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

Флюсы для магниевых сплавов должны удовлетворять следую­ щим требованиям: 1) не взаимодействовать с магнием пли компонен­ тами магниевых сплавов, а также с футеровкой.печи; 2) температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления магния и его сплавов; 3) обладать хорошей жидкотекучестыо, чтобы покры­ вать всю ванну с расплавом плотной пленкой, хорошо предохраняю­ щей магний от действия воздуха; 4) рафинирующий сплав должен быть тяжелее магния для лучшего отслаивания, т. е. плотность шлака в расплавленном состоянии при 750° С должна быть больше плотности магния и его сплавов, так как, если флюс легче сплава, то он может попасть в сплав; 5) должен быть дешевым и недефицит­ ным.

Широкое применение нашли флюсы ВИ2 и ВИЗ (табл. 63). Флюс ВИ2 применяют для плавки магниевых сплавов в стационарных тиг­ лях, он является одновременно покровным и рафинирующим. Флюс ВИЗ предназначен для плавки магниевых сплавов в выемных тиглях.

Плавка магниевых сплавов. В качестве примера приведем процесс плавки рабочего сплава Мл5 в стационарных тиглях. При приготов­ лении сплава Мл5 в стационарных тиглях применяют флюс ВИ2, в выемных тиглях — флюс ВИЗ. Перед началом плавки ковши, ложки и другой инструмент промывают при температуре 750— 800° С криолнтовым флюсом № 2.

В нагретый до темно-красного каления тигель загружают поро­ шкообразный флюс из расчета 0,1—0,25% массы шихты.

Расплавленный промежуточный сплав сливают на х/3 емкости тигля, после чего его догружают чушками первичного сплава, подо­ гретыми на борту печи до температуры не ниже 120° С. Сплав на­ гревают до 700—730° С, вводят бериллий и производят модифици­ рование магнезитом.

При модифицировании магнезит дробят на куски до размеров 10 X 25 мм и просушивают при 150—200° С. Расход его составляет 0,25—0,3% массы шихты. Магнезит вводят в сплав в один прием при помощи колокольчика закрытого типа. При модифицировании колокольчик погружается в металл примерно на половину высоты тигля. Продолжительность модифицирования 5—10 мин. Если воз­ никают очаги горения на поверхности металла, то поверхность ме­

400

талла засыпают сухим молотым флюсом. После модифицирования шлак снимают с поверхности расплава и поверхность расплава при­ сыпают флюсом.

Вместо модифицирования магнезитом можно применять моди­ фицирование перегревом сплава до 870—900° С при плавке в выем­ ках тигля и до 830—860° С — в стационарных тиглях с выдержкой при этих температурах 10—15 мин. После модифицирования при 700—730°- С сплав рафинируют интенсивным перемешиванием в те­ чение 3—5 мин. Поверхность расплава при этом присыпают сухим молотым флюсом. Рафинирование считают законченным, если по­ верхность металла приобретет блестящий зеркальный вид.

Расход флюса при рафинировании составляет около 1%, а при плавке и рафинировании — 3—5% массы шихты.

После рафинирования с поверхности металла удаляют шлак, отливают технологическую пробу и пробу для спектрального и хими­ ческого анализа, затем присыпают свежим флюсом и сплав подо­ гревают до температуры разливки. Перед разливкой сплав выдер­ живают в течение 15 мин. Ковши перед разливкой промывают в тигле с флюсом № 2 и нагревают до температуры красного каления. Остав­ шийся флюс сливают через носок ковша. Во время заливки нельзя допускать попадания шлака в металл, а также разливку из тигля в ковш без присыпки флюсом зеркала металла. Последующий раз­ бор сплава из тигля разрешается только через 3—5 мин. Присыпать флюсом поверхность металла не разрешается, а в случае возникнове­ ния очагов горения поверхность металла покрывают смесью серы и борной кислоты или серным цветом.

Дегазация и рафинирование магниевых сплавов осуществляется, в основном, хлором или смесью хлора с четыреххлористым углеро­ дом. Пузырьки хлора, проходя через расплав, реагируют с магнием, образуя хлористый магний. При температуре ниже 715° С хлористый магний, находясь в твердом состоянии, не создает сплошного покрова на поверхности расплава, вследствие чего возможно окисление и за­ горание сплава. При температуре свыше 760° С происходит энергич­ ная реакция образования и разжижения флюса, что увеличивает возможность попадания флюсовых включений в отливку.

Поэтому температура сплава при хлорировании не должна превышать 720—740° С. Хлор продувается через сплав со скоростью, которая способствует перемешиванию сплава без выплескивания. Расход хлора составляет 3% массы сплава. При расходе свыше 3% С1 зерна укрупняются' и снижаются механические свойства. Иногда дегазацию хлором проводят вместе с операцией модифици­ рования сплава. В этом случае через сплав продувают хлор с четы­ реххлористым углеродом (1,0—1,5% и 0,25% массы плавки соответ­ ственно). Дегазацию сплава производят при 690—710° С.

Магниевые сплавы очищают фильтрацией от окислов и других включений через фильтры. В качестве материала фильтра для фильт­ рования магниевых сплавов от флюсов и окислов применяют магне­ зитовый огнеупор, как обладающий, вследствие пористости, боль­

401

Раздел седьмой

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

Г Л А В А I

ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ (КОКИЛИ)

1 § 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Литье в металлические формы (кокили) является одним из про­ грессивных способов получения отливок повышенной точности и чистоты поверхности. В отличие от песчаных разовых форм, ко­ торые разрушаются после каждой отливки, одни п те же металли­ ческие формы (кокили) заливают металлом много раз — от несколь­ ких сотен до нескольких десятков тысяч раз.

Полость металлической формы можно выполнить с большой точ­ ностью и повышенной чистотой поверхности, поэтому отливки, изго­ товленные в ней, имеют более точные размеры и более чистую поверх­ ность. Высокая теплопроводность материала формы значительно ускоряет затвердевание и охлаждение отливки, что во многих слу­ чаях положительно сказывается на ее механических свойствах. При литье в металлические формы по сравнению с обычным литьем в песчаные формы увеличивается выпуск литья в 2—5 раз (при той же площади цеха), выход годного литья (за счет уменьшения припусков на механическую обработку отливок, отходов), снижается себестои­ мость отливок и расход формовочных смесей, что облегчает механи­ зацию и автоматизацию производства. Кроме того, значительно улуч­ шаются условия труда.

Недостатки литья в металлические формы: высокая стоимость изготовления форм, поэтому этот способ литья нецелесообразно применять в единичном производстве; возможность образования отбела в чугунных отливках, вследствие чего их подвергают от­ жигу.

Экономическая целесообразность использования этого способа зависит от стойкости и конструкции кокилей, степени механиза­ ции и автоматизации, а также от характера производства. Литье в металлические формы рентабельно при условии съема с каждой формы 200—400 небольших и 50—200 крупных отливок.

Металлические формы должны быть простыми в изготовлении, удобными и безопасными в работе, иметь высокую стойкость. Тех­ нологический процесс изготовления отливок в металлических фор­ мах состоит из следующих основных операций:

403

1) подготовки форм (очистки, нагрева, нанесения на рабочие поверхности облицовки и краски);

2)сборки формы (установки стержней в форму, закрытия и за­ крепления частей формы);

3)заливки формы жидким металлом;

4)извлечения отливок из формы после их остывания (раскрытие формы с помощью механизмов или вручную);

5)обрубки, очистки и, в случае надобности, термической обра­ ботки отливок.

§ 2. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ

При определении возможности получения в металлической форме отливки необходимо учитывать ее технологичность и сложность конфигурации. Отливки должны легко удаляться из формы при ми­ нимальном числе разъемов ее, не иметь резких переходов от толстой

Рис. 230. Металлические формы

стенки к тонкой, большого числа выступающих частей и острых внутренних углов. Полости отливок в большинстве случаев оформля­ ются песчаными стержнями. При литье алюминиевых и магниевых сплавов часто применяют металлические стержни.

Кокили делят на неразъемные (рис. 230, а), с горизонтальной (рис. 230, б), вертикальной (рис. 230, в) и сложной (рис 230, г)

404

поверхностями разъема. Неразъемные (вытряхные) кокили приме няют для простых отливок без выступающих частей, кокили с гори­ зонтальной плоскостью разъема — для низких и неответственных отливок, кокили с вертикальной плоскостью разъема — для неболь­ ших отливок массой до 75 кг, а также для плоских или тонкостенных отливок со стержнями, кокили со сложной поверхностью разъема — для сложных отливок.

При конструировании кокиля особое внимание следует обращать на вентиляцию, т. е. вывод из кокиля газов с помощью выпора и га­ зоотводных каналов (рис. 231). Г а з о о т в о д н ы м и к а н а - л а м и называют мелкие и узