14 Стальное литье

Сталь обладает более низкими литейными свойствами, чем серый чугун: она менее жидкотекуча (300 – 350 мм), дает большую усадку (1,8 – 2,5%), более склонна к образованию при затвердевании усадочных раковин и трещин. Температура плавления стали выше чем серого чугуна (1400 – 15250С, температура заливки – 1550 – 16000С), поэтому из стали труднее получить отливки высокого качества.

Тем не менее стальное литье широко распространено. Стальные детали обладают большей прочностью и вязкостью, более надежны и долговечны в работе, лучше выдерживают ударные нагрузки, чем чугунные.

Литые изделия из стали могут иметь различные очертания, и их изготовление обходится значительно дешевле, чем обработкой резанием или давлением.

Для получения мелкого литья используется более горячий металл, чем для крупного.

Формовочные материалы, применяемые для стального литья должны обладать более высокой огнеупорностью, поэтому кварцевый песок должен быть чистым, а глина без примесей.

Для повышения газопроницаемости литейной формы в ней устраивают больше вентиляционных каналов.

В качестве литейного материала применяется углеродистая и легированная сталь.

15 Литье цветных сплавов

Для получения цветного литья формовочные смеси в отличие от смесей от смесей, применяемых при изготовлении чугунных и стальных отливок, должны быть мелкозернистыми, обладать хорошей газопроницаемостью, податливостью и пластичностью.

Металлическая шихта для выплавления сплавов цветных металлов состоит из чистого цветного металла, лома и отхода производства в виде литников, прибылей и брака литья.

Перед разливкой сплавы цветных металлов раскисляют, очищают от попавших неметаллических включений и модифицируют. Область применения цветного сплава для изготовления отливок зависит от требований, предъявляемым к литым изделиям.

15.1 Литье магниевых сплавов. Отливки из литейных магниевых сплавов (Мл2, Мл3 и т.д. – цифра условный номер сплава) имеют относительно высокую удельную прочность и используются в авиастроении, приборостроении и т.д.

Выплавка сплавов связана с рядом затруднений, они обладают легкой окисляемостью при нагревании и способны воспламенятся при температуре 6000С. Выплавку производят в электрических печах сопротивления в тиглях под слоем флюсов. Для получения отливок из магниевых сплавов широко применяется литье под давлением.

15.2 Титановые сплавы, обладающие малой плотностью, высокой прочностью, нашли широкое применение.

Титан и его сплавы в жидком состоянии чрезвычайно химически активны. Они энергично растворяют O2, N2, H2 и C, вступают в химические реакции с материалами форм. Поэтому плавить и разливать Ti и его сплавы необходимо в условии вакуума или в атмосфере нейтрального газа (например, аргона). Плавка ведется в медном водоохлаждаемом тигле. Для получения отливок применяются бронзовые, керамические или графитовые формы. И тигли и формы изнутри облицовывают слоем твердого титана, называемого гарнисажем. Таким образом, расплавленный титан и его сплав находится в контакте со слоем твердого титана толщиной 25 мм и никакими примесями не загрязняется.

Марки: ВТ5-Л, ВТЛ1, ВТ6Л и т.д.

15.3 Сплавы на медной основе. Отливки, получаемые из сплавов на медной основе, отличаются износоустойчивостью, коррозионной стойкостью, повышенной кислотоупорностью, способностью работать при высоких температурах и под давлением. Медные сплавы обладают хорошей текучестью, позволяющей получать отливки любых сложных очертаний.

В обозначении марок литейных бронз и латуней дополнительно указывается буква «Л»: БрАЖ9-4Л, ЛАЖ60-1-1Л. Либо без «Л», например ЛЦ16К4. (А – Al, Ж – Fe, С – Pb, Ф – P, Н – Ni, Мц – Mn).

15.4 Сплавы на основе алюминия отличаются хорошими литейными свойствами. Отливки из этих сплавов имеют малый вес, и обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью.

16 Плавка

16.1 Вагранка.Для перевода металла из твердого состояния в жидкое в литейном производстве используют ряд плавильных агрегатов. Для плавки чугуна во всех странах мира применяются преимущественно вагранки.

Вагранка – это вытянутая кверху шахтная печь. Сверху через загрузочное окно в нее загружают шихту, состоящую из чугуна, топлива (кокса) и флюсов. Снизу через фурмы подают воздух, необходимый для горения кокса – основного топлива. Чугун плавится и перегревается на 1000С выше температуры его плавления, т.е. до 1200 – 14000С (температура плавления 1150 – 12500С). Расплавленный чугун выпускают в ковш, либо в копильник, пристроенный к вагранке, либо в специальный агрегат – обогреваемый миксер, в который сливается чугун из нескольких печей. В копильнике и миксере чугун выравнивается по температуре и составу и может быть подогрет.

