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

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

Малые бессемеровские конверторы применяют для плавки стали для фасонных отливок в цехах машиностроительных заводов.

в вертикальное положение так, чтобы фурма оказалась над поверх­

железо, а затем начинают выгорать сначала кремний и марганец за счет кислорода закиси железа, растворенной в металле.

В о в т о р о м п е р и о д е плавки, когда температура металла

вванне конвертора поднимается за счет теплоты горения кремния

имарганца до 1450° С, начинает выгорать углерод. В результате металл обезуглероживается.

Вт р е т ь е м п е р и о д е догорают примеси чугуна, которые не успели выгореть в первом периоде, т. е. кремний и марганец. Когда выгорят все примеси, начинает появляться бурый дым, ука­

370

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

20мин.

Недостаток конверторного способа — при кислом процессе сера

и фосфор не удаляются, поэтому необходимо применять низко­ фосфористые 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 возни­ кает больше напряжений и увеличивается склонность к образованию горячих трещин. При заливке форм сталью с более низкой темпера­ турой в отливках появляется много газовых раковин и шлаковых включений.

Сталь в формы можно заливать из стопорных, чайниковых и 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 при­ ходится 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 после отжига — окалину, образующуюся при отжиге.

Термическая обработка отливок. При затвердевании и охлажде­ нии стальные отливки имеют крупнозернистую структуру, обла­ дающую 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 Ас3 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

371

оптимальной структура вновь может укрупняться. Отливки после отжига охлаждают с печыо.

Для придания отливкам тех или иных прочностных характе­ ристик, их кроме отжига подвергают различным видам термической обработки.

Нормализацию примеияютдля измельчения первичной структуры отливок, а также как подготовительную операцию для последую­ щей термической обработки. При нормализации отливки нагревают выше точки Ac3l выдерживают и охлаждают по обычным режимам отжига.

Высокий отпуск применяют для повышения ударной вязкости, снижения твердости отливок. Для этого отливки нагревают до 500—600° С со скоростью 30—40° С/ч; выдерживают 1—2 ч и охлаждают на воздухе.

Закалку в жидких средах (воде и масле) применяют для повышения прочности и ударной вязкости мелких и средних отливок. Перед закалкой отливки необходимо отжигать. Кроме этого, после окон­ чательной механической обработки стальные отливки подвергают различным видам химико-термической обработки. Обычно проводят предварительную термическую обработку (отжиг или нормализацию с отпуском) для снятия внутренних напряжений, смягчения стали для механической обработки и подготовки структуры к окончатель­

ческой обработки отливок зависит от химического состава стали,

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 силь­ ному короблению при ускоренном охлаждении на воздухе.

372

Раздел шестой

ПРОИЗВОДСТВО отливок ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

Из цветных сплавов получают фасонные отливки различной конфигурации и массой от десятых долей грамма до десятков тонн (например, масса судовых гребных винтов из медных сплавов достигает 30 т и более).

В настоящее время темпы роста производства фасонных отливок из цветных сплавов значительно опережают рост производства отливок из стали и чугуна. Благодаря хорошим литейным свойствам из большинства промышленных цветных сплавов можно изготовлять отливки в песчаных формах и специальными способами литья: в металлических формах, под давлением и т. д. Это позволило повысить точность отливок, чистоту их поверхностей, уменьшить припуски на обработку отливок.

В машиностроении наиболее широко применяют сплавы на основе меди (медные сплавы), алюминия (алюминиевые сплавы), магния (магниевые) и на основе цинка (цинковые).

Г Л А В А I

ПРОИЗВОДСТВО о т л и в о к и з МЕДНЫХ СПЛАВОВ

§ 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Отливки из медных сплавов применяют во всех отраслях про­ мышленности для изготовления арматуры, подшипников, шестерен, втулок, гребных винтов и др. Медные сплавы значительно дороже чугуна и стали, однако благодаря своим высоким антифрикцион­ ным и антикоррозионным свойствам широко применяются в промыш­ ленности.

Медь — дефицитный и дорогостоящий металл, поэтому кон­ структоры должны стремиться всюду, где это можно, замерять детали из медных сплавов чугунными, стальными, пластмассо­ выми.

374

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

40—50%.

Для приготовления медных сплавов применяют медь марок Ml, М2, 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 и кислород, растворяющийся в меди во время плавки. Закись меди Си20 при затвердевании образует с медыо 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 меха­ нических 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 безоловянные (сплавы меди с алюминием, свинцом, кремнием, берил­ лием, марганцем, никелем и др.). Латуни представляют собой сплавы меди с цинком (простые или двойные) или многокомпонент­ ные сплавы с добавками алюминия, кремния, марганца, никеля, железа, свинца и др.

Оловянные бронзы. Современные промышленные оловянные брон­ зы содержат 2—14% Sn; 4—15% Zn; 4—20% Pb; 1—5% Ni; до 1% P

и другие компоненты. Олово повышает механические и антифрик­ ционные свойства, коррозионную стойкость сплава. Цинк улучшает механические свойства, облегчает сварку и пайку. Свинец повышает

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, темпера­ тура 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, предназ­ наченные для изготовления отливок, приготовляют из чистых мате­ риалов (главным образом из высокооловянных) и из вторичных сплавов стандартного состава (в основном ннзкооловянные бронзы) переплавкой лома и отходов.

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

376

Из бронзы Бр. ОФ 10-1 (10% Sn н 1 % Р) изготовляют подшип­ ники, шестерни и другие детали, от которых требуется высокая износостойкость при высоких давлениях и недостаточной смазке.

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 арма­ туры, работающей в морской воде под давлением до 300 ат.

Наиболее вредными примесями в оловянных бронзах считают алюминий и кремний. Алюминий 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 н, кроме'того, они имеют доста­ точно высокие антифрикционные и коррозионные свойства.

бронз, измельчает структуру, повышает прочность и антифрикцион­ ные свойства. Никель, как и железо, повышает прочность, износо­ стойкость 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 алюми­ ниевые бронзы вводят свинец. Усадка алюминиевых бронз больше усадки оловянной бронзы. Алюминиевые бронзы склонны к трещинообразованию при затрудненной усадке, имеют повышенную газонасыщенность н 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 дру­ гие 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 крем­ нистые, марганцевые, никелевые, свинцовые, алюминиевые латуни.

К р е м н и с т у ю л а т у н ь широко применяют для произ­ водства фасонных отливок, так как она обладает хорошей жидкотекучестыо и высокими литейными свойствами (латуни марок ЛК 80-ЗЛ и Л КС 80-3-3). Отливки из кремнистой латуни хорошо обра­ батываются. 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.

376

М а р г а н ц е в ы е л а т у н и применяют в морском судо­ строении для отливок гребных винтов, лопастей и других изделий, работающих в морской воде в условиях значительных нагрузок.

обладают наиболее высокими из всех латуней прочностными свойст­ вами и применяются для подшипников и арматуры.

С в и н ц о в у ю л а т у н ь ЛС 59-1Л применяют для изготов­ ления 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 млн 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 приме­ нять 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 подво­ дом в массивный фланец (рис. 224, д). Для коротких втулок с флан­ цем следует применять, верхний подвод металла с установкой при­ былей (рис. 224, ё). При формовке втулок в горизонтальном положе­ нии 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 устанав­ ливать 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 распо­ лагать под углом, обратным направлению движения металла. Аналогично поступают и при вертикальной заливке тех же отливок (рис. 224, к). При изготовлении отливок из кремнистой бронзы

377

oo

Состав и своиста формовочных и стержневых смесей для отливок из медных сплавов (данные ЗИЛа)

и марганцевой латуни металл подводят снизу, в нижнюю прибыль. Кроме того, применяют фильтровальные сетки.

Рис. 224. Литниковые системы для отливок из оловянных бронз

Обычно применяют литниковые системы незаполненные, расши­ ряющиеся с соотношением

Fcr : ^шл •'^пит = 1 г2 : 2 или 1 :2 : 4 , или 1 :4 : 4 .

Площадь поперечного сечения стояка, как наиболее узкого места литниковой системы, рассчитывают по формуле (6), продолжи­ тельность заливки по формуле (7а).

§ 3. ОСОБЕННОСТИ ПЛАВКИ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Медные сплавы плавят в тигельных, пламенных, дуговых и индук­ ционных печах. К недостатку плавки в тигельных и пламенных печах следует отнести большой расход топлива и угар металла. Поэтому плавку лучше производить в дуговых печах.

379