредными примесями в стали. Сера ухудшает жидкотеку- честь стали при высоких температурах, увеличивая склонность ее к образованию горячих трещин. Фосфор понижает ударную вяз­кость стали и тем больше, чем выше содержание в ней углерода. Поэтому содержание фосфора и серы в стали ограничивают: до­пустимое суммарное содержание серы и фосфора не должно превы­шать* 0,1 %.

С увеличением содержания углерода в стали возрастают пре­дел прочности, твердость и предел текучести (до 0,55% С), а удли­нение, сужение поперечного сечения образца и ударная вязкость понижаются. Марганец оказывает раскисляющее действие и ней­трализует вредное влияние серы, связывая ее в химическое соеди­нение MnS. Содержание марганца и серы в углеродистой стали должно соответствовать отношению Мп :з= 1,71 S. Содержание марганца обычно составляет 0,3—0,8%. Кремний в углеродистой стали обладает высокой раскисляющей способностью и связывает газы. Углеродистые стали содержат 0,2—0,5% Si.

По ГОСТ 977—65 стальные отливки в зависимости от назначе­ния и требований, предъявляемых к деталям, разделяют на три группы отливок: I—обычного назначения; II—ответственного назначения; III — особо ответственного назначения. Эти группы различаются по содержанию серы и фосфора. Для отливок I группы допускается содержание 0,05—0,06 % S и 0,05—0,08% Р, для от­ливок II группы — 0,045—0,06% S и 0,04—0,07% Р; для отливок III группы — 0,045—0,05% S и 0,04—0,05% Р. Содержание прочих элементов одинаково в отливках всех групп, одинаковы также и механические свойства.

Низкоуглеродистые стали содержат 0,12—0,2% С; 0,35—0,65% Мп; 0,15—0,25% Si; до 0,06% Р и не более 0,05% S. Низкоугле­родистые стали 15Л, 20Л имеют плохие литейные свойства: пони­женную жидкотекучесть, повышенную склонность к образованию горячих трещин в отливках. После отжига или нормализации пре­дел прочности таких сталей при растяжении 40—42 кгс/мм², относительное удлинение 24—23%, Из низкоуглеродистой стали изготовляют отливки для электротехнической и машиностроитель­ной промышленности.

Среднеуглеродистые стали (25Л, 35Л, 45J1) содержат 0,22— 0,45% С; 0,35—0,8% Мп; 0,2—0,45% Si; 0,03—0,05% Р и 0,03—0,05% S. Эти стали имеют более высокие, чем низкоугле­родистые стали, литейные свойства: лучшую жидкотекучесть, мень­шую склонность к образованию горячих трещин. Предел прочности при растяжении среднеуглеродистых сталей 42—55 кгс/мм², отно­сительное удлинение 23—12%. Зти стали используют для изготов­ления разнообразных мелких, средних и крупных отливок литых деталей в различных отраслях машиностроения.

Высокоуглеродистые стали содержат 0,45—0,6% С; 0,5—0,8% Мп; 0,04—0,05% Р и 0,04—0,05% S. Эти стали имеют хорошие ли­тейные свойства: высокую жидкотекучесть, не склонны к образова­нию горячих трещин. Однако теплопроводность их невысока, по­этому увеличивается опасность возникновения в отливках напряже­ний. При обрубке таких отливок нельзя применять ацетилено-кис- лородную резку прибылей и выпоров, а также пламенную очистку их поверхности. Из высокоуглеродистых сталей (БОЛ, 55J1) изго­товляют валки для горячей прокатки, зубчатые колеса и барабаны подъемно-транспортных машин.

§ 3.. Легированные стали

Хромоникелевые нержавеющие стали содержат 0,1—0,4% С; 0 8—1,0% Si; 0,4—0,6% Мп; 19—17% Сг; 7—9% Ni, обладают повышенной жаростойкостью и применяются для деталей паровых _я газовых турбин и других деталей, работающих при высоких температурах.

Дидкотекучесть хромоникелевых сталей ниже, чем обычных углеродистых. Для хорошего заполнения формы эти стали перегре­вают и применяют высокую скорость заливки. При затвердевании образуется крупнозернистая макроструктура, что способствует об­разованию в отливках горячих трещин. Поэтому хромоникелевые стали необходимо подводить в форму рассредоточенно, избегать местного перегрева; формы и стержни делать податливыми и для каждой отливки подбирать оптимальную температуру заливки.

Кремнистые литейные стали обладают повышенной сопротивляе­мостью износу, а также химической стойкостью. Низколегирован­ные стали содержат до 2% Si, а высоколегированные до 20% Si. Высоколегированные стали обладают высокой твердостью (НВ 500) и хрупкостью, низколегированные стали — повышенной склонностью к образованию горячих трещин в отливках, поэтому необходимо делать формы и стержни податливыми и охлаждать отливки медленно и равномерно.

В промышленности применяют также медистые литейные стали, которые используют для литых коленчатых валов, поршней и т. д., и вольфрамовые литейные стали, которые используют для режу­щего инструмента. Вольфрамовые стали обладают плохими литей­ными свойствами: малой жидкотекучестью и повышенной усадкой.

Глава II

КОНСТРУКЦИЯ ОТЛИВОК И ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВКИ

§ 1. Конструкция стальных отливок и особенности проектирования литейной формы

Литейные свойства сталей существенно отличаются от свойств серого чугуна. Стали имеют большую линейную усадку (2—2,5%), худшую жидкотекучесть, большую склонность к ликвации.

Для получения качественных отливок необходимо учитывать эти особенности свойств стали уже на стадии конструирования литой детали или оценки технологичности при разработке техноло­гии ее изготовления.

Конструкция отдельных элементов стальной отливки и соче­тание этих элементов должны обеспечивать возможность направ­ленного затвердевания и питания отливки. Конфигурация отливок Должна иметь плавные переходы от утолщенных мест к тонким; скопления металла в местах сопряжения стенок недопустимы. Сле-

дует стремиться к тому, чтобы отливка имела по возможности оди- наковую толщину стенок.

При проектировании технологии формовки отливки следует обращать особое внимание на взаимное расположение отдельных ее частей в форме при заливке и затвердевании, а также мест под- вода стали и конструкцию литниково-питающей системы.

Правильность расположения отдельных частей отливки при затвердевании определяют по правилу вписанных окружностей, согласно которому диаметры окружностей, вписанных в сечение отливки, должны последовательно увеличиваться от нижних сече- ний к верхним, так как каждое верхнее сечение является при- былью для каждого нижнего. Например, расположение отливки в

форме, показанное на рис. 217, а, обес- печит направленное затвердевание и пи- тание отливки. При расположении от- ливки, показанном на рис. 217, б, в нижней части отливки появится усадоч- ная рыхлота.

'»)

Рис. 217. К определению технологичности конструкции отливки методом впи- санных окружностей

Правило вписанных окружностей позволяет также оценить ра­циональность конструкции отливки. Например, чем меньше диа­метр сферы, вписанной в сопряжение стенок (рис. 217, в), тем меньше вероятность появления в этом месте усадочной рыхлоты.

Для питания отливки на массивных ее частях устанавливают прибыли, а для выравнивания скоростей охлаждения тонких и мас­сивных частей отливки — наружные и внутренние холодильники.- Конструкция и методы определения размеров прибылей и холо­дильников будут рассмотрены ниже.

При назначении положения отливки в форме при заливке сле­дует учитывать возможность образования ужимин на плоских раз­витых поверхностях. Поэтому такие поверхности следует распола­гать снизу вертикально или наклонно.

Для обеспечения хорошей заполняемое™ формы тонкие стенки отливок должны располагаться в нижних частях формы и, по воз­можности, вертикально или наклонно.

Вследствие большой усадки стали при изготовлении сложных отливок, особенно при торможении усадки формой и стержнями,

в отливках могут развиваться значительные напряжения и образо­вываться трещины. Поэтому следует располагать отливку в опоках, особенно имеющих крестовины, так, чтобы последние не препятст­вовали усадке отливки. Как правило, сталь следует подводить _к тонкому месту отливки. Это место заполняется наиболее горячим сплавом, а в другие места сплав попадает более холодным, по­этому скорости охлаждения тонкой и массивной частей отливок вы­равниваются. Однако часто такой принцип подвода стали не дает хороших результатов. Поэтому для обеспечения направленного затвердевания отливки сталь подводят в прибыль или под прибыль в массивное место отливки. В этом случае наиболее разогретым местом отливки будет прибыль, обеспечивающая питание отливки, что, в свою очередь, обеспечивает направленное затвердевание от­ливки и концентрацию усадочной раковины в прибыли.

При выборе расположения стальной отливки в форме при ее заливке и затвердевании следует также руководствоваться изло­женными ранее общими принципами проектирования литейной формы.

§2. Устройство и расчет литниковых систем и прибылей

Литниковые системы для стальных отливок должны иметь мини­мальную протяженность каналов. Питатели необходимо распола­гать в направлении продольной оси стенки отливки в местах, ра­зогрев которых способствует направленному затвердеванию, а дви­жение сплава — всплытию неметаллических включений. При из­готовлении крупных и средних отливок первые порции сплава сле­дует подавать сифоном, а последующие — под затопленный уровень. При этом в прибыли сплав должен поступать через специальные литниковые каналы или доливкой из ковша.

Наиболее широко применяют сифонный или ступенчатый подвод стали, обеспечивающий спокойное заполнение формы. На литнико­вую систему с прибылями расходуется 25—50% общей массы жид­кой стали. Поэтому увеличение выхода годного литья можно достиг­нуть за счет уменьшения расхода стали на прибыль, принимая оптимальные ее размеры.

Верхний подвод стали (рис. 218, а) применяют для широких отливок с небольшой высотой, заливку с наклоном формы (рис. 218, б) — для отливок типа плит.

Сифонный подвод стали (рис. 218, в) имеет недостаток: в при­быль поступает более холодный сплав. Однако возможна заливка с кантовкой (рис. 218, г): после заливки формы наиболее горячий металл будет находиться в прибыли и обеспечит питание отливки. Иногда для плавного заполнения формы делают нижний подвод стали с помощью рожковой литниковой системы (рис. 218, д). Для круп­ных отливок применяют ступенчатую литниковую систему (рис. 218, е), в этом случае в прибыль поступает горячий сплав.

Литниковая система должна обеспечивать четкую направлен­ность затвердевания отливок; прибыли должны заполняться горя­чим сплавом. Основное отличие литниковой системы для стали от литниковой системы для чугуна — это установка прибылей для питания усадки отливки.

Прибыли ставят на самые массивные части отливки. Кроме того, необходимо обеспечить легкое их отделение и несложную механи­ческую обработку'мест установки прибылей. В поточно-массовом производстве наиболее распространены прямые открытые прибыли,

нельзя поставить прямую прибыль без изменения конфигурации отливки. На практике очень часто применяют прибыли сферической формы, что уменьшает расход сплава и увеличивает выход годного литья. Преимущество сфероидальных прибылей: высота их не свя­зана с высотой опок.

Для улучшения работы прибылей важно, чтобы металл в при­были оставался длительное время в жидком состоянии (прибыль должна застывать позже отливки). С этой целью применяют спе­циальные стаканы (рис. 219, г) из экзотермических смесей, состоя­щих в основном из термита. При заливке формы эта смесь разлага­ется с выделением большого количества теплоты, которая и обо­гревает прибыль. Однако для крупных прибылей такие стаканы

Мел при нагревании разлагается, образуя газ, который и создает внутри прибыли избыточное давление. Давление улучшает условия заполнения усадочных пор жидким металлом.

Для облегчения отделения прибылей от отливки применяют специальные тонкие керамические пластинки 2 (рис. 219, д), ко­торые, быстро прогреваясь, не охлаждают перешеек между отлив­кой и прибылью и не препятствуют перетекайию металла из прибыли в отливку, но создают своеобразный надрез, позволяющий легко отделять прибыль от отливки.

Прибыль должна иметь достаточное сечение, затвердевать позже отливки и иметь минимальный, но достаточный объем, чтобы уса­дочная раковина не вышла за ее пределы.

Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, трещин и усадочных раковин, значения коэффициента s желательно увеличить на 0,1—0,2. Отливки, изготовляемые в металлических _или песчаных формах с большим числом холодильников, следует заливать быстрее и значение s для них уменьшить на 0,!—0,2.

Найденное время рекомендуется проверять следующим соот­ношением:

Н

^y=^r.

где Я — высота отливки, см.

При толщине стенок 7—10 мм скорость заливки v должна быть не менее 20 мм/с, при 6 = 10 -н 40 мм скорость v не менее 10 мм/с.; при б = 40 мм v — 8 мм/с. Если скорость окажется недостаточ­ной, то нужно уменьшить время заливки или же изменить положе­ние отливки в форме.

По Г. М. Дубицкому, соотношение сечений элементов литни­ковой системы должно быть для отливок: мелких

Fn :/>* * : F„ = 1,0 : (1,05ч-1,2): (1,1 -4- 1,2);

средних

F_a: /v _s:F_CI = (l-b 1,5): 1,0: (1,05ч-1,2);

крупных

F„ : /V х : F_CT = (1,0 -ь 2,0): (1,0ч-2,0): 1,0, где — поперечное сечение литникового хода.

§ 3. Особенности технологии формовки

При разработке технологии литейной формы необходимо соблю­дать изложенные ранее особенности проектирования литейной формы для стальных отливок. Припуски на механическую обработку стальных отливок назначают по ГОСТ 2009—55. Их назначают больше по сравнению с отливками из чугуна и цветных сплавов из-за повышенной усадки стали и пригара формовочной смеси к отливкам. Вследствие высокой температуры стали формы изготов­ляют из более огнеупорных формовочных и стержневых материалов. Кроме того, следует учитывать, что при соприкосновении жидкой стали с формовочной смесью окислы железа и марганца, соединяясь с кварцевым песком, ошлаковывают поверхность формы.

Сырые формы для отливок с чистой поверхностью изготовляют из бентонитовых формовочных смесей. Бентонитовая смесь по срав­нению с жидкостекольной обладает хорошей пластичностью, луч­шей формуемостыо и огнеупорностью, но требует значительного Уплотнения и хорошей вентиляции формы.

Бентонитовые смеси дают хорошие результаты при содержании До 3,5% влаги и при заливке в сырые формы отливок массой до 3000 кг. С увеличением содержания влаги уменьшается прочность

смеси и на отливках появляются «рванины» — следствие обгара формы.

Формы для стальных отливок, в отличие от форм для чугун- ных и цветных отливок, должны иметь большую плотность смеси для предохранения поверхности формы от размыва струей жидкой стали. Особенно сильно размываются литниковая воронка и литни- ковые каналы. Для выноса из формы смытых частиц формовочной смеси применяют открытые прибыли, увеличивают припуск на механическую обработку в верхней части отливки, а крупногаба- ритные формы при заливке иногда располагают с наклоном.

Переувлажнение формовочной смеси и содержание в ней зна-

газотворных веществ способствует образо- ванию газовых раковин на поверхности отливки. Заниженная же влажность фор- мовочной смеси (ниже 3,5%) препятствует хорошему уплотнению формы. При фор- мовке по-сырому количество влаги не

должно превышать 3,5—4,5%, а при фор- мовке по-сухому 4,5—5,5%. Содержание в формовочной смеси углекислых солей и мела недопустимо, так как при высокой температуре они разлагаются и выделяют углекислый газ, приводящий к образова- нию раковин в отливках.

Чтобы предупредить образование трещин, возникающих вслед­ствие неравномерной усадки, формы изготовляют из податливых формовочных материалов, не препятствующих нормальной усадке. Для увеличения податливости в смесь вводят 15—30% древесной

или торфяной муки, которая во время сушки выгорает и образует

пустоты, облегчающие усадку. В стержни для этой цели вводят патоку, декстрин и другие выгорающие добавки.

Готовые формы сразу после сборки следует заполнять сталью, так как долгостоящие перед заливкой формы выветриваются, осыпаются или сыреют.

Чтобы предупредить образование усадочной пористости, в под- прибыльной части отливки ставят наружные или внутренние холо­дильники или применяют «утепленные» прибыли, при этом вводят термитную смесь в места формы, выполняющие прибыли.

Холодильники ускоряют процесс охлаждения утолщенных мест отливок и уменьшают напряжения, усадочные раковины и предот­вращают возникновение горячих трещин. Холодильники могут быть изготовлены из прутков проката и могут быть литыми.

Поверхность внутреннего холодильника должна быть чистой и свободной от ржавчины и окислов. Внутренние холодильники должны свариваться с металлом отливки.

Наружные холодильники от приваривания их к отливке покры^- вают различными красками, например суриком или формовочной краской. Холодильники 1 перед установкой в форму (рис. 221)

должны быть тщательно очищены от грязи, масла и окалины. В тех _сЛучаях, когда используют внутренние холодильники, которые не _свариваются с металлом отливки, применяют стальные прутки, последние при механической обработке высверливают из отливки.

Глава III плавка и заливка стали

§ 1. Плавка в мартеновских печах

В литейных цехах для плавки стали применяют мартеновские печи, дуговые и индукционные электропечи, малые бессемеровские конверторы.

Плавку^стали в мартеновских печах применяют преимущественно для йрупных стальных отливок. Мартеновский способ выплавки

стали обладает следующи- ми преимуществами: воз- можностью использования большого количества сталь- ного лома и передела в жидкую сталь исходных материалов разнообразного химического состава; высо- ким качеством и возмож- ностью выплавки сталей многих марок; относитель- но небольшой стоимостью передела. Емкость марте- новских печей составляет 5—500 т, а в цехах фасон- ного литья машинострои- тельных заводов 5—100 т.

По конструкции совре- менные мартеновские печи подразделяют на неподвиж- ные или стационарные и качающиеся. Большинство

мартеновских печей стационарного типа. Преимущество качающихся печей — это слив стали в ковш в несколько приемов, порциями, а также слив шлака в шлаковню по ходу плавки через порог загру- зочного окна. Недостаток таких печей — сложность конструкции печи.

Мартеновская печь (рис. 222) состоит из ванны /, в которой плавится сталь; свода, головок 2, имеющих вертикальные каналы ^и пролеты, направляющие газ и воздух в ванну; шлаковиков, реге­нераторов; перекидных клапанов, боровов и дымовой трубы.

Газ, подведенный к печи, пройдя через открытый клапан, направ. ляется по борову 6 в регенератор 8, подогревается в нем за счет теплоты раскаленной кирпичной кладки и затем через газовый шлаковик, канал 9 и головку 2 поступает в рабочее пространство Левый воздушный шибер при этом закрыт, а правый открыт. Правый газовый клапан тоже закрыт. Воздух от вентилятора поступает через воздушный клапан по борову 5 в регенератор 4, в котором нагревается, а затем через канал 3, шлаковик и головку 2 поступает в рабочее пространство. Левый воздушный шибер закрыт, а правый открыт. Газ и воздух, смешиваясь в рабочем пространстве печи, воспламеняются и образуют факел. Продукты сгорания, направляясь через противоположную головку и регенераторы, нагревают их насадку. Охладившись до 500—600° С, продукты сгорания попадают в дымовую трубу 7. Когда правые регенераторы достаточно нагре­ваются, клапаны переключают, после чего газ и воздух движутся в обратном направлении.

Для загрузки шихтовых материалов и флюсов и обслуживания печи во время плавки в передней стенке печи сделаны рабочие окна (завалочные), в задней стенке — металлическая летка для выпуска жидкой стали.

Мартеновские печи строят с кислой и основной футеровкой. Динасовый кирпич применяют для кладки главных сводов, сводов головок и регенераторов, вертикальных каналов, стен шлаковиков в насадках и других частях основной мартеновской печи, а в кис­лых печах, кроме того, для кладки пода, передней и задней сте­нок, а для наварки пода после каждой плавки применяют квар­цевый песок. Нижнюю часть регенераторов и борова выклады­вают из шамотного кирпича, наружную часть — из обычного красного кирпича. Для уменьшения потерь теплоты через кладку регенераторов шлаковики (выше уровня пола цеха и ниже его на 1—1,65 м), а также часть рабочего пространства печи снаружи облицовывают теплоизоляционным материалом. Для повыше­ния стойкости кладки и улучшения условий труда современ­ные мартеновские печи оборудуют системой водяного охлаж­дения.

Продолжительность службы мартеновской печи при динасовом своде для больших печей составляет 250—300 плавок, для печей малой и средней емкости 400—500 плавок, а при магнезитовой футеровке свода до 700 и более плавок.

Современные мартеновские печи снабжены необходимой кон­трольно-измерительной аппаратурой и оборудованы устройством для автоматического регулирования расхода топлива и воздуха, а также давления в рабочем пространстве. Автоматически произво­дится переключение клапанов, механизирован подъем заслонок рабочих окон и т. д.

Топливо мартеновских печей. На заводах, не имеющих доменного производства, применяют генераторный или коксовый газ или жидкое топливо, а на заводах, имеющих доменное производство,

смесь коксового и доменного газов с добавкой для подсвечивания

факела пламени генераторного газа или смолы.

Процесс выплавки стали в мартеновских печах. В зависимости от футеровки ванны — основной (магнезитовой) или кислой (дина­совой) — процесс выплавки стали может быть основным или кис­лым. В настоящее время почти вся сталь выплавляется в печах с основной футеровкой. Это объясняется тем, что в основном мар­теновском процессе можно переплавлять шихту с более высоким содержанием фосфора и серы, чем в готовой стали. Мартеновским процессом можно выплавлять углеродистые, низко- и среднеугле­родистые стали, используемые для производства фасонных отли­вок.

Кислый мартеновский процесс, благодаря некоторым особеннос­тям, обеспечивает получение плотной структуры стали, поэтому, он незаменим при выплавке высококачественных сталей.

Наибольшее распространение для производства фасонных отли­вок получил скрап-процесс с. использованием твердого передельного мартеновского чугуна.

Основной скрап-процесс на твердом чугуне. При скрап-про­цессе основным источником кислорода для окисления примесей чугуна является газовая фаза печи. Только незиачительныю часть кислорода дает железная руда, вводимая в печь по ходу плавки в количестве около 30%. Шихту для скрап-процесса рассчитывают так, чтобы она содержала около 1% Мп, не более 0,3% Р, не более 0,05—0,06% S и минимальное количество кремния. Обычно шихта при скрап-процессе содержит около 30% передельного мартенов­ского чугуна, до 15% стальной стружки при выплавке углеродистых сталей и около 10% при выплавке легированных. Остальную часть металлической шихты составляет привозной стальной лом и собст­венный возврат. Шихту рассчитывают исходя из того, чтобы содер­жание углерода в ней было на 0,3—0,5% больше содержания углерода в готовой стали.

Процесс плавки условно можно разделить на следующие периоды: заправка печи, завалка и плавление, кипение, раскисление и выпуск.

Заправка печи. В процессе эксплуатации печи ее под, стенки, откосы изнашиваются. Для поддержания Пода, откосов печи в надлежащем состоянии их периодически обновляют, осуществляя заправку печи. Для заправки печи применяют обожженный, моло­тый и просеянный доломит или металлургический магнезит, а иногда сырой дробленый доломит. Заправку печи производят в минимальное ^время, чтобы устранить окисление пода. Обычно эта операция не превышает 10—15 мин. Заправку заканчивают заделкой выпускного отверстия магнезитовым порошком.

Заправку печи осуществляют машинами и вручную. Ее начинают, ^как только уровень металла в печи при выпуске готовой стали Начнет понижаться.

Завалка шихты при работе на скрап-процессе на твердом чугуне, быстрее производят завалку, тем меньше продолжительность

плавки. На под следует загружать мелкий чистый лом (10—20^ общего количества стального, лома в шихте); на лом известняк (6—7% массы металлической шихты) и иногда боксит; иногда же вместо известняка применяют известь. Это сокращает плавку стали и сокращает расход чугуна, идущего на завалку. Поверх извест­няка загружают боксит, после чего в течение 10—15 мин прогревают известняк. На прогретый известняк загружают передельный чугун (10—15% массы металлической шихты), затем стальную стружку, на которую загружают крупный лом. После хорошего прогрева металлической части шихты заваливают остальной чугун. При ра­боте скрап-процессом на твердой завалке заправку порогов про­водят быстро, чтобы предупредить заплывание их плавящимся чугуном, загружаемым в конце периода завалки.

Плавление. Период плавления в печах, работающих скрап-про­цессом, длится условно от конца завалки до полного расплавления и является самым длительным периодом мартеновской плавки. В период плавления полностью окисляется кремний и частично марганец и фосфор, содержащиеся в передельном чугуне, а также происходит процесс образования шлака. Для ускорения периода плавления воздух обогащают кислородом, который при работе печи на мазуте вводят в форсунки и вдувают вместе с воздухом распылителями.

При выплавке углеродистых сталей содержание углерода сразу же после расплавления не должно превышать более чем на 0,3% допускаемого содержания углерода в готовой стали. Если углерода содержится меньше, то в печь вводят соответствующее количество передельного или зеркального чугуна.

К моменту полного расплавления стали образуется шлак из окислов металлической части шихты, флюсов (известняк, боксит), материала пода и кладки печи. Образование шлака до полного расплавления способствует ускорению и интенсификации процессов дефосфорации, обессеривания, кипения ванны. Для этого в печь за 15—40 мин до полного расплавления стали вводят такое количест­во извести и боксита, чтобы основность шлака составляла ’ Si0₂

1,5—2,0. Такой шлак содержит 30—35% СаО; 18—25% SiO_a; 10—15% FeO. После расплавления этот шлак скачивают из печи для снижения содержания фосфора в стали. После спуска шлака наводится новый шлак нормальной основности (СаО ^40% и Si0₂ sg 20%) из свежеобожженной извести и боксита.

По окончании наведения нового шлака ванну переводят на режим «чистого кипения», происходящего только за счет кислорода, содержащегося в жидкой ванне. При этом постоянно повышают основность шлака, доводя ее к моменту окончания кипения до 2,2—3,5. В период чистого кипения в стали увеличивается содержа­ние марганца за счет его восстановления из шлака. Одновременно происходит окисление углерода со скоростью около 0,25% в час. Скорость окисления углерода может быть повышена подачей кисло­

рода в ванну. Чистое кипение способствует очистке стали от раство­ренных газов и неметаллических включений. Период чистого кипения наиболее ответственный, поэтому в этот период плавки периоди­чески контролируют состав стали и шлака.

После получения в стали заданного количества углерода про­изводят предварительное раскисление силико- марганцем, силикошпигелем и доменным ферросилицием. Через 5—10 мин приступают к окончательному раскислению и доведению стали до заданного химического состава. При выплавке легирован­ных сталей добавки в виде ферросплавов вводят в печь в разное время: никель — в начале плавки вместе с завалкой, хром — после предварительного раскисления, молибден — в период дефосфорации и наведения шлака и т. д.

Окончательное раскисление производят во время выпуска стали в ковш или на желобе мелкораздробленным ферро­силицием ФС45 или ФС75. Для раскисления в ковш вводят 0,8—1 кг алюминия на 1 т стали.

Интенсификация мартеновского процесса кислородом. Основным преимуществом применения кислорода в мартеновских печах явля­ется повышение производительности печей и снижение расхода топлива на 1 т стали, а также уменьшение количества продуктов горения.

Интенсификацию мартеновского процесса осуществляют сле­дующими способами: газификацией топлива дутьем, обогащенным кислородом; подачей кислорода для обогащения воздуха горения; расплавлением заваленного в печь скрапа кислородной струей и прямым окислением примесей ванны.

Существует несколько способов подачи кислорода для обога­щения воздуха. Наиболее распространен способ подачи кислорода непосредственно в головки мартеновской печи. В печах с газовым отоплением кислород вводят в газовую струю на выходе последней из газового канала в печь. Расход кислорода при обогащении воз­духа в печах, отапливаемых жидким топливом, колеблется в преде­лах 15—25 м³/т, а в газовых печах составляет 35 м³/т. Воздух обо­гащают кислородом главным образом в период завалки и расплав­ления. Производительность печи при этом увеличивается на 10—12%.

Для ускорения процесса расплавления вводят струю чистого кислорода на скрап, заваленный в печь. Плавить скрап кислород­ной струей необходимо после нагрева его до 1400° С. Для ускорения процесса окисления углерода применяют метод окисления металла чистым кислородом, вводимым непосредственно в ванну. При таком прямом окислении металла кислородом значительно лучше уда­ляются фосфор и сера.

Прямое окисление кислородом осуществляют при помощи тру­бок или специальных сопл с водяным охлаждением, которые уста­навливают в передней или задней стенках, а иногда в своде печи. ^Дельный расход кислорода при прямом окислении углерода ванны

5. 5,0 м³/т.

Кислый мартеновский процесс обычно используют для выплавки высококачественных сталей. Окислительная способность шлака в кислом мартеновском процессе ниже, чем в основном, соответствен­но ниже концентрации кислорода в сплаве. При плавке высокока­чественных сталей применяют чистые по сере и фосфору исходные шихтовые материалы и топливо с минимальным содержанием серы..

Используют два варианта кислого мартеновского процесса: кремневосстановительный (пассивный) и с ограниченным восстанов­лением кремния (активный).

При кремневосстановительной кислой мартеновской плавке процесс ведут так, что кремний восстанавливается из шлака и материала пода печи. Количества восстановившегося кремния достаточно для получения спокойной стали без введения дополни­тельных раскислителей.

При процессе с ограниченным восстановлением кремния в печь вводят железную руду или окалину для повышения окислитель­ной способности шлака и понижения его температуры. Это способ­ствует уменьшению восстанавливаемого кремния до 0,1—0,12%. Наряду с железной рудой или окалиной применяют также добавку в шлак извести, которая снижает в нем концентрацию кремния.

§ 2. Плавка в основных и кислых дуговых и индукционных печах

Особенности плавки в дуговых печах. Главными особенностями электродуговой плавки являются следующие: возможность полу­чения в плавильном пространстве печи восстановительной атмо­сферы; более горячий шлак, разогреваемый дугами, позволяет получать жидкие, высокоактивные шлаки с содержанием FeO в 10 раз меньшим, чем в мартеновском процессе; отсутствие в атмо­сфере печи кислорода и, как следствие, ведение окислительных процессов только за счет железной руды или вдуваемого в ванну кислорода, меньший угар элементов.

Однако в зоне горения дуги больше вероятность образования активного азота, который может растворяться в жидкой стали. Поэтому сталь электродуговой плавки содержит больше азота, чем мартеновская.

Восстановительная атмосфера в печи, наличие основного шлака и более высокие температуры перегрева стали способствуют пони­жению содержания серы в стали.

Плавку в дуговых печах применяют при изготовлении мелких и средних стальных отливок. Емкость садки печей в цехах фасонного стального литья колеблется от 0,5 до Ют, а на заводах тяжелого машиностроения до 30 т. Выбор процесса плавки зависит от сорта стали и требуемой чистоты ее по сере и фосфору.

Печи с основной футеровкой применяют при изготовлении отли­вок ответственного назначения из высокопрочной конструкционной легированной или жаропрочной стали. В них можно получить

г

при использовании шихты, химический состав которой неизвестен, или шихты, засоренной фосфором, а также при выплавке низко­углеродистых сталей. Особенность этого способа состоит в наличии периода кипения ванны, происходящего вследствие окисления углерода, а также кремния, марганца, фосфора, хрома и Других элементов кислородом железной руды, добавляемой в печь.

Плавка с окислением металла включает сле­дующие этапы: заправку печи, загрузку шихты, плавление, дефос- форацпю, кипение, скачивание кислого шлака, науглероживание, раскисление, обессеривание и доводку. Этапы дефосфорации, кипе­ния и скачивания шлака составляют окислительный период плавки, этапы науглероживания, раскисления, обессеривания и доводки —- восстановительный период плавки.

В окислительный период плавки окислительный шлак наводят за 30—60 мин до полного расплавления шихты, для чего вводят железную руду, обожженную известь и плавиковый шпат. Затем в печь загружают железную руду и известь. Посде их расплавления и взаимодействия с металлом 60—70% шлака скачивают и вновь наводят шлак, повторяя операцию до 3 раз. В результате содержание фосфора в стали понижается до 0,01%. После дефосфорации начи­нается период кипения стали, обезуглероживания. Периодической присадкой прокаленной руды в ванну поддерживают ее кипение; затем одновременным повышением температуры и уменьшением подачи руды переводят ванну в режим чистого кипения (т. е. за счет кислорода, содержащегося в ванне). Перед чистым кипением ска­чивают окислительный шлак. К концу окислительного периода содержание углерода в стали должно быть на 0,02—0,03% меньше нижнего предела в готовой стали, а содержание фосфора не более 0,015%.

Восстановительный период плавки является наиболее ответст­венным. В этот период плавку можно вести различными способами, которые отличаются характером физико-химических процессов взаимодействия между расплавом и шлаком. При выплавке стали дляI отливок чаще всего используют вариант плавки под белым шлаком| с раскислением стали ферросплавами в начале восстановительного периода. Белый шлак имеет состав: 60—65% СаО, 14—16% SiO_a, 10—12% МпО; 5-10% CaF₂, 2,5—4,0% А1₂0₃ и до 1,5% FeO.

Белый шлак наводят следующим образом: после скачивания окислительного шлака в сталь вводят ферромарганец для доведе­ния содержания марганца в требуемых пределах, затем на зеркало расплава загружают смесь из 80% извести и 20% плавикового шпата, в количестве от 1,5доЗ?/6 массы расплава. После образования жидкого шлака наводят белый шлак из извести, плавикового шпата и пылевидного кокса в соотношении 8:2:1. Как только шлак станет светлым, в смесь, подаваемую в печь, добавляют поро­шок ферросилиция, а количество кокса уменьшают. До конца плавки белый шлак поддерживают подачей в печь восстановительной смеси из извести, молотого ферросилиция, кокса и плавикового шпа-

_та. Сталь выдерживают под белым шлаком около 1 ч. Количество углерода в стали при этом увеличивается на 0,02—0,04 %. Поскольку в белом шлаке содержится немного окислов железа и марганца, то они переходят из металла в шлак.

Белый шлак можно получать двумя способами: 1) раскислением шлака вначале углеродом, а затем кремнием; 2) раскислением кремнием с самого начала восстановительного периода плавки. Первый способ применяют при выплавке низкоуглеродистых сталей, конструкционных сталей и легированных, содержащих более 0,15% С; второй — при выплавке нержавеющих и высоколегиро­ванных сталей, содержащих до 0,15% С.