Вагранка – это самый простой и самый дешевый плавильный агрегат. Ее легко ввести в работу.

Через 2 – 4 часа после разогрева можно получить жидкий металл.

16.2 Пламенные печи.Плавку литейного материала можно производить и в пламенных печах. В них топка отделена от рабочего пространства, нагрев и расплавление металла производится газами. Это позволяет получить жидкий чугун более однородного состава с меньшим содержанием серы и сразу в больших количествах для заливки крупных литейных форм. В пламенных печах большей частью плавятся медные сплавы.

Для плавки специальных сортов серого, а также ковкого чугуна, стали и сплавов цветных металлов применяются электрические печи. В таких печах электроэнергия превращается в тепловую. Топливо здесь не нужно. Печи бывают дуговые, индукционные и сопротивления.

16.3 В дуговых печах теплота выделяется за счет электрической дуги. Ток большой силы и низкого напряжения пропускается через 2 или 3 электрода так, что между концами электродов вспыхивает электрическая дуга. В центре дуги возникает высокая температура (до 30000С). Дуга может гореть над металлом, нагревая его сверху (независимая), или пропускаться через металл. В дуговых печах можно плавить чугун, сталь, можно вводить тугоплавкие добавки.

16.4 Индукционные печи применяются для плавки чугуна, стали, цветных металлов. Индукционная печь – это своего рода трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки. Если по первичной обмотке пропускать электрический ток, то вокруг нее образуется электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи во вторичной обмотке. Если в электромагнитное поле вместо вторичной обмотки поместить тигель с загруженным в него металлом, то вихревые токи будут возникать в металле. Чем больше сопротивление прохождения электрического тока в тигле, тем больше электроэнергии будет превращаться в тепловую. Чем больше частота тока, тем легче происходит это преобразование.

Индукционные печи проще дуговых, но для них требуется более дорогое электрооборудование. Главное достоинство индукционных печей – легкость управления, возможность достижения высокой температуры, быстрый нагрев, равномерность температуры металла во всем объеме, нет выбросов в атмосферу пыли и газа.

Однако, производительность индукционных печей меньше, чем вагранок. Работают они прерывисто. Металл из них выдается по окончании каждой плавки. Вагранки же практически выдают металл непрерывно, что очень важно для современных автоматических формовочных линий.

16.5 Печи сопротивленияПри плавке цветных металлов такая высокая температура, как для чугуна и стали, не нужна. Для плавки олова, цинка, свинца, магния и алюминия наряду с дуговыми печами нередко используют электропечи иного типа – печи сопротивления. В электрическую цепь включают металлическую спираль или пластины с низкой электрической проводимостью (например, из нихрома). Большое сопротивление прохождения электрического тока вызывает нагрев спиралей или пластин .

17 Дефекты отливок и их исправление

Все дефекты отливок принято разделять на исправимые и неисправимые.

Исправимые дефекты – это дефекты, которые экономически целесообразно подвергать исправлению. В этом служебные свойства отливгок полностью восстанавливаются. Неисправимые дефекты обычно крупные по размерам исправить бывает либо невозможно, либо экономически нецелесообразно.

17.1 Несоответствия по геометрии

Недолив – дефект в виде неполного образования тела отливки вследствие частичного незаполнения литейной формы металлом (искажение контуров, образование самых разнообразных сквозных отверстий, щелей). Наблюдается этот дефект при недостаточной жидкотекучести, при скоплении газов, препятствующих заполнению формы, при недостаточных размерах питателей литниковой системы.

Спай – дефект отливки в виде углубления на поверхности, образовавшегося неполностью слившимися потоками прерванного при заливке или преждевременно застывшего в форме металла. Внешне это проявляется в виде углубления, рубцов или швов на поверхности отливок. Причины образования спаев те же, что и у недолива.

Коробление – дефект в виде искажения конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении, а также в результате нетехнологичности отливки или коробления модели.

Разностенность – дефект в виде взаимного увеличения и уменьшения толщины стенок отливки вследствие смещения, деформации или всплытия стержня.

Перекос – дефект в виде смещения одной части отливки относительно осей или поверхностей другой части по плоскости разъема модели, стержнового ящика или опок, возникшего вследствие их неточной фиксации при формовке и сборке.