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

Угар меди при плавке в дуговой печи типа ДМК (рис. 225) составляет 0,4—0,7% массы шихты, а при переплавке стружки —

1,0—1,5%.

В качестве шихтовых материалов применяют медь марок МО, Ml, М2; цинк Ц1, Ц2, ЦЗ и олово не ниже марки 03; свинец марок Cl, С2; паспортную бронзу и латунь; отходы собственного произ­ водства, переплавленную стружку бронзы и латуни, а для раскис­ ления — фосфористую медь всех марок.

Шихту для плавки бронзы рекомендуется составлять из (не более) 40% отходов собственного производства и 30% чушек пере­

ровки). Если в состав металла предыдущей плавки входили вред­ ные для оловянной бронзы примеси (кремний, алюминий и др.), то необходимо сделать промывную плавку.

Сначала в печь загружают медь. Если всю медь нельзя загрузить в печь сразу, то ее загружают по частям по мере расплавления. Никель, если он входит в состав шихты, загружают вместе с медью В период расплавления шихты в печи происходит окисление еще не расплавившейся меди (твердой меди) и на ее поверхности обра­ зуется СиО (окись меди). В этот период окисляются и другие при­ меси, входящие в шихту. После расплавления шихты жидкий рас­ плав покрывается слоем шлака, который содержит большое коли­ чество окиси меди. На расплавившийся металл насыпают слой дре­ весного березового сухого угля1 для предохранения металла от окисления и угара.

Более эффективным средством против угара и окисления металла при плавке в печи является жидкий флюс. При плавке оловянных бронз в печах с шамотной футеровкой применяют следующие

380

При плавке бронзы в печах с основной футеровкой применяют флюсы из буры Na2B40 7 и смеси, состоящей из 10—30% кварцевого песка и буры, или из смеси, содержащей 50% кальцинированной соды и 50% плавикового шпата. Смеси с плавиковым шпатом при­ меняют, если плавку ведут в графитовых тиглях, так как плавико­ вый шпат разъедает шамотную футеровку.

Расплавленный сплав нагревают до 1200° С и производят рас­ кисление 0,3—1,0% фосфористой меди (в зависимости от степени окисленностп меди).

После раскисления в ванне медь тщательно перемешивают, удаляют шлак и в несколько приемов вводят в расплав входящие в состав шихты отходы и чушки переплава из стружки. Каждую новую порцию отходов и чушек вводят в ванну после расплавления предыдущей. Перед введением в ванну шихтовые материалы должны быть подогреты до 100—150° С на пороге печи.

перемешивают, вторично подогревают сплав и вводят предварительно подогретое олово. Свинец, если он входит в состав шихты, загру­ жают вместе с оловом. Медь подогревают до 1250—1280° С и выдер­ живают при этой температуре 5—10 мин, после чего берут пробу. При отсутствии окислов и пузырей в пробе сплав выпускают из печи в подогретые ковши. При заливке тонкостенных деталей присадку вводят в ковш (0,1—0,2% фосфористой меди) для увеличения жидкотекучести бронзы. Формы заливают при температуре сплава

1150—1170° С.

Плавка и разливка алюминиевых бронз. В качестве шихтовых материалов, кроме ранее указанных, применяют марганец металли­ ческий, мягкое железо в обрезках листов и проволоки или дробленой стружки (без масла, эмульсии и других загрязнений), алюминий первичный, лигатуры, содержащие железо, марганец, никель, алюминий и отходы собственного производства, а также раскислитель меди.

Лигатуру можно изготовлять в тех же печах, что и медные сплавы. Шихтовые материалы загружают в подготовленную и нагретую до 700° С плавильную печь. Сначала на под печи загружают медь и железо для плавки сплавов Бр. АЖ 9-4Л, Бр. АЖМц 10-3-1,5 и Бр. АЖН 10-4-4Л. После загрузки меди и железа в печь загружают хорошо просушенный березовый уголь для предохранения металла от окисления и угара, причем в течение всей плавки необходимо держать ванну покрытой древесным углем. Вместо древесного угля применяют флюс, содержащий 90% битого стекла и 10% полевого

шпата.

Шихта должна расплавляться интенсивно. После расплавления около а/3 загруженной шихты производят покачивание печи для

381

уменьшения износа футеровки и ускорения процесса плавки. После расплавления всей шихты и подогрева металла до 1200°С медь раскисляют фосфористой медью. Затем дают присадку лига­ туры медь-марганец или металлического марганца, а также лига­ туры: медноалюминиевожелезную, медножелезную и в последнюю очередь медно-алюминиевую. Такой порядок ввода лигатур приме­ няют при изготовлении любого сплава.

Если в сплав вводят никель, марганец и железо без лигатур, то сначала загружают железо, марганец, затем никель. Все чистые металлы вводят в сплав перед лигатурами. Все лигатуры перед присадкой в ванну с расплавленным металлом предварительно подогревают. Алюминий предварительно подогревают и вводят осторожно, в несколько приемов, перемешивая сплав после введения каждой порции. Перед выпусков сплава берут технологические пробы на усадку и изгиб. Технологические пробы на усадку изго­ товляют в сухих цилиндрических песчаных формах, пробы на из­ гиб— в чугунных или графитовых изложницах. Сплав в печи нагре­ вают до 1200—1250° С и выпускают в подогретые разливочные ковши.

Плавка и разливка кремнистой латуни ЛК 80-ЗЛ. В качестве шихтовых материалов применяют чушки паспортной кремнистой латуни, возврат и отходы кремнистой латуни, переплав стружки кремнистой латуни, цинк и кристаллический кремний. Шихту со­ ставляют из переплава стружки и возврата собственного произ­ водства. После подготовки и подогрева плавильной печи загружают чушки паспортной латуни и расплавляют их. Затем счищают шлак и загружают отходы производства и переплав стружки ЛК 80-ЗЛ. После расплавления отходов сплав нагревают до 1120—1150° С, тщательно перемешивают, счищают шлак и берут технологические пробы на излом. Подшихтовку сплава по кремнию в случае необ­ ходимости производят при помощи меднокремниевой лигатуры. Технологическая проба в изломе должна иметь мелкозернистую плотную структуру со светлым оттенком и углом излома не менее 30°. Рекомендуемая температура заливки форм 980—1080° С, а пробных фасонных образцов 1000—1020° С.

Температуру медных сплавов измеряют термопарами — хро- мель-алюмелевой или платино-платинородиевой. Можно поль­ зоваться хромель-алюмелевой термопарой с открытым спаем (без чехла). Перед погружением термопары в жидкий расплав ее нагре­ вают до 800—900° С.

§ 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Алюминиевые сплавы широко применяют в различных отраслях промышленности: авиационной, автомобильной, тракторной и дру­ гих отраслях машиностроения. Они обладают высокой прочностью,

382

хорошими литейными свойствами, коррозионной стойкостью, тепло­ проводностью, электропроводностью. Из алюминиевых сплавов можно изготовлять сложные прочные н плотные отливки — легкие

схорошей обрабатываемостью.

Всоответствии с химическим составом и свойствами различают пять групп алюминиевых литейных сплавов.

Первая группа — сплавы алюминия с магнием, содержащие более 4% Mg. К этой группе сплавов относятся сплавы: АЛ8, АЛ27, АЛ13, АЛ22, АЛ23 и др. Эти сплавы обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, подвергаются термической обра­ ботке для повышения механических свойств.

Сплавы первой группы являются твердыми растворами и после закалки обладают повышенной пластичностью, применяют для силь­ но нагруженных деталей. Однако эти сплавы плохо работают при по­

содержащие более 5% Si), а также сплавы алюминия с кремнием и добавкой других элементов: магния, меди, марганца. К. этой группе относятся сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9.

Алюминиевокремниевые сплавы образуют эвтектику с 11,6% Si. Силумины, содержащие 9—14% Si, близкие к эвтектическому соста­ ву, обычно модифицируют солями натрия и калия в ковше, что измельчает структуру и улучшает механические свойства сплава. Сплавы этой группы имеют хорошие литейные свойства: малую усадку, высокую жидкотекучесть, хорошую герметичность, малую склонность к образованию горячих трещин. Сплав АЛ2 применяют для сложных отливок при литье в песчаные формы, кокиль и под давлением. Сплавы АЛ2 и АЛ9 содержат магний и отличаются повы­ шенной прочностью, применяют для крупных нагруженных отливок (картеров, блоков двигателей и т. д.).

Третья группа — сплавы алюминия с медью, содержащие более 4% Си. К ним относятся сплавы АЛ7, АЛ7В, АЛ19. Эти сплавы имеют пониженные литейные свойства и малую коррозионную стой­ кость. Сплав АЛ7 применяют для нагруженных, но простых по кон­ фигурации отливок, сплав АЛ19 — для изготовления ответственных нагруженных деталей.

Четвертая группа — сплавы на основе системы алюминий — кремний — медь с добавкой 0,2—0,8% Mg и 0,2—0,9% Мп.

Пятая группа — сплавы сложного химического состава, содер­ жащие кремний, цинк, никель, магний, марганец. Эти сплавы обла­ дают большой плотностью, хорошими механическими свойствами, повышенной жидкотекучестью, но склонны к образованию горячих трещин.

383

П р и м е ч а н и е . 3 — литье в песчаные формы; К — ь кокиль; Д — под давлением.

1 О хлаж даю щ ая' среда — воздух.

Отливки из алюминиевых сплавов во многих случаях подвергают термической обработке. Различают восемь видов термической обра­ ботки отливок из алюминиевых сплавов. Низкотемпературный отпуск (искусственное старение) применяют для улучшения обра­ батываемости отливок и повышения механической прочности таких сплавов, как АЛЗ, АЛ5; отжиг — для снятия внутренних напряже­ ний, а закалку — для повышения прочности деталей из сплавов АЛЗ, АЛ4, АЛ7 и АЛ8. В некоторых случаях прочность сплава после термической обработки увеличивается почти в 2 раза, напри­ мер прочность сплава АЛ8 возрастает с 13 до 28 кгс/мм2. Состав не­ которых алюминиевых сплавов приведен в табл. 56, механические свойства алюминиевых сплавов в зависимости от способа литья и режимов термической обработки — в табл. 57.

§ 2. ОСОБЕННОСТИ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ

Отливки из алюминиевых сплавов можно изготовлять в сырых, сухих и металлических формах. Многие алюминиевые сплавы обла­ дают склонностью к образованию газовой и усадочной пористости в отливках. Поэтому при выборе состава формовочных и стержневых смесей следует обращать особое внимание на их газотворную спо­ собность.

Для отливок из алюминиевых сплавов применяют мелкозернис­ тые пески с добавкой глинистых песков вместо глины. Стержневые смеси должны обладать большой податливостью, а связующие выго­ рать при сравнительно низкой температуре. Формовочные смеси для алюминиевых отливок содержат 80—90% отработанной смеси и 3—10% свежих песков (П01 или 1К02А, или П02А). Прочность при сжатии сырых образцов формовочной смеси 0,25—0,4 кгс/см2, газопроницаемость уплотненной формы 25—40.

Крупные отливки изготовляют в сухих формах с повышенной прочностью. Для средних и крупных форм применяют быстротвердеющие смеси на жидком стекле с последующей их продувкой угле­ кислым газом (СО,) или сушкой при нагревании. Установлено, что алюминиевые сплавы — силумины, содержащие натрий, подобно магниевым сплавам способны взаимодействовать с влагой формы, в результате чего газонасыщенность и пористость отливок, получен­ ных во влажных формах, увеличиваются.

В последнее время разрабатывают и внедряют в производство безводные формовочные смеси, в которых связующим является син­ тетический материал — бентон. Бентон образует коллоидные рас­ творы с минеральными маслами, что дает возможность получать без­ водные формовочные смеси с высокой текучестью и пластичностью. Для приготовления смесей используют мелкие кварцевые пески. Примерный состав безводной смеси, % по массе: 100 песка 1К0063А или 1К0063Б; 3—3,5 бентона; 2,5—3 масла нефтяного; 1—1,5 этило­ вого спирта.

386

Прочность при сжатии такой сырой смеси до 6 кгс/см2 позволяет получать формы прессованием под высоким давлением. При обычной формовке следует применять смеси с пониженным содержанием бентона и более низкой прочностью до 1,5 кгс/см2. Состав и основные

Состав стержневых смесей зависит от назначения и конфигурации стержней (табл. 59).

Для сплавов системы алюминий — магний, склонных к окисле­ нию при заливке в песчаные формы, в состав стержневых смесей добавляют борную кислоту в виде порошка (0,5—1%) или опрыски­ вают сырые стержни раствором этой кислоты (2—3%-ной концентра­ ции). При изготовлении смесей связующие М и М-2 применяют вместе с пектиновым клеем, что способствует устранению неприятного запаха- и снижает газовыделение из стержней. Связующие ПТ, ПТА и КО способствуют уменьшению гигроскопичности сухих стержней и прнлипаемости смеси.

Смеси со связующим ПВС (поливиниловый спирт) применяют для стержней первой группы, так как эти смеси обладают высокой пластичностью, а стержни из них хорошо сохраняют размеры при сушке и негигроскопичны. Продолжительность перемешивания стержневой смеси с ПВС не должна превышать 5 мин.

Смеси с жидким стеклом применяют в основном для стержней третьей и второй группы. Свойства смесей для стержней всех трех группприведены в табл. 60.

Литниковые системы. Литниковая система для отливок из алю­ миниевых сплавов должна отвечать следующим основным требова­ ниям: обеспечивать плавное, без ударов и завихрений, заполнение сплавом формы, чтобы избежать захвата или подсоса воздуха, а также разрушения материала формы; задерживать неметаллические включения, находящиеся в жидком сплаве; способствовать удалению из полости формы воздуха и газов, образующихся при разложении

388

связующих стержневой смеси; обеспечивать направленное затверде­ вание отливки.

Наиболее часто применяют литниковые системы сифонные с ниж­ ним подводом металла к отливке и вертикально-щелевые с подводом металла через щель в боковые стенки отливки (рис. 226).

Рис. 226. Вертикально-щелевая лит­ никовая система со змеевидным стоя­ ком:

Сифонная литниковая система обеспечивает плавность заполне­ ния формы металлом, но не создает условий для направленного затвердевания снизу вверх. Этот недостаток устраняется при верти­ кальной щелевой системе.

Установлено, что для получения качественных отливок скорость движения сплава при заполнении формы не должна превышать