10.3.Электрошлаковое литье (эшл).

При ЭШЛ исходная заготовка – расплавляемый электрод, химический которого – это состав металла детали. Источник тепла – расплавленный шлак (его расплавляют проходящим током). Электрод, постепенно опускаясь, расплавляется, расплавленный металл заполняет литейную форму – кристаллизатор. После затвердевания образуется заготовка – отливка. Таким образом, происходит совмещение операций расплавления металла в плавильном агрегате и заливки его в форму. Это является принципиальным отличием от всех рассмотренных ранее технологий литья.

Схема установки электрошлакового литья (ЭШЛ) представлена на рис. 10.6. Переплавляемый электрод (1), расплавляется в шлаковой ванне (2), а затем затвердевает в литейной форме – кристаллизаторе (5). Конфигурация отливки соответствует форме кристаллизатора.

Кристаллизаторы могут иметь различные сечения, быть ступенчатыми (как на рис. 10.6), допускается наличие острых углов и резких переходов от сечения к сечению. Это позволяет получать отливки сложной конфигурации, в том числе с отверстиями и полостями. При ЭШЛ отпадает необходимость литниковых систем.

Электрошлаковое литье обеспечивает получение металла с малым содержанием вредных примесей и неметаллических включений, вследствие очищающего воздействия шлака. Отливки ЭШЛ имеют высокую плотность (отсутствует пористость, усадочная раковина) и, как следствие, высокие механические свойства, поэтому их можно использовать для изготовления нагруженных деталей, заменив ковку, штамповку, сварку.

ЭШЛ получают как мелкие отливки массой в десятки граммов, так и крупные - массой до 100 тонн и более (валки для холодной прокатки, сосуды сверхвысокого давления, коленчатые валы и шатуны судовых дизельных двигателей, и др.).

11. Обработка давлением.

Обработка металлов давлением производится на металлургических, и машиностроительных заводах. На металлургических заводах изготавливают прокат стандартных профилей, трубы, проволоку.

На машиностроительных заводах обработка давлением производится для изготовления заготовок (или деталей) – это операции ковки и штамповки. В качестве заготовок для этих операций очень часто применяется прокат (круг, квадрат, лист, и др.), изготовленный на металлургических заводах.

Ковка и штамповка осуществляется либо ударным (на молотах), либо статическим (на прессах) воздействием на заготовку. Изделия, полученные в результате ковки и штамповки, называются поковками.

К преимуществам обработки давлением следует отнести:

- возможность изготовления самых разнообразных по размерам, массе и форме поковок (заготовок или деталей);

- возможность обработки почти всех используемых в промышленности металлов и сплавов;

- улучшение структуры обработанных заготовок, что приводит к повышению механических свойств металла;

- высокую производительность и высокий коэффициент использования материала – операции являются малоотходными.

11.1. Холодная и горячая обработка давлением.

Формообразование заготовок и деталей при обработке давлением происходит в результате пластической деформации.

В результате пластической деформации возникает наклеп - повышение твердости и прочности, при одновременном снижении пластичности (рис.11.1). Это происходит за счет изменения структуры - при пластической деформации повышается плотность дефектов строения металла, зерна вытягиваются в направлении действующих сил, внутри зерен образуются плотные полосы скольжения дислокаций, которые дробят зерна на отдельные блоки.

Наклепанный металл находится в неравновесном состоянии. Поэтому при нагреве он стремится к равновесному (исходному, до наклепа) состоянию. В результате нагрева происходит рекристаллизация - свойства становятся такими, какими были до наклепа (рис.11.2). Температура начала рекристаллизации зависит от природы металла, а именно от температуры плавления, а также от того, чистый это металл или сплав:

Т_р=α Т_пл, где: Т_р и Т_пл - температуры рекристаллизации и плавления, К, соответственно; α – коэффициент, зависящий от чистоты металла и типа сплава.

Для технически чистых металлов величина α составляет 0,2; для смесей – 0,4; для твердых растворов - 0,6...0,8.

Температура рекристаллизации играет важную роль в процессах обработки металлов давлением. В зависимости от температуры обработка давлением (деформация) подразделяется на холодную и горячую.

Эти виды обработки давлением различаются принципиально:

- холодная обработка проводится ниже температуры рекристаллизации и вызывает наклеп;

- горячая обработка проводится при температурах, выше температуры рекристаллизации и не вызывает наклепа.

При холодной обработке давлением возникает необходимость рекристаллизационного отжига – нагрева и выдержки при температурах, превышающих температуру рекристаллизации. Его выполняют для снятия наклепа, т.е. повышения пластичности. Например, при производстве проволоки, ленты в металлургическом производстве. После волочения или прокатки заготовки до определенного размера пластичность сильно снижается так, что дальнейшая холодная обработка невозможна, металл будет разрушаться. Поэтому для дальнейшей обработки давлением необходимо повышение пластичности.

Преимущество холодной обработки – высокое качество обработанной поверхности и возможность получения точных размеров. Эта технология позволяет изготавливать окончательно готовые детали. Однако, при этом требуются большие усилия деформации, т.к. деформируемый металл обладает высоким пределом текучести, его пластичность значительно ниже, чем у нагретого. Это ограничивает применение технологий холодной деформации.

Преимущество горячей деформации – более высокая пластичность металла, это требует меньших усилий на его деформацию. Однако, при этом невозможно получить хорошего качества поверхности заготовок, происходит окисление металла. Так, при горячей обработке сталей появляется окалина – оксиды железа (FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄). Масса окалины может достигать 2% массы заготовки. Помимо потери металла повышается трудоемкость дальнейшей обработки заготовок. Перед механической обработкой необходима очистка заготовок.