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

Дуплекс-процесс вагранка -f- электропечь. Для получения отли­ вок из высококачественного ковкого чугуна на заводах применяют дуплекс-процесс вагранка -f электропечь. Чугун выплавляется в вагранке без подогрева дутья. Для получения из вагранки чугуна,

содержащего2,6—2,85% С, 0,8—1,1 % Si, 0,15—0,25% Мп, до0,1 % S, 0,12—0,17% Р и до 0,06% Сг, применяют шихту из 17,6% доменного чушкового чугуна, -34% возврата собственного производства (лит­ ники, брак, всплески), 42,1% стальных отходов и 5,3% доменного ферросилиция (с содержанием 18% Si). Чугун из вагранки поступает в миксер при 1370—1390° С, откуда ковшами емкостью 1,5 т его передают в дуговую электропечь.

Вэлектропечи чугун доводят по химическому составу и темпе­ ратуре. Чугун, выпускаемый из электропечи, содержит 2,5—2,7% С, 0,95—1,15% Si, 0,53—0,6% Мп, до 0,12% S, 0,16—0,18% Р и не более 0,06% Сг. Для тонкостенных и мелких отливок допускается содержание до 1,25% Si и выше. Температура выпускаемого из электропечи чугуна 1460—1500°*С. Чугун сначала подают в ковши емкостью 1 т, а затем разливают в раздаточные ковши небольшой емкости.

Вэлектропечи для снижения содержания углерода в чугуне и получения необходимого количества кремния и марганца добавляют на 1 т чугуна 25 кг 45%-ного ферросилиция, 25—30 кг 80%-ного ферромарганца, 42—43 кг стальных обрезков, 1—1,5 кг железной руды (красного железняка).

Перед заливкой в формы чугун в раздаточных ковшах модифи­ цируют с целью ускорения процесса отжига чугуна в отжигатель­ ных печах и улучшения его механических свойств. В качестве моди­

ковши в начале их заполнения или непосредственно перед заполне­ нием. Содержание алюминия в чугуне не должно превышать 0,15—0,02%, иначе в толстостенных отливках может выделиться пластинчатый графит в виде черных пятен. Температура чугуна при модифицировании должна быть не ниже 1400—1500° С. Алю­ миний способствует выделению графита, т. е. является графитизатором.

Б о р влияет на графитизацию подобно алюминию и способствует образованию графитных субмикроскопических включений. Бор вводят в чугун в виде-ферросиликоборала, ферробора и борной кис­ лоты в количестве 0,002—0,01 % массы чугуна. При толщине стенок отливок до 15мм оптимальная добавка бора составляет 0,003—0,005%. Механические свойства чугуна при таком количестве бора заметно не улучшаются, но процесс отжига ускоряется.

В и с м у т является антиграфитизатором, его вводят в жидкий чугун для предотвращения выделения графита при затвердевании чугуна. Содержание в чугуне тысячных долей процента висмута почти не влияет на продолжительность первой и второй стадий гра-

340

фитизации 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 за­ меняют, 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, же­ лезной руды, стального лома и других добавок для доводки химиче­ ского состава чугуна запрещается. Запрещается также присадка вы­ шеперечисленных добавок в сифон для слива в печь. В случае необ­ ходимости ферросплавы вводят по ходу плавки в горячий ковш, наполняющийся чугуном, из вагранки или копильника. После рас­ творения 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 при­

«зеркало» чугуна в зоне видимости через шлаковое окно, его необхо­ димо 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 % ковша чугуном на струю чугуна подают пакет с комплексным модификатором (алюминий + висмут + борная кис­ лота).

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 поверх­ ности отливки, которые после отжига трудно удалять. Литники и прибыли удаляются легкд, их отбивают молотками или кувалдой

341

вручную. Эту операцию выполняют аккуратно из-за хрупкости от­ ливок. 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 зачнстных 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, пли производят незначительную правку. При от­ жиге без засыпки песком отливки коробятся значительно, и почти 100% отливок приходится править в специальных штампах на, прес­ сах. Для этой цели применяют фрикционные и гидравлические прессы. В поточно-массовом производстве в автомобильной промыш­ ленности 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.

Г Л А В А I I

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

Белый чугун отжигают либо до полной графитизации, либо до графнтизации с одновременным обезуглероживанием. При полной графитизации получается ферритный ковкий чугун или черносердеч­ ный (по излому), при графитизации с обезуглероживанием — пер­ литный чугун или белосердечный (по излому). Чтобы предупредить

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

В соответствии с происходящими при отжиге превращениями выбирают режим отжига для получения ковкого чугуна.

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

342

ществляют в камерных печах периодического действия, а в крупно­ серийном и массовом производстве—в печах непрерывного действия и электропечах элеваторного типа. Печи элеваторного типа широко применяют в автомобильной промышленности, так как в них можно регулировать температуру с точностью до ±10° С.

Температурный режим отжига ковкого чугуна для отливок мас­ сой 5—10 кг и толщиной стенки 10—15 мм приведен на рис. 214. Химический состав белого чугуна до отжига: 2,5—2,75% С; 0,95— 1,15% Si, 0,35-0,45% Мп; 0,13—0,17% Р; до 0,12% S; 0,05—0,06% Сг; 0,015—0,025% А1. Чугун подвергают модифици­ рованию висмутом, бором и алю­

щина стенки и масса отливки, тем дольше выдержка при первой стадии графитизации.

В т о р а я с т а д и я о т ж и г а заключается в переходе 'эвтектоидной критической температуры, которая в зависимости от состава чугуна находится в пределах 740—780° С. При этом проис­ ходит превращение аустенита в перлит и разложение цементита,

факторов: химического состава чугуна, структуры исходного белого чугуна, температуры нагрева на первой стадии отжига, конструк­ ции печи и т. д.

Влияние углерода. Для получения ковкого чугуна с высокими механическими свойствами необходимо; чтобы содержание углерода в нем было минимальным. Содержание углерода в белом чугуне колеблется от 2,2 до 3,2%; при содержании менее 2,2% С ухуд­ шаются технологические свойства чугуна. При содержании в чу­

343

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 графнтнзации в первой стадии влияет мало, во второй стадии — весьма значительно, сокращая время, необхо­ димое для распада эвтектоидного цементита. Это объясняется тем, что с повышением содержания углерода в ковком чугуне увеличи­ вается число центров графитизации.

Влияние {кремния. Кремний хорошо растворяется в аустените. - При повышенном содержании кремния в чугуне уменьшается содер­ жание углерода в ледебурите, аустените и перлите. Кремний ин­ тенсивно влияет на процесс графитизации как структурно-свобод­ ного, так и эвтектоидного цементита, способствует увеличению числа центров графитизации. Повышение содержания кремния в ковком чугуне ускоряет процесс отжига, но при чрезмерно высоком со­ держании кремния во время охлаждения отливки вместо белого чугуна получается половинчатый или серый чугун. Поэтому при на­ значении количества кремния в чугуне следует учитывать химичес­ кий состав остальных элементов в ковком чугуне и скорость ох­ лаждения отливок (толщину стенок отливок).

Н. Г. Гиршовпч рекомендует определять графитизирующую спо­

С увеличением содержания кремния в чугуне уменьшаются удли­ нение, 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 раство­ римостью 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 графи­ тизации не только при затвердевании, но и при отжиге.

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

Мп 1 -г | 0,3

344

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,

структура состоит из перлита и углерода отжига. После отжига

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 — перлитно-феррит­ ную структуру или перлитную с углеродом отжига. Перлитный ковкий чугун обладает меньшим удлинением, чем ферритный чугун, поэтому его применяют для менее ответственных отливок: фитин­ гов, ниппелей, гаек и др.

После отжига отливки контролируют по макроструктуре, меха­ ническим свойствам и микроструктуре. Для определения макро­ структуры на отливках делают приливы (свидетели) и после от­ жига их отбивают для осмотра излома. Излом ковкого ферритного

346

чугуна должен быть черносердечный с небольшой ферритной кай­ мой. При недостаточно отожженных отливках приливы имеют свет­ лый излом. Такие отливки подвергают вторичному отжигу. Излом перлитного ковкого чугуна должен быть светлым. Такой чугун называют иногда белосердечным.

Для определения механических свойств ковкого чугуна отли­ вают образцы по-сырому. Образцы испытывают после отжига на растяжение. Размеры литых образцов: диаметр 16 мм, расчетная длина 70 мм и общая длина 190 мм.

§ 2. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ОТЖИГА КОВКОГО ЧУГУНА

Большая длительность цикла отжига ковкого чугуна заставляет разрабатывать методы ускорения этого процесса. Ускоренный отжиг применяют главным образом для получения ферритного ковкого чугуна.

Ускорение нагрева и охлаждения отливок в печи. Форсирова­ ние скоростей нагрева, охлаждения и прогрева отливок возможно

восновном при отжиге отливок в горшках без засыпки или даже совсем без горшков. Исключение засыпки позволяет ускорить про­ грев отливок, а также увеличить скорости охлаждения в промежу­ точной стадии отжига. В последнее время для отжига без засыпки

вкамерных печах или в печах непрерывного действия применяют защитную атмосферу. В печь вводят защитный (нейтральный или слегка восстановительный) газ, получаемый в особом генераторе. При этом принимают специальные меры для герметизации печи во избежание выделения газа из печи в помещение и возможности отравления им обслуживающего персонала.

Применение электропечей для отжига ковкого чугуна дает до­ полнительные возможности по форсированию процессов нагрева и охлаждения отливок, так как в электропечи легко создать ней­ тральную атмосферу.

Ускорение нагрева при отжиге позволяет значительно увели­ чить количество графитных центров и, следовательно, сократить пути диффузии углерода. В ЦНИИТМАШе М. М. Штернбергом раз­ работан метод нагрева отливок в жидкой среде. Первая стадия осуществляется в электрической соляной ванне (75% хлористого бария, 25% хлористого натрия) при 1050—1060° С. Длительность выдержки при этой температуре колеблется от 1,5 до 2 ч. После выдержки отливки охлаждаются на воздухе. Твердость отливок после первой стадии НВ 217—240. Вторая стадия графитизации осуществляется в камерной печи при нагреве до 710—720° С с вы­ держкой 5 ч. Охлаждение с печью до 600° С и дальнейшая выдержка на воздухе.

Модифицирование жидкого чугуна. Модифицирование увеличи­ вает количество центров графитизации. Наиболее распространены

модификаторы: алюминий, висмут и бор. В чугун вводят 0,015—

347

Раздел пятый

ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ СТАЛИ

Г Л А В А I

СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННЫХ о т л и в о к

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Отливки из стали широко применяют в различных отраслях промышленности. Из стали изготовляют отливки массой от несколь1 ких граммов до нескольких десятков тонн; конфигурация отливок из стали может быть очень сложной. Сталь обладает высокой проч­ ностью и пластичностью, выдерживает значительные напряжения при переменной и ударной нагрузках. Легированные и специальные стали обладают хорошими механическими свойствами при повы­ шенных температурах, кислотостойкостью, окалиностойкостью, из­ носостойкостью и другими важными эксплуатационными свойствами. В связи с развитием новой техники применение отливок из легиро­ ванных и специальных сталей постоянно возрастает.

Классификация сталей для фасонных отливок. Стали для фа­ сонных отливок классифицируют по химическому составу, струк­ туре, способу получения и применению.

П о х и м и ч е с к о м у с о с т а в у стали подразделяются на углеродистые и легированные. По содержанию углерода стали делятся на низкоуглеродистые (0,09—0,2“6 С), среднеуглероди­ стые (0,2—0,45% С), высокоуглеродистые (свыше 0,5% С), а по содержанию легирующих элементов на низколегированные (до 2,5% легирующих элементов), среднелегированные (2—10%) и высоколегированные (свыше 10%).

П о с т р у к т у р е стали делят на: 1) доэвтектоидные, име­ ющие в структуре избыточный (доэвтектоидный) феррит, такая структура характерна для углеродистой и низколегированной ста­ лей; 2) заэвтектоидные, имеющие в структуре вторичное карбиды, выделившиеся из аустенита; .эта структура характерна для высоко­ углеродистых (0,83 до 1,7% С), средне- и высоколегированных сталей; 3) ферритные и полуферритные стали, высоколегированные хромом, вольфрамом, молибденом-, ванадием, кремнием и другими элементами, сужающими аустенитную область на диаграмме состоя­ ния; 4) аустенитные и полуаустенитные стали, высоколегированные никелем, кобальтом, молибденом.

Обычно стальные отливки подвергают термообработке, поэтому стали классифицируют по структуре и в термообработанном состоя­

349