книги из ГПНТБ / Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов

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 н наносятся на место отливки, требующее исправ­ ления.

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, напря­ жений и образования отбела в металле отливки.

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

Декоративное исправление чугунных отливок замазками приме­ няют 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 абрази­ вом. 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/см2. 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 мате­ риала 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

3 3 0

Раздел четвертый

ПРОИЗВОДСТВО о т л и в о к ИЗ КОВКОГО ЧУГУНА

ГЛАВА I

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМОВКИ И ПЛАВКИ КОВКОГО ЧУГУНА

§ 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 ские свойства чугуна По сравне­ 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 является длительный цикл его отжига.

Применяют два вида ковкого чугуна: ферритный, или черносер­ дечный, и перлитный, или белосердечный.

Ферритной (черносердечный) ковкий чугун. Этот чугун имеет бархатистый излом и тонкую, наружную светлую кайму. Микро­ структура отожженного черносердечного ковкого чугуна состоит из углерода отжига в виде компактных звездчатых и паукообраз­ ных образований и феррита.

Механические свойства ферритного ковкого чугуна: предел прочности при растяжении 30—37 кгс/мм2, относительное удлинение

6—12%, НВ 149—163.

332

В ферритном ковком чугуне допускается содержание 10—15% перлита. Такой чугун обладает большим сопротивлением удару, применяется обычно для деталей, подвергающихся динамической нагрузке.

Перлитный ковкий чугун. Ковкий чугун, в котором основная металлическая масса состоит уз перлита и углерода отжига, назы­ вается перлитным ковким чугуном. Его получают в результате термической обработки по специальным режимам белого чугуна или ферриДного ковкого чугуна, а также легированием чугуна присадками карбидообразующих элементов.

В зависимости от состава исходного белого чугуна и режима термической обработки прочность прирастяжении может коле­ баться от 50 до 70 кгс/мм2, а относительное удлинение от 2 до 5%.

Перлитные ковкие чугуны делятся на перлитно-ферритные и перлитные. Кроме этого, различаются чугуны с пластинчатым, сорбитообразным и зернистым перлитом.

Сфер'оидизированный ковкий чугун. Структура сфероидизированного перлитного ковкого чугуна отличается от структуры обыч­ ного перлитного ковкого чугуна наличием глобулей цементита, равномерно распределенных в ферритном поле. Размеры и количе­ ство этих глобулей зависят от первоначальной структуры и условий процесса сфероидизации.

Для получения сфероидизированного перлитного ковкого чугуна применяют белый чугун с повышенным содержанием марганца (до 0,7—1,2%) и специальный режим отжига. Особенностью про­ цесса отжига является длительная выдержка при температуре ниже критической (690—670° С) для сфероидизации пластинчатого перлита. В зависимости от содержания марганца, температуры и продолжительности выдержки получается чугун с различными свойствами: предел прочности при растяжении 48—70 кгс/мм2, относительное удлинение 6—12%, НВ 179—220.

Перлитные чугуны применяют для отливок, работающих глав­ ным образом на износ.

Литейные свойства ковкого чугуна. При производстве отливок из ковкого чугуна необходимо учитывать его свойства. Белый чугун, из которого получается ковкий чугун, по сравнению с серым чугуном содержит значительно меньше кремния и углерода, обла­ дает меньшей жидкотекучестыо, большей усадкой (1,6—1,9%), большей склонностью к образованию горячих и холодных трещин. При затвердевании в отливках возникают значительные внутренние напряжения. Литейные свойства ковкого чугуна обусловливают и особенности получения из него отливок: в утолщенных местах отли­ вок необходимо ставить питающие бобышки и холодильники для ликвидации усадочных раковин и рыхлот. В процессе отжига большинство отливок коробится и после очистки и обрубки нуждается в правке на прессах в специальных штампах. Отливки из ковкого чугуна подвергаются двойной очистке — до и после отжига.

333

§ 2. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМОВКИ

Формы для отливок из ковкого чугуна изготовляют в основном' на формовочных машинах и только небольшое число (для опытных образцов машин и ремонтных деталей) вручную. Температура заливки ковкого чугуна (1390—1430° С) выше, чем серого чугуна, поэтому формовочные и стержневые смеси должны обладать боль­ шей огнеупорностью, газопроницаемостью и податливостью. Фор­ мовочные и стержневые смеси должны содержать большое коли­ чество свежих кварцевых песков. В наполнительную, смесь вводят до 10—12% свежих материалов и добавок для сохранения ее фи­ зико-механических свойств.

А А

Рнс. 211. Форма для отливок ступицы заднего колеса автомашины

Формы для мелких отливок изготовляют из единой смесии а для более крупных отливок — из наполнительной и облицовочной сме­ сей. Вследствие большой усадки белого чугуна в отливках обра­ зуется много усадочных раковин и рыхлот. С целью устранения усадочных раковин и рыхлот белый чугун подводят, в отличие от серого чугуна, к толстым местам отливки и устанавливают в этих местах п и т а ю щ и е б о б ы ш к и , застывающие после затвер­ девания отливки. Питающая бобышка выполняет роль прибыли. Она имеет" цилиндрическую или слегка коническую форму, металл в ней должен охлаждаться медленно. Около 1/3 высоты бобышки находится в нижней опоке.

Бобышку следует устанавливать возможно ближе к питаемому месту отливки и соединять с ней коротким и достаточно широким

334

каналом-шейкой. При длинной и узкой шейке белый чугун прежде­ временно застывает н 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. 211.

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

охлаждения утолщенных мест отливки. Благодаря этому выравни­ вается скорость охлаждения отливки и уменьшается вероятность возникновения трещин и рыхлот. С этой же целью в отливках вы­ равнивают толщину стенок; в сечениях отливки, где возможно образование усадочных трещин, делают ложные усадочные ребра- «усы», удаляемые при обрубке.. Отливки, имеющие резкие переходы от тонкой части к толстой, охлаждают в форме до более низких температур. Для этого удлиняют конвейеры или дополнительно охлаждают отливки в коме формовочной смеси на пластинчатом транспортере при подаче их в очистное отделение или помещают горячие отливки в специальные колодцы, где они медленно охла­ ждаются. '

При расчете литниковой системы для отливок из ковкого чугуна скорость заливки принимается меньшей, чем для серого чугуна,

335

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

F n i F w n i F ZT- = u n \ , 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 фильтро­ вальными сетками, изготовленными из стержневой смеси, установ­ кой дроссельной литниковой системы и другими способами. Размеры усадочного питателя можно рассчитывать по следующей методике, рекомендуемой Б. В. Рабиновичем. Определяем модуль охлаждения отливки:

где Уох — 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 необхо­ димо 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 пере­ гревом 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-про: цессом вагранка + электропечь, вагранка + пламенная печь, ва­ гранка + индукционная печь. Плавка в вагранке является самым дешевым и простым способом, fjo 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 меха­ ническими свойствами можно получать дуплекс-процессом вагран­ ка + электропечь с кислой футеровкой. Чугун плавят в вагранке, затем его переливают в электропечь, в которой нагревают до 1500—

336

1550° С, и доводят состав по содержанию кремния, марганца и углерода. i

Получение чугуна с содержанием 2,6—2,9% С в коксовых ваг­ ранках обычных конструкций — трудная задача, для выполнения которой необходимо следующее: плавку осуществлять в вагранках с копильниками; фурмы размещать на высоте 150—100 мм над подом вагранки, вводить в шихту 40—45% стальных отходов; повышать удельный расход воздуха до 130—140 м3/(м2-мин), доводить темпе­ ратуру чугуна на желобе до 1400—1420° С. Отношение Mn : S в шихте должно быть равным (3,5 -ь 4) : 1; шлаки должны иметь максимальную жидкотекучесть, что достигается, например, приме­ нением в качестве флюса доломита. Следует проводить плавку при открытой шлаковой летке в копильни-

углерода в чугунной и стальной частях шихты с учетом науглеро­ живания при плавке.

При определении степени науглероживания сдали рекоменду­

где К и / — коэффициенты науглероживания стали соответственно ' в области холостой колоши выше фурм и в горне вагранки, %.

Величину Сст принимают по фактическим данным, коэффициент ■

К— в зависимости от расхода кокса и воздуха (табл. 53). Коэффициент I находят по формуле

I = ah,

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

337

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

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

С*, 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 содер­ жанием 0,04 9b С, доменного чушкового чугуна не изменяют и умень­ шают до 30% возврат собственного производства с содержанием 2,8% С. Тогда при расчете по формуле (15) получим в жидком чу­ гуне

С*., = 0,3 ■3,7 + 0,3 • 2,8 + 0,4 (0,04 + 1,52) = 2,57%.

На ГАЗе после изменения конструкции горновой части вагранки и устройства металлоприемника получают чугун со стабильным со­ держанием 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. Металлопрнемнмк получают заформовыванпем деревянного вкладыша. При загрузке холостой колоши металлоприемник запол­ няют 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 футе­ ровки вагранки сделан вертикальный канал (от пода металлоприем­ ника до верхней металлической летки). Канал сообщается с металлоприемником через отверстие во внутреннем ряду футеровки горна, расположенное на уровне пода металлоприемника и нижней метал­ лической летки (рис. 213). Чугун выпускается непрерывно в миксер.

В процессе плавки необходимо следить за количеством подавае­ мого 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 м2 сечения плавильного пояса.

338

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 мии, не допуская ухода чугуна в шлаковую летку

ишлака в металлическую.

Вслучае 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

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 модифи­ цируют 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 боль­

339