Плавка стали в индукционных печах. Особенностями процесса плавки в тигельных индукционных печах являются следующие: возможность плавки в любой атмосфере, состав которой можно контролировать; отсутствие электрической дуги или иного тепло­носителя, способного науглероживать металл или насыщать его газами; непрерывное перемешивание ванны жидкого металла, что выравнивает химический состав, облегчает дегазацию и всплывание неметаллических включений; малая интенсивность взаимодействия шлаков с ванной металла, в результате ограниченные возможности управления процессом плавки с помощью регулирования состава шлаков; высокие температуры, легкость регулирования темпера­турного режима плавки.

Эти особенности наиболее полно можно использовать при плавке легированных специальных сортов стали для отливок ответственного назначения. Поэтому индукционная тигельная плавка находит широкое применение именно в этой области.

Индукционные печи могут иметь основную и кислую футеровку. Печи с основной футеровкой используют для плавки высоколеги­рованных сталей с повышенным содержанием марганца, титана, алюминия.

В индукционных тигельных печах процесс плавки протекает в условиях недостатка кислорода, окислительные процессы плавки затруднены, поэтому при выборе шихты исходят из того, что плавка будет сводиться к переплаву шихты.

Шихтовые материалы в печь загружают так, чтобы пространство между кусками было минимальным. Крупные куски укладывают ближе к стенкам тигля, а мелкие’—в среднюю часть. Наиболее тугоплавкие составляющие шихты укладывают в нижнюю часть тигля.

Во время плавки шихту периодически осаживают, повышая „ плотность укладки нерасплавившихся кусков. После расплавления шихты наводят шлак. Шлак защищает металл от окисления, сни­жает угар элементов. При кислом процессе шлак наводят из смеси шамота и стекла, а при основном из 70% обожженной извести, 20% плавикового шпата и 10% магнезитового порошка. Легирующие элементы (ферромолибден, никель, медь) вводят в печь одновременно ^с шихтой. Другие легирующие добавки вводят в такой последова­

тельности: феррохром, ферросилиций, ферротитан. Раскисление стали производят в печи ферромарганцем и ферросилицием и в ковше — алюминием (200 г на 1 т стали). В индукционных печах с основной футеровкой можно вести плавку с окислением углерода удалением фосфора и серы. Этот процесс чаще применяют при плавке специальных сталей.

§ 3. Плавка в малых бессемеровских конверторах щ

Малые бессемеровские конверторы применяют для плавки стали для фасонных отливок в цехах машиностроительных заводов. Это объясняется высокой экономичностью и простотой процесса,

а также тем, что в конверторе можно получить сталь высокого качества и с более высокой температурой, чем в большом бессемеровском конвер- торе, применяемом в металлургиче-. ском производстве. I

Малый бессемеровский конвертор (рис. 223) представляет собой груше-1 образный стальной, футерованный динасовым кирпичом сосуд с боко- выми отверстиями — фурмами (диа- метр 30—45 мм). Конверторы с боко- вым дутьем строят емкостью 500—- 3000 кг.

Процесс плавки в малом бессеме- ровском конверторе происходит сле- дующим образом. . Выплавленный в вагранке чугун, содержащий 3,2— 3,5% С; 1,6—1,8% Si; 0,6—0,8% Мп; до 0,05—0,07% S, заливают в подо- гретый конвертор. В залитый чугу- ном конвертор вдувается воздух под

давлением 2,5 кгс/см² или кислород; конвертор устанавливают в вертикальное положение так, чтобы фурма оказалась над поверх- ностью металла.

Процесс плавки условно можно разделить на три периода.

В первом периоде при продувке окисляется, в основном, железо, а затем начинают выгорать сначала кремний и марганец за счет кислорода закиси железа, растворенной в металле.

■ Во

В третьем периоде догорают примеси чугуна, которые не успели выгореть в первом периоде, т. е. кремний и марганец. Когда выгорят все примеси, начинает появляться бурый дым, ука-

зывающий на конец плавки. Раскисление стали производят обычным способом. Конвертор наклоняют и останавливают дутье. g_eCb процесс в малом бессемеровском конверторе длится 18— 20 мин.

Недостаток конверторного способа — при кислом процессе сера _и фосфор не удаляются, поэтому необходимо применять низко­фосфористые чугуны. Этот недостаток можно устранить продувкой чугуна кислородом, который понижает содержание закиси железа в шлаке, или переходом на основную футеровку.

§ 4. Заливка, очистка и термическая обработка стальных отливок

Качество отливок во многом зависит от температуры заливки, поэтому необходимо стремиться заливать формы сталью с высокой температурой (от 1550 до 1450°С), хотя при этом в отливках возни­кает больше напряжений и увеличивается склонность к образованию горячих трещин. При заливке форм сталью с более низкой темпера­турой в отливках появляется много газовых раковин и шлаковых включений.

Сталь в формы можно заливать из стопорных, чайниковых н других ковшей. Перед.выпуском стали из печи ковши должны быть сухие и футеровка их нагрета докрасна; при недостаточном нагреве ковша сталь в нем быстро охлаждается и в ковше образуются настыли, особенно при литье низкоуглеродистой стали.

Выбивку отливок из форм можно производить теми же средствами, что и отливок из серого и ковкого чугуна.

Очистка стальных отливок отличается от чугунных тем, что от стальных отливок труднее удалять литники и прибыли; их при­ходится отрезать кислородно-ацетиленовым пламенем или другими способами. Так как на стальных отливках пригар больше, чем на чугунных, то применяют, кроме обычных способов очистки, также газопламенную очистку и обрубку пневматическими рубильными молотками. Стальные отливки очищают до отжига и после. До отжига очищают пригоревшую формовочную смесь, а _чпосле отжига — окалину, образующуюся при отжиге.

Термическая обработка отливок. При затвердевании и охлажде­нии стальные отливки имеют крупнозернистую структуру, обла­дающую невысокими прочностными свойствами.

Для измельчения структуры и снятия внутренних напряжений стальные отливки отжигают. После отжига увеличиваются предел прочности при растяжении, относительное удлинение и ударная вязкость стали. Температура отжига должна быть выше точки Ас_г' ^на диаграмме состояния на 30—50° С.

Выдержка отливок при температуре отжига должна быть такой, чтобы обеспечить равномерный прогрев отливок по сечению. Для тонкостенных отливок длительность нагрева около 1 ч, для более крупных, толстостенных 4—6 ч. При выдержке отливок в печи более

Для углеродистой и низкоуглеродистой стали рекомендуются следующие виды термической обработки: отжиг — для отливок, склонных к образованию значительных внутренних напряжений; нормализация — для простых отливок; нормализация и отпуск — для отливок повышенного и особого качества, не склонных к силь­ному короблению при ускоренном охлаждении на воздухе.

Раздел шестой

ПРОИЗВОДСТВО отливок ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

Плотность меди 8,9 г/см³, температура плавления 1083° С, „редел прочности при растяжении около 20 кгс/мм² и удлинение

40—50 %.

Для приготовления медных сплавов применяют медь марок Ml, Д12, М3 и М4 с содержанием 99,90—99,00% Си. Примеси в меди: висмут, сурьма, мышьяк, олово являются нежелательными, так как снижают ее свойства. Нежелательной примесью в меди является л кислород, растворяющийся в меди во время плавки. Закись меди Си^О при затвердевании образует с медью хрупкую эвтектику Си—Си₂0, которая отрицательно влияет на пластическую обработку меди и снижает ее электропроводность. Медь обычно раскисляют небольшим количеством фосфора, так как он снижает прочность, электро- и теплопроводность.

Чистую медь редко применяют для отливок из-за низких меха­нических и литейных свойств. Поэтому чаще применяют сплавы на основе меди.

Медные сплавы подразделяют на бронзы и латуни. Бронзы, в свою очередь, делят на оловянные (сплавы меди с оловом) и без- оловянные (сплавы меди с алюминием, свинцом, кремнием, берил­лием, марганцем, никелем и др.). Латуни представляют собой сплавы меди с цинком (простые или двойные) или многокомпонент­ные сплавы с добавками алюминия, кремния, марганца, никеля, железа, свинца и др.

Оловянные бронзы. Современные промышленные оловянные брон­зы содержат2—14% Sn; 4—15% Zn; 4—20% Pb; 1—5% Ni; до 1% P и другие компоненты. Олово повышает механические и антифрик­ционные свойства, коррозионную стойкость сплава. Цинк улучшает механические свойства, облегчает сварку и пайку. Свинец повышает антифрикционные свойства _ч Никель повышает антифрикционные и механические свойства, улучшает структуру бронз со свинцом, способствуя измельчению свинцовых включений. Фосфор повышает износостойкость, антифрикционные и литейные свойства (жидко­текучесть), но при содержании более 0,04% снижает прочностные свойства. Оловянная бронза плавится при 1000—1050° С, темпера­тура заливки 1100—1150° С. Линейная усадка оловянной бронзы меньше 1 %. Присадка алюминия в оловянную бронзу сильно снижает жидкотекучесть, ухудшает прочность и увеличивает пористость отливок.

Бронзы, содержащие до 5% Sn, называют низкооловянными, а больше 5% Sn —высокооловянными. Расплавы бронз, предназ­наченные для изготовления отливок, приготовляют из чистых мате­риалов (главным образом из высокооловянных) и из вторичных сплавов стандартного состава (в основном низкооловянные бронзы) переплавкой лома и отходов.

Высокооловянные бронзы из-за дефицитности и высокой стои­мости олова применяют в ограниченном количестве, в основном Для изделий ответственного назначения, от которых требуются высокая коррозионная стойкость и износостойкость.

Из бронзы Бр. ОФ 10-1 (10% Sn и 1% Р) изготовляют подшип­ники, шестерни и другие детали, от которых требуется высокая износостойкость при высоких давлениях и недостаточной смазке. Бронзу Бр. ОЦС 6-6-3 используют для втулок и арматуры Бр. 010 — для подшипников, втулок и других деталей, бронзу Бр. ОЦСН 3-7-5-1 — для арматуры, работающей в среде воды, пара при давлении до 25—50 кгс/см²; бронзу Бр. ОЦ 10-2 — для арма­туры, работающей в морской воде под давлением до 300 ат.

Наиболее вредными примесями в оловянных бронзах считают алюминий и кремний. Алюминйй даже в сотых и тысячных долях резко снижает механические свойства и особенно герметичность.

Безоловянные бронзы. Оловянные бронзы дефицитны, поэтому в промышленности широко применяют бронзы, не содержащие олова, которые по ряду свойств превосходят оловянные и служат их заменителями. Большинство оловянных бронз, как правило, многокомпонентные сплавы. Механические свойства безоловянных бронз значительно выше оловянных и, кроме того, они имеют доста­точно высокие антифрикционные и коррозионные свойства.

Наибольшее распространение получили алюминиевые бронзы (8—10% А1). Железо, входящее в состав алюминиевых бронз, измельчает структуру, повышает прочность и антифрикцион­ные свойства. Никель, как и железо, повышает прочность, износо­стойкость и при повышенных температурах (до 500° С) сообщает бронзам свойства выше свойств оловянных бронз при нормальных температурах. Марганец повышает механические, коррозионные и технологические свойства алюминиевых бронз.

Для повышения антифрикционных свойств в литейные алюми­ниевые бронзы вводят свинец. Усадка алюминиевых бронз больше усадки оловянной бронзы. Алюминиевые бронзы склонны к трещи- нообразованию при затрудненной усадке, имеют повышенную газо- насыщенность и окисляемость при неблагоприятных условиях плавки и заливки, стойки при работе в пресной и морской воде и во многих агрессивных средах, хорошо сопротивляются удару.

Кроме алюминиевых бронз в машиностроении применяют и дру­гие безоловянные бронзы: кремнистые, марганцевые, бериллиевые и др. Например, из кремнистой бронзы Бр. АЖ 9-4Л изготовляют фасонные отливки арматуры, втулок, шестерен и др.

Литейные латуни. Наибольшее распространение получили крем­нистые, марганцевые, никелевые, свинцовые, алюминиевые латуни.

Кремнистую латунь широко применяют для произ­водства фасонных отливок, так как она обладает хорошей жидко- текучестью и высокими литейными свойствами (латуни марок ЛК 80-ЗЛ и ЛКС 80-3-3). Отливки из кремнистой латуни хорошо обра­батываются. Введение в кремнистую латунь 3% РЬ придает сплаву хорошие антифрикционные свойства. Кремнистая латунь ЛКС 80-3-3 обладает повышенными антифрикционными свойствами и более высокой, чем оловянная бронза, химической стойкостью в серной • кислоте.

Марганцевые латуни применяют в морском судо­строении для отливок гребных винтов, лопастей и других изделий, работающих в морской воде в условиях значительных нагрузок. Марганцевую латунь ЛМцОС 58-2-2-2 используют для изготовле­ния червячных шестерен и втулок; латунь ЛМцЖ 55-3-1 — для деталей морских судов и деталей, работающих при температурах выше 300° С.

Многокомпонентные латуни типа ЛМцЖ 52-4-1 обладают наиболее высокими из всех латуней прочностными свойст­вами и применяются для подшипников и арматуры.

Свинцовую латунь ЛС 59-1Л применяют для изготов­ления отливок под давлением, центробежным способом и жидкой штамповкой. Эта латунь хорошо механически обрабатывается, имеет удовлетворительные механические свойства.

§ 2. Особенности литейной формы

Формы изготовляют из формовочных материалов, обладающих минимальной газотворной способностью, небольшой влажностью, максимальной газопроницаемостью и высокой огнеупорностью. Содержание углекислых солей в формовочной смеси должно быть не более 1 % вследствие того, что при 700—800° С соли диссоциируют, выделяя углекислый газ, который образует в отливках раковины или пористость. Для отливок из бронзы и латуни можно применять также стержневые смеси того же состава, что и для чугунного литья, но с более мелким песком (табл. 55).

Стержни следует покрывать краской, состоящей из 60% талька, 40% бентонита и воды. Плотность краски 1,25 г/см³.

Изготовление форм для отливок из медных сплавов ничем не' отличается от изготовления их для чугунных отливок. Для простых отливок (типа втулок) из оловянной бронзы рекомендуется приме­нять дождевую литниковую систему (рис. 224, а, б) или подвод металла сверху (рис. 224, в, г). На массивные фланцы в нижней части формы следует устанавливать холодильники /, а в верхней части формы — прибыли и этажную литниковую систему с подво­дом в массивный фланец (рис. 224, д). Для коротких втулок с флан­цем следует применять верхний подвод металла с установкой при­былей (рис. 224, е). При формовке втулок в горизонтальном положе­нии можно подводить металл также двумя способами (рис. 224, ж). При горизонтальном и вертикальном расположении фасонной отливки в форме (рис. 224, з) на массивную часть следует устанав­ливать прибыль 2 и подводить к ней литник 3.

Чтобы обеспечить плавное заполнение формы и устранить удар металла о стержень при горизонтальном расположении литникового хода, при отливке тройников (рис. 224, и) питатели следует распо­лагать под углом, обратным направлению движения металла. Аналогично поступают и при вертикальной заливке тех же отливок (Рис. 224, к). При изготовлении отливок из кремнистой бронзы

X

о

а.

LQ

Угар меди при плавке в дуговой печи типа ДМК (рис. 225) составляет 0,4—0,7% массы шихты, а при переплавке стружки —. 1,0—1,5%.

В качестве шихтовых материалов применяют медь марок МО, Ml, М2; цинк Ц1, Ц2, ЦЗ и олово не ниже марки 03; свинец марок С1, С2; паспортную бронзу и латунь; отходы собственного произ- водства, переплавленную стружку бронзы и латуни, а для раскис- ления — фосфорйстую медь всех марок.

Шихту для плавки бронзы рекомендуется составлять из (не

более) 40’% отходов собственного производства и 30% чушек пере- плава ИЗ стружки, для

плавки латуни — из 30—

40% отходов собственного производства, а осталь- нбе — чистые свежие мате- риалы и лигатуры.

Шихту с большим со- держанием свежих материа- лов используют для высоко- качественных отливок. Для менее ответственных отли- вок в шихте используют вторичную бронзу.

Плавка оловянных бронз. Перед началом за- грузки плавильную печь тщательно очищают от шла- ка и остатков металла, за- тем нагревают футеровку до 600—700° С (вишнево- красного каления футе-

ровки). Если в состав металла предыдущей плавки входили вред- ные для оловянной бронзы примеси (кремний, алюминий и др.), то необходимо сделать промывную плавку.

Сначала в печь загружают медь. Если всю медь нельзя загрузить в печь сразу, то ее загружают по частям по мере расплавления. Никель, если он входит в состав шихты, загружают вместе с медью В период расплавления шихты в печи происходит окисление еще не расплавившейся меди (твердой меди) и на ее поверхности обра- зуется СиО (окись меди). В этот период окисляются и другие при- меси, входящие в шихту. После расплавления шихты жидкий рас- плав покрывается слоем шлака, который содержит большое коли- чество окиси меди. На расплавившийся металл насыпают слой дре-

весного березового сухого угля для предохранения металла от окисления и угара.

Более эффективным средством против угара и окисления металла при плавке в печи является жидкий флюс. При плавке оловянных

бронз в печах с шамотной футеровкой применяют -следующи",

Алюсы: 1) 41—47% Si0₂; 25—32% MnO; 10—15% Na₂0; 11—14% д1₂0₃; 2) 50% SiO,; 30% Na₂B₄0₇; 20% СаО. Расход флюсов на плавку составляет 2—2,5% массы шихты.

При плавке бронзы в печах с основной футеровкой применяют флюсы из буры Na₂B₄0₇ и смеси, состоящей из 10—30% кварцевого песка и буры, или из смеси, содержащей 50% кальцинированной соды и 50% плавикового шпата. Смеси с плавиковым шпатом при­меняют, если плавку ведут в графитовых тиглях, так как плавико­вый шпат разъедает шамотную футеровку.

Расплавленный сплав нагревают до 1200° С и производят рас­кисление 0,3—1,0% фосфористой меди (в зависимости от степени окисленности меди).

После раскисления в ванне медь тщательно перемешивают, удаляют шлак и в несколько приемов вводят в расплав входящие в состав шихты отходы и чушки переплава из стружки. Каждую новую порцию отходов и чушек вводят в ванну после расплавления предыдущей. Перед введением в ванну шихтовые материалы должны быть подогреты до 100—150° С на пороге печи.

Затем расплав нагревают до 1160—1200° С и присаживают в печь цинк, предварительно подогретый до 150° С. Сплав тщательно перемешивают, вторично подогревают сплав и вводят предварительно подогретое олово. Свинец, если он входит в состав шихты, загру­жают вместе с оловом. Медь подогревают до 1250—1280° С и выдер­живают при этой температуре 5—10 мин, после чего берут пробу. При отсутствии окислов и пузырей в пробе сплав выпускают из печи в подогретые ковши. При заливке тонкостенных деталей присадку вводят в ковш (0,1—0,2% фосфористой меди) для увеличения жидкотекучести бронзы. Формы заливают при температуре сплава 1150—1170° С.

Плавка и разливка алюминиевых бронз. В качестве шихтовых материалов, кроме ранее указанных, применяют марганец металли­ческий, мягкое железо в обрезках листов и проволоки или дробленой стружки (без масла, эмульсии и других загрязнений), алюминий первичный, лигатуры, содержащие железо, марганец, никель, алюминий и отходы собственного производства, а также раскисли- тель меди.

Лигатуру можно изготовлять в тех же печах, что и медные сплавы.

Шихтовые материалы загружают в подготовленную и нагретую- До 700° С плавильную печь. Сначала на под печи загружают медь и железо для плавки сплавов Бр. АЖ 9-4Л, Бр. АЖМц 10-3-1,5 ^и Бр. АЖН 10-4-4Л. После загрузки меди и железа в печь загружают хорошо просушенный березовый уголь для предохранения металла от окисления и угара, причем в течение всей плавки необходимо Держать ванну покрытой древесным углем. Вместо древесного угля применяют флюс, содержащий 90% битого стекла и 10% полевого Шпата.

Шихта должна расплавляться интенсивно. После расплавления °коло ²/₃ загруженной шихты производят покачивание печи для

уменьшения износа футеровки и ускорения процесса плавки После расплавления всей шихты и подогрева металла до 1200° q медь раскисляют фосфористой медью. Затем дают присадку лига- туры медь-марганец или металлического марганца, а также лига- туры: медноалюминиевожелезную, медножелезную и в последнюю очередь медно-алюминиевую. Такой порядок ввода лигатур приме­няют при изготовлении любого сплава.

Если в сплав вводят никель, марганец и железо без лигатур₎ то сначала загружают железо, марганец, затем никель. Все чистыё металлы вводят в сплав перед лигатурами. Все лигатуры перед присадкой в ванну с расплавленным металлом предварительно подогревают. Алюминий предварительно подогревают и вводят осторожно, в несколько приемов, перемешивая сплав после введения каждой порции. Перед выпуском сплава берут технологические пробы на усадку и изгиб. Технологические пробы на усадку изго­товляют в сухих цилиндрических песчаных формах, пробы на из­гиб — в чугунных или графитовых изложницах. Сплав в печи нагре­вают до 1200—1250° С и выпускают в подогретые разливочные ковши.

Плавка и разливка кремнистой латуни Л К 80-ЗЛ. В качестве шихтовых материалов применяют чушки паспортной кремнистой латуни, возврат и отходы кремнистой латуни, переплав стружки кремнистой латуни, цинк и кристаллический кремний. Шихту со­ставляют из переплава стружки и возврата собственного произ­водства. После подготовки и подогрева плавильной печи загружают чушки паспортной латуни и расплавляют их. Затем счищают шлак и загружают отходы производства и переплав стружки Л К 80-ЗЛ. После расплавления отходов сплав нагревают до 1120—1150° С, тщательно перемешивают, счищают шлак и берут технологические пробы на излом. Подшихтовку сплава по кремнию в случае необ­ходимости производят при помощи меднокремниевой лигатуры. Технологическая проба в изломе должна иметь мелкозернистую плотную структуру со светлым оттенком и углом излома не менее 30°. Рекомендуемая температура заливки форм 980—1080° С, а пробных фасонных образцов 1000—1020° С.

Температуру медных сплавов измеряют термопарами — хро- мель-алюмелевой или платино-платинородиевой. Можно поль­зоваться хромель-алюмелевой термопарой с открытым спаем (без чехла). Перед погружением термопары в жидкий расплав ее нагре­вают до 800—900° С.

Глава II

ПРОИЗВОДСТВО отливок из АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

§ 1. Состав и свойства алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы широко применяют в различных отраслях промышленности: авиационной, автомобильной, тракторной и ДРУ' гих отраслях машиностроения. Они обладают высокой прочностью.

хорошими литейными свойствами, коррозионной стойкостью, тепло­проводностью, электропроводностью. Из алюминиевых сплавов можно изготовлять сложные прочные и плотные отлибки — легкие _с хорошей обрабатываемостью.

В соответствии с химическим составом и свойствами различают пять групп алюминиевых литейных сплавов.

Первая группа — сплавы алюминия с магнием, содержащие более 4% Mg. К этой группе сплавов относятся сплавы. АЛ8, АЛ27,

АЛ 13, АЛ22, АЛ23 и др. Эти сплавы обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, подвергаются термической обра­ботке для повышения механических свойств.

Сплавы первой группы являются твердыми растворами и после закалки обладают повышенной пластичностью, применяют для силь­но нагруженных деталей. Однако эти сплавы плохо работают при по­вышенных температурах вследствие распада твердого раствора при нагреве.

Вторая группа — сплавы алюминия с кремнием (силумины, , содержащие более 5% Si), а также сплавы алюминия с кремнием и добавкой других элементов: магния, меди, марганца. К этой группе относятся сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9.

Алюминиевокремниевые сплавы образуют эвтектику с 11,6% Si. Силумины, содержащие 9—14% Si, близкие к эвтектическому соста­ву, обычно модифицируют солями натрия и калия в ковше, что измельчает структуру и улучшает механические свойства сплава. Сплавы этой группы имеют хорошие литейные свойства: малую усадку, высокую жидкотекучесть, хорошую герметичность, малую склонность к образованию горячих трещин. Сплав АЛ2 применяют для сложных отливок при литье в песчаные формы, кокиль и под давлением. Сплавы АЛ2 и АЛ9 содержат магний и отличаются повы­шенной прочностью, применяют для крупных нагруженных отливок (картеров, блоков двигателей и т. д.).

Третья группа — сплавы алюминия с медью, содержащие более 4% Си. К ним относятся сплавы АЛ7, АЛ7В, АЛ 19. Эти сплавы имеют пониженные литейные свойства и малую коррозионную стой­кость. Сплав АЛ7 применяют для нагруженных, но простых по кон­фигурации отливок, сплав АЛ19 — для изготовления ответственных нагруженных деталей.

Четвертая группа — сплавы на основе системы алюминий — кремний — медь с добавкой 0,2—0,8% Mg и 0,2—0,9% Мп.

Пятая группа — сплавы сложного химического состава, содер­жащие кремний, цинк, никель, магний, марганец. Эти сплавы обла­дают большой плотностью, хорошими механическими свойствами, повышенной жидкотекучестью, но склонны к образованию горячих ^тРещин.

Сплавы АЛ1 и АЛ25 обладают жаростойкостью, и их приме­лют для деталей, работающих при повышенных температурах Поршни двигателей внутреннего сгорания, головки цилиндров

Отливки из алюминиевых сплавов во многих случаях подвергают термической обработке. Различают восемь видов термической обра- ботки отливок из алюминиевых сплавов. Низкотемпературный отпуск (искусственное старение) применяют для улучшения обра- батываемости отливок и повышения механической прочности таких сплавов, как AJ13, АЛБ; отжиг — для снятия внутренних напряже­ний, а закалку — для повышения прочности деталей из сплавов АЛЗ, АЛ4, АЛ7 и АЛ8. В некоторых случаях прочность сплава после термической обработки увеличивается почти в 2 раза, напри­мер прочность сплава АЛ8 возрастает с 13 до 28 кгс/мм². Состав не­которых алюминиевых сплавов приведен в табл. 56, механические свойства алюминиевых сплавов в зависимости от способа литья и режимов термической обработки — в табл. 57.

§ 2. Особенности литейной формы

Отливки из алюминиевых сплавов можно изготовлять в сырых, сухих и металлических формах. Многие алюминиевые сплавы обла­дают склонностью к образованию газовой и усадочной пористости в отливках. Поэтому при выборе состава формовочных и стержневых смесей следует обращать особое внимание на их газотворную спо­собность.

Для отливок из алюминиевых сплавов применяют мелкозернис­тые пески с добавкой глинистых песков вместо глины. Стержневые -смеси должны обладать большой податливостью, а связующие выго­рать при сравнительно низкой температуре. Формовочные смеси для алюминиевых отливок содержат 80—90% отработанной смеси и 3—10% свежих песков (П01 или 1К02А, или П02А). Прочность при сжатии сырых образцов формовочной смеси 0,25—0,4 кгс/см², газопроницаемость уплотненной формы 25—40.

Крупные отливки изготовляют в сухих формах с повышенной прочностью. Для средних и крупных форм применяют быстротвер- деющие смеси на жидком стекле с последующей их продувкой угле­кислым газом (С0₂) или сушкой при нагревании. Установлено, что алюминиевые сплавы — силумины, содержащие натрий, подобно магниевым сплавам способны взаимодействовать с влагой формы, в результате чего газонасыщенность и пористость отливок, получен­ных во влажных формах, увеличиваются.

В последнее время разрабатывают и внедряют в производство безводные формовочные смеси, в которых связующим является син­тетический материал — бентон. Бентон образует коллоидные рас­творы с минеральными маслами, что дает возможность получать без­водные формовочные смеси с высокой текучестью и пластичностью. Для приготовления смесей используют мелкие кварцевые пески. Примерный состав безводной смеси, % по массе: 100 песка 1К0063А, или 1К0063Б; 3—3,5 бентона; 2,5—3 масла нефтяного; 1—1,5 этило­вого спирта.

Состав и свойства формовочных смесей для отливок из алюминиевых сплавов

Наиболее часто применяют литниковые системы сифонные с ниж­ним подводом металла к отливке и вертикально-щелевые с подводом металла через щель в боковые стенки отливки (рис. 226).

7~

6

51

4

J-

2-

Производительность тигельных печей 80—150 кг/ч, продолжи­тельность плавки в печи с тиглем емкостью 250 кг — 1,5—2,5 ч, расход мазута 11—20% массы шихты. Для стационарных печей кроме чугунных применяют графитовые тигли емкостью 150—300 кг.

Алюминиевые сплавы плавят также в электропечах типа САН, в которых спираль находится над ванной. Спирали изготовляют из сплава никеля с хромом или никеля с хромом и железом (нихрома). Нихром лучших марок выдерживает нагрев до 1150° С в течение 6—8 месяцев.

В печи делают две камеры для загрузки шихты (рис. 228). В ка­мерах металл прогревается до оплавления нихромовыми нагрева-' тельными стержнями. Жидкий металл из камер стекает в металло- сборник, центральную часть печи, где он также подогревается.

товые материалы перед присадкой в расплавленный металл подо- гревают до 100—150° С.

Плавку сплава AJ12 рекомендуется вести на чушках готового силумина, а при отсутствии его — с применением лигатуры алюми­ний — кремний. Тщательно просушенный и прокаленный тигель перед загрузкой шихты нагревают до 600—700° С. Затем в него за­гружают отходы собственного производства, после расплавления которых загружают чушки паспортного силумина или алюминия (при плавке на лигатуре). Затем вводят лигатуру алюминий — крем­ний и сплав тщательно перемешивают. Температуру доводят до 680—700° С и рафинируют сплав сухими хлористыми солями.

Рафинирование хлористыми солями.К рафи­нирующим солям, легко разлагающимся при нагреве, относятся соли: ZnCl₂, МпС1₂, С₂С1₆, А1С1₃ и др. Рафинирующее действие солей основано на их реакции с алюминием

ЗМеС1₃ + 2А1 = 2А1С1₃ + ЗМе, -

в результате которой выделяется газообразный хлористый алю­миний, а восстановленный цинк или марганец переходит"в ра­сплав.

Перед рафинированием соли необходимо тщательно подготовить, так как они имеют повышенную гигроскопичность, особенно хло­ристый цинк. Хлористый цинк необходимо переплавить при 380— 400° С и размолоть, а хлористый марганец просушить при этой же температуре в течение 4—6 ч.

' Соли следует хранить в термостате или сушильном шкафу при 120—150° С. При рафинировании 0,1—0,2% соли (от массы шихты) вводят расплав с помощью колокольчика. Рафинирование сплава считают законченным после окончания бурления. Для устранения сильного бурления и окисления соль можно вводить в два приема. После рафинирования сплав выдерживают в течение 5—8 мин, так как в этот период всплывают оставшиеся в расплаве пузырьки газов и окисных плен.

Гексахлорэтан С₂С1₆, применяемый в качестве рафинирующей соли, имеет преимущества по сравнению с_хлористым цинком и мар­ганцем: он негигроскопичен, при взаимодействии с расплавленным алюминием обладает большой газотворной способностью:

ЗС₂С1₆ + 2А1 -► ЗС_аС1₄ + 2 А1С1₃.

Газообразный тетрахлорэтилен С₂С1₄ выделяется в виде крупных, быстровсплывающих пузырьков, что затрудняет диффузию в него водорода из расплава и снижает эффект рафинирования по сравне­нию с хлором. Поэтому вводят в сплав 0,5—1,0% гексахлорэтана от массы шихты в несколько приемов. Температура рафинирования 730—750° С.

Рафинирование флюсами. Флюсы, покрывающие ванну сплава, защищают его от воздействия атмосферы печи, способ­ствуют очищению сплава от окисных включений и дегазируют его.

g качестве флюсов применяют хлористый натрий и калий в соотно­шении 1:1. Они образуют легкоплавкую эвтектику.,

Покровные флюсы в- количестве 2—3% массы шихты засыпают _на поверхность чушек сразу после загрузки их в печь. По мере испа­рения флюса его периодически добавляют. Покровно-рафинирую- дие флюсы в количестве 0,5—1,0% массы шихты засыпают на поверх­ность расплава. Затем на его поверхность насыпают фтористый натрий для сгущения флюса, флюс снимают и сплав разливают.

Вакуумирование сплавов. Сущность этого способа заключается в том, что с понижением давления растворимость водо­рода в сплаве уменьшается. Водород в сплаве, находящийся в иони­зированном или атомарном состоянии, переходит в молекулярное со­стояние; образуются пузырьки, которые всплывают на поверхность.

Сплав перед заливкой вакуумируют в специальной камере, в ко­торой вакуум-насосом поддерживается разрежение 1—10 мм рт. ст. Время вакуумирования 10—15 мин в зависимости от загрязненности сплава.

Наиболее совершенным способом получения качественных спла­вов является плавка и заливка под вакуумом. Уменьшение давле­ния над зеркалом сплава в процессе плавки понижает температуру испарения примесей, обладающих высоким давлением паров, в ре­зультате чего происходит очистка от них алюминиевых сплавов.

При заливке в вакууме сплав не окисляется, что позволяет производить заливку с разрывом струи для создания лучших условий последовательно-направленной кристаллизации отливок. Вакуумную плавку проводят в специально оборудованных индукционных печах.

Дегазацию алюминиевых сплавов осуществляют обработкой ультразвуком. При прохождении ультразвуковых волн в расплаве возникают упругие колебания частиц. Вследствие инерции скорость возвратно-поступательного движения отдельных частиц будет раз­личной, что приведет к временному разрыву сплошности и образо­ванию микрополостей с глубоким вакуумом. В эти полости устрем­ляются растворенные в сплаве газы, где они образуют пузырьки. При обратном движении частиц происходит сжатие газа, но молеку­лярный водород в раствор не переходит. При последующих разрывах сплошности расплава пузырьки увеличиваются до критического раз­мера, всплывают и удаляются в атмосферу.

Модифицирование. Модифицирование является необходимой технологической операцией для сплавов с высоким (более 6%) содер­жанием кремния, если они кристаллизуются в составе двойной эвтек­тики а + Si. Грубые, пластинчатой формы частицы кремния ухуд­шают механические свойства сплавов, особенно удлинение.

Для модифицирования применяют натрий, который вводят в сплав из смесей солей. При содержании 0,09—0,1% Na в сплаве кремний кристаллизуется в виде мелких округленных частиц, что способствует повышению механических свойств.

В табл. 61 приведены модификаторы для алюминиевокремниевых сплавов.

Алюминиевые сплавы можно обрабатывать модифицирующими флюсами. Этот способ заключается в следующем. Расплавленный размолотый и просеянный через сито № 20 модификатор в количестве

5. 2% массы шихты насыпают на поверхность расплава, нагретого" до температуры модифицирования. Расплав выдерживают под флю­сом в течение 10—15 мин, а затем флюс замешивают в расплав на глу­бину 100—150 мм в течение 2—3 мин. Введение в расплав натрия ' сопровождается реакцией

3NaF + Al = AlF₃ + 3Na.

После окончания модифицирования флюс снимают (для сгуще­ния флюса используют NaF) и заливают формы. Чтобы исключить выгорание натрия, время модифицирования с момента окончания ' модифицирования и до конца заливки не должно превышать 30 мин. Если в течение этого промежутка заливку не закончат, оставшуюся часть сплава необходимо модифицировать вторично.

Наилучшие результаты достигаются при модифицировании уни- версальными флюсами, обеспечивающими одновременно и рафиниро­вание сплавов. Применение тугоплавких флюсов № 1 требует значительного перегрева сплава, что приводит к газонасыщенности. Поэтому их целесообразно использовать при литье сплавов с повы­шенным содержанием кремния (АЛ2), когда необходима наиболь­шая модифицирующая активность флюса, и при литье крупногаба­ритных тонкостенных деталей, которые заливают при высоких тем­пературах.

Во всех других случаях рекомендуется использовать флюсы с пониженной температурой плавления.

Глава III

- ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

§ 1. Состав и свойства магниевых сплавов

Магний и его сплавы являются хорошим конструкционным мате­риалом, так как он в 4,5 раза легче железа и 1,6 раза легче алюми­ния. Чистый магний — это металл серебристо-белого цвета. Темпе­

ратура плавления его 650° С, плотность при 20° С 1,738 г/см³. Плот­ность магниевых сплавов 1,75—1,9 г/см³, по значениям удельной прочности они превосходят некоторые конструкционные стали, чугуны и алюминиевые сплавы, обладают поглощением вибрации, что очень важно для авиации и транспорта. Магниевые сплавы легко обрабатываются резанием и после надлежащей обработки не усту­пают по коррозионной стойкости алюминиевым сплавам.

Магниевые сплавы широко применяют в авиационной промыш­ленности, в приборостроении, в авто- и моторостроении, радиотех­нике и других отраслях промышленности. Из магниевых сплавов изготовляют корпуса приборов, бурильных, пневматических и руч­ных инструментов, корпуса радиоаппаратуры, фотокамер, детали двигателей и др. Масса отливок из магниевых сплавов достигает 300—500 кг.

Наибольшее применение в промышленности нашли магниевые сплавы систем Mg — А1 — Мп и Mg — А1 — Zn. Основной легирую­щей добавкой в магниевых сплавах является алюминий, который^ вводят непосредственно в расплавленный магний в количестве 5,0—11%.

Алюминий уменьшает способность магниевых сплавов самовос­пламеняться, повышает механические свойства, а также улучшает литейные свойства. При дальнейшем увеличении содержания алюми­ния в сплаве снижается механическая прочность и увеличивается хрупкость.

Цинк в количестве до 5,5% способствует повышению механиче­ских свойств, но ухудшает литейные свойства сплавов. Коррозион­ная стойкость их выше сплавов системы Mg — А1 — Мп.

Марганец вводят в магниевые сплавы для повышения их корро­зионной стойкости в количестве до 2—2,5%, а в сплавах системы Mg — А1 — Zn от 0,1 до 0,5%. Добавка до 1,5—2% Мп повышает механические свойства сплава, плотность отливок, улучшает свари­ваемость, но ухудшает жидкотекучесть и увеличивает склонность к горячим трещинам.

Цирконий измельчает структуру, повышает механические свой­ства, но ухудшает литейные свойства. В настоящее время получают отливки с прочностью при растяжении до 35 кгс/мм² и удлинением 5—15%.

Сплав магния с марганцем Мл2 применяют сравнительно редко из-за невысоких механических и литейных свойств.

Наибольшее распространение получили сплавы магния с алю­минием Мл4 и Мл5.

Сплав Мл4 (6,0% А1, 2,5% Zn и 0,3% Мп, остальное Mg) имеет высокие механические свойства в литом состоянии и повышенную коррозионную стойкость после оксидирования. Из сплава Мл4 изготовляют детали агрегатов и приборов, от которых тре­буется повышенная стойкость против коррозии. Но при литье ^этот сплав сильно окисляется и имеет склонность к образованию Микрорыхлот, горячих. Трещин, большую усадку, что рызывает

затруднения при получении отливок сложной конфигурации из этого сплава.

Сплав Мл5, содержащий 8,5% А1, 0,5% Zn, 0,3% Мп, остальное Mg, обладает более высокими технологическими свойствами, чем сплав Мл4, так как он менее склонен к образованию микрорыхлот горячих трещин и по жидкотекучести уступает только сплаву Млб (10% Al, 1 % Zn, 0,3% Мп, остальное Mg). Сплавы Мл5 и Млб приме­няют для литья в разовые песчаные формы, кокиль и под давле­нием при производстве высоконагруженных деталей. Сплавы Мл9, МлЮ, Мл12 и др. применяются для работы при повышенных темпе­ратурах порядка 150—350° С.

§ 2. Особенности литейной формы

Отличительной особенностью магниевых сплавов является их способность сильно окисляться и даже воспламеняться при плавке и заливке.

При заливке магниевых сплавов в разовую песчаную форму, не содержащую специальных защитных присадок, магний реагирует .с влагой формы и с кислородом воздуха, содержащимся в порах формы, а в местах наибольшего разогрева формы — с кремнеземом. При этом могут происходить реакции с выделением большого коли­чества теплоты й загорания сплава:

Mg -f Н₂0 -> MgO -j- Н_? + 77,5 ккал;

2Mg + 0₂2MgO + 287,2 ккал.

Для того чтобы предотвратить горение магния в форме, в сос­тав формовочных смесей вводят защитные присадки в виде фтористых солей аммония NH₄P или фтор- боркислого аммония NH₄BF₄, или смеси, состоящей из борной кис­лоты НВ0₃, технической мочевины СО (NH₂)₃ и сернокислого алю­миния A1₂(S0₄)₃. Присадки (85% NH₄ или NH₄BF₄ и 15% НВ0₃) вводят в формовочную смесь в количестве 4—8% массы смеси.

В стержневые смеси добавляют 0,25—1,0% смеси борной кислоты'' и серы. Компоненты присадок соединяются с магнием или продук­тами его окисления и образуют на поверхности металла защитные пленки Mg0-B₂0₃; А1₂0₃-В₂0₃ и др., которые более плотны, чем пленки MgO. Кроме того, присадки образуют газообразные продук­ты, создающие инертный защитный слой газа. Эта газовая оболочка препятствует контакту сплава с парами воды и газов формы.

Формовочные и стержневые смеси (табл. 62) для литья магние­вых сплавов приготовляют из обычных песков и глин с минимально возможной влажностью, высокой газопроницаемостью, так как фторсодержащие присадки очень газотворны.

Высококачественные формовочные смеси приготовляют из отмы­тых от глины песков с добавкой 2—4% бентонита и с минимальной влажностью. Стержневые смеси приготовляют на связующих: М, 4Гу, сульфитно-спиртовой барде и др. Для стержней следует выби-

Типовые составы формовочных и стержневых смесей для отливок из магниевых

рать связующие, которые высыхают при низких температурах сушки стержней во избежание выгорания защитной присадки (серы).

Литниковые системы для магниевых сплавов почти ничем не отличаются от литниковых систем для алюминиевых сплавов. Литниковые чаши должны быть металлоемкими для удержания в них шлака. Предпочтительно использовать вертикально-щелевую лит­никовую систему. Для устранения пористости усадочного проис­хождения ускоряют затвердевание отливки установкой наружных холодильников и соответствующим подводом металла. Литниковую систему для магниевого сплава можно рассчитать по формуле (6). Соотношения площадей поперечного сечения элементов литниковой системы следующие:

ными красками. Толщину холодильников из чугуна, стали и гра­фита при литье легких сплавов рекомендуется принимать 0,3—1,0 толщины захолаживаемой части отливки.

Для магниевых сплавов характерны низкое теплосодержание, малая плотность и незначительное металлостатическое давление, поэтому прибыли на фасонных отливках из этих сплавов делают более массивными, чем на отливках из алюминиевых сплавов.

§ 3. Плавка магниевых сплавов

Для плавки магниевых сплавов применяют тигельные и отража­тельные печи, работающие на газе, мазуте, электропечи, а также индукционные печи.

Тигельные печи для плавки магниевых сплавов применяют с вы­емными и стационарными тиглями. В литейных цехах массового* производства применяют печи со стационарным тиглем. Емкость стальных стационарных печей до 900 кг, производительность 60— 120 кг/ч, а с тиглем емкостью 900 кг — около 250 кг/ч. Печи с выем­ным тиглем применяют в литейных цехах, изготовляющих круп­ные отливки и выпускающих небольшое число мелких и средних отливок. При литье крупных отливок емкость тигля достигает 200 кг.

Отражательные печи большой емкости применяют при непре­рывной плавке магниевых сплавов и переплавке крупногабаритного лома и отходов. Для плавки магниевых сплавов все большее распро­странение получают индукционные печи промышленной частоты.

Печи футеруют магнезитовым кирпичом. Готовый сплав из печи переливают в раздаточные тигельные печи с помощью центробеж­ной помпы, которая перекачивает металл на расстояние до 10 м.

Шихтовые материалы, флюсы и их подготовка. В качестве исходных материалов применяют чистые металлы, первичные спла­вы, отходы собственного производства, предварительные сплавы и лигатуры. Из чистых, первичных металлов применяют магний чушковой, алюминий чушковой, кремний кристаллический или кремний чушковой, силумины, цинк чушковой.

При плавке магниевых сплавов применяют лигатуры: алюмини- евобериллиевую (97—95% А1 и 3—5% Be, температура плавления 700—800° С); магниевомарганцевую (96—98% А1, 2—4% Мп, тем­пература плавления 700—800° С); алюминиевомарганцевую (92— 88% А1 и 8—12% Мп, температура плавления 770—830° С); алюми­ниевомагниевомарганцевую (70% А1, 20% Mg и 10% Мп,температура плавления 700—800° С) и другие лигатуры.

Шихту составляют из возврата различных сортов, который вво­дят до 30—40% от массы шихты. Для модифицирования магниевых сплавов применяется магнезит или мел с размером кусков не более Ю—25 мм.

В качестве легирующего компонента применяют металлический кальций для повышения плотности отливок.

Плавка магниевых сплавов. В качестве примера приведем процесс плавки рабочего сплава Мл5 в стационарных тиглях. При приготов­лении сплава Мл5 в стационарных тиглях применяют флюс ВИ2, в выемных тиглях — флюс ВИЗ. Перед началом плавки ковши, ложки и другой инструмент промывают при температуре 750— 800° С криолитовым флюсом № 2.

В нагретый до темно-красного каления тигель загружают поро­шкообразный флюс из расчета 0,1—0,25% массы шихты.

Расплавленный промежуточный сплав сливают на V₃ емкости тигля, после чего его догружают чушками первичного сплава, подо­гретыми на борту печи до температуры не ниже 120° С. Сплав на­гревают до 700—730° С, вводят бериллий и производят модифици­рование магнезитом.

При модифицировании магнезит дробят, на куски до размеров 10 х 25 мм и просушивают при 150—200° С. Расход его составляет 0,25—0,3% массы шихты. Магнезит вводят в сплав в один прием при помощи колокольчика закрытого типа. При модифицировании колокольчик погружается в металл примерно'на половину высоты ^х тигля. Продолжительность модифицирования 5—10 мин. Если воз­никают очаги горения на поверхности металла, то поверхность ме-

шой поверхностью и хорошей смачиваемостью флюсом. Фильтр изготовляют из железного или графитового стакана (наполненного фильтрующим материалом). В дне стакана или по бокам немного выше дна просверливают несколько отверстий. Фильтр нагревают до температуры, близкой к температуре заливаемого сплава, и уста­навливают над литниковой системой или непосредственно в самой литниковой системе.

Некоторые правила техники безопасности при плавке магниевых сплавов. Магний и его сплавы в зависимости от состава загораются на открытом воздухе при 400—500° С и горят ослепительно белым светом, выделяя большое количество теплоты и дыма. Например, сплав Мл5 воспламеняется при 400—430° С, а сухая пыль магния и его’сплавов воспламеняется со взрывом при 400—480° С, влажная пыль — при 360—380° С. Тушить водой или пенными огнетушите­лями загоревшиеся сплавы нельзя, так как может произойти взрыв. При взаимодействии магния с водой выделяется водород, который вместе с кислородом образует гремучую смесь (при содержании водорода свыше 9%).

Для предупреждения воспламенения (загорания) сплава приме­няют различные защитные флюсы, присадки и припылы.

Универсальным средством для тушения горящего магния и его сплавов является сухой молотый флюс, применяемый при плавке магниевых сплавов. Запас этих флюсов должен постоянно находиться на рабочих местах и храниться в герметичной таре. Для тушения пожаров магниевых сплавов при механической обработке приме­няют специальные патроны, заряженные флюсом.

Помещение, где осуществляют плавку и заливку магниевых спла­вов, должно быть изолировано огнестойкими стенами и металличес­кими перекрытиями. От каждой плавильной печи должен быть свободный доступ и запасной выход на случай пожара.

Раздел седьмой специальные способы литья

1. подготовки форм (очистки, нагрева, нанесения на рабочие

поверхности облицовки и краски);

2. сборки формы (установки стержней в форму, закрытия и за- крепления частей формы);

3. заливки формы жидким металлом;

4. извлечения отливок из формы после их остывания (раскрытие формы с помощью механизмов или вручную);

5. обрубки, очистки и, в случае надобности, термической об ботки отливок.

поверхностями разъема. Неразъемные (вытряхные) кокили приме няют для простых отливок без выступающих частей, кокили с гори­зонтальной плоскостью разъема — для низких и неответственных отливок, кокили с вертикальной плоскостью разъема — для неболь­ших отливок массой до 75 кг, а также для плоских или тонкостенных отливок со стержнями, кокили со сложной поверхностью разъема — для сложных отливок.

При конструировании кокиля особое внимание следует обращать на вентиляцию, т. е. вывод из кокиля газов с помощью выпора и га­зоотводных каналов (рис. 231). Газоотводными кана­лами называют мелкие и узкие каналы глубиной не более 0,3 мм, наносимые на плоскость разъема формы. Иногда газоотводные

Для определений толщины стенок кокилей можно рекомендо­вать следующую формулу:

$2— I 4-J-0,66i,

где 6j, 6₂ — толщины соответственно стенок отливки и ко­киля, мм.

Расположение отливок в кокиле должно обеспечить спокойное движение металла в литниковой системе и полости формы, а также удаление газа и воздуха из формы. В кокиле можно расположить одну или несколько отливок в зависимости от их размеров и конфи­гурации.

Корпус кокиля представляет собой жесткую конструкцию с реб­рами, которые препятствуют короблению кокиля при его нагреве и охлаждении. Половины кокиля или отдельные его части, оформ­ляющие рабочую полость, должны хорошо центрироваться относи­тельно друг друга.

Кокили из алюминия применяют для литья не только легких сплавов, но чугуна и стали. Отливки в таких кокилях получаются с более чистой поверхностью, лучшей структурой, без рыхлот и уса­дочных раковин.

Внутренняя поверхность алюминиевого кокиля анодируется, что предохраняет его от сваривания с жидким металлом и увели­чивает стойкость кокиля. Рабочую поверхность кокиля опрыски­вают перед заливкой силиконовой жидкостью. Стержни в таких кокилях часто делают алюминиевыми.

Таблица 64

Составы облицовки

0. 57,0

407

X~2Z

Рис. 233. Схемы подвода сплава в ко­киль:

о — сверху; 6 — через сифонную литни­ковую систему; в — через щелевой пнта* тбль и зигзагообразный стояк

Литниковые системы. При разработке конструкции литниковой системы для получения отливок из различных сплавов следует ру. ководствоваться известными, изложенными ранее особенностями построения литниковых систем для данного сплава. Однако вслед­ствие быстрого охлаждения жидкого сплава в кокиле литниковые системы делают с большим сечением каналов, чем при литье в песча­ные формы. Площадь сечения питателей берут на 25—33% больше чем для песчаных форм. Длина литниковых каналов должна быть по возможности минимальной, и в них не допускается острых углов, поворотов или резких изменений сечений. Для легких сплавов- рекомендуется следующее соотношение площадей элементов литни­ковой системы (стояка, коллектора, питателя):.

F_Ci Fкол: = I : 2 :3 или 1:2:6.

Сплав подводят'в кокиль сверху, снизу и сбоку (рис. 233). Для алюминиевых и магниевых сплавов часто применяют вертикаль­но-щелевой питатель и зигзагообразные стояки.

Литниковые системы для литья в кокиль можно рассчитывать 'по тем же формулам, что и для песчаных форм.

§ 3. Особенности литья различных сплавов

Литье чугуна. Перед заливкой рабочие полости кокиля покры­вают краской и облицовками. Облицовку кокиля возобновляют через каждые 100—200 заливок после очистки кокиля от старой облицовки. Перед началом работы кокиль подогревают до 200—250° С. Нельзя заливать металл в холодный кокиль, так как это приводит к быстрому растрескиванию его поверхности. Для устранения отбела при литье- чугуна рабочие поверхности кокиля перед каждой заливкой обяза­тельно покрывают копотью ацетиленового пламени. Во время работы кокиль не должен нагреваться'более 400° С, так как это вызывает растрескивание поверхности. Поэтому кокиль охлаждают обычно воздухом. При хорошем уходе кокиль выдерживает 3000—5000 за­ливок чугуном.

В зависимости от массы и толщины стенок отливки температура заливки чугуна колеблется от 1280 до 1300° С. Химический состав чугуна: 3,5—3,6% С; 2,4—2,6% Si; 0,6—0,7% Мп; 0,3—0,4% Р; до 0,12% S.

В шихте желательно иметь не менее 50% чушкового чугуна, 20—30% возврата производства, 20—30% лома. Опыт показывает, что чугунные отливки массой до 10 кг и сечением до 12 мм без отбела получить очень трудно. Поэтому такие отливки подвергают отжигу, за исключением толстостенных несложной конфигурации и несоот­ветственных отливок.

Термическая обработка чугунных отливок необходима не только для устранения отбела, но и для снятия внутренних напряжений. При содержании 2,4% Si в отливках цементит при отжиге (850— 870° С) распадается в течение 1 ч. Для снятия внутренних напряже­

ний в отливках с отбеленным слоем без снижения твердости отжиг можно проводить при нагреве до 600° С, выдерживать при этой тем­пературе 4—8 ч и медленно охлаждать вместе с печью.

Литье алюминиевых сплавов. Температура заливки алюминиевых сплавов 710—720° С, поэтому кокиль не нагревается расплавом так сильно, как при литье чугуна. Стойкость кокиля в этом случае достигает 50 000 заливок. Алюминиевые сплавы имеют большую усадку, поэтому необходимо ставить прибыли, иногда превышающие массу отливок, а также обеспечивать направленное затвердевание соответствующим подводом сплава к отливке. Алюминиевые сплавы необходимо обязательно рафинировать.

Высокая стойкость кокилей, хорошая чистота поверхности, точ­ность размеров и высокие механические свойства отливок создают широкие перспективы использования этого способа для литья алю­миниевых сплавов. При проектировании технологии изготовления отливок из алюминиевого сплава в условиях серийного и массового производства необходимо предусматривать в основном изготовление их в кокилях.

Кокили начали применять и для литья стали, например катки для трактора изготовляют из стали 50Г. Сборку кокилей и заливку их жидкой сталью осуществляют на тележечном конвейере. На каж­дую тележку устанавливают два кокиля, которые заливают из ков­шей емкостью 260 кг. Через 8—10 мин после заливки кокиль подают на специальный стол и затем к месту выбивки. После выбивки отлив­ки кокиль с помощью вращающейся металлической щетки автомати­чески очищается от остатков песка, гари и старой краски. Затем кокиль охлаждается в камере, где он обрызгивается струйками горячей воды. Температура кокиля снижается до 200—250° С. После этого специальным пульверизатором кокиль покрывается маршали- товой краской на сульфитной барде и устанавливается клещами на площадку конвейера.

§ 4. Механизация литья в металлические формы

При литье в металлические формы обязательно механизируют операции раскрытия и закрытия форм, установки и извлечения стержней, удаления отливок из формы, покрытия форм облицо­вочным составом, охлаждения и нагрева формы, заливки. Это осу­ществляется на специальных кокильных установках: индивидуаль­ных станках; универсальных машинах, позволяющих осуществить раскрытие формы как в горизонтальной, так и в вертикальной пло­скости; полуавтоматических карусельных машинах; конвейерных кокильных линиях.

Для крупных отливок сложной конфигурации, требующих при­менения кокилей с несколькими поверхностями разъема и большого числа металлических стержней, удаляемых в различных направле­ниях, применяют механизированные кокили с программным управ­лением.

Для отливок более простых по конструкции, небольших и сред­них по размеру используют универсальные индивидуальные или карусельные машины, а также конвейерные автоматические линии. Обычно в качестве приводов механизмов раскрытия и закрытия кокилей, извлечения стержней и т. д. в машинах используют пневматические или гидравлические приводы.

Однопозиционные кокильные машины делят на механизированные кокили и универсальные машины. Механизированные кокили при­меняют обычно в условиях крупносерийного и массового производ­ства. Они предназначены для изготовления одной отливки или одно­типных, близких по конструкции отливок, когда затраты на оснаще­ние кокиля вспомогательными механизмами окупаются. Универ­сальные кокильные машины применяют для изготовления различ-

ляющим 15. Кокиль запирается пневморычажным механизмом 6. Отрыв кокиля и металлических стержней от отливки осуществля­ется усилителями 5 и 13. Выталкиватели устанавливают на плите 11, а стержни — на плитах 7 и 9.

Производительность однопозиционных машин обычно составляет 5—20 отливок в час.

Карусельные кокильные машины применяют в условиях массо­вого и крупносерийного производства для изготовления небольших по размерам и массе отливок. Число кокилей, устанавливаемых на карусели, различно и колеблется для различных машин от 3 до 8.

гаемого по монорельсу 9. В конце конвейера крышка кокиля откры­вается и отливки из кокиля падают по лотку 4 в ящик 5. В нижней

Горизонтальную или слегка наклонную ось вращения формы применяют для большинства отливок (труб, втулок, колец, венцов), вертикальную ось вращения — при необходимости получения от­ливки без центрального отверстия: фасонных изделий, заливаемых через центральный стояк, и при заливке в песчаные формы.

На рис. 238 представлена схема получения втулок на центробеж­ной машине с вертикальной осью вращения. Предварительно подо­гретую металлическую форму закрепляют на шпинделе. Затем днище формы покрывают графитовой краской кистью или пульвери­затором (рис. 238, а), устанавливают крышку и форму приводят во вращение.

1. При литье полых цилиндров не требуется стержней для обра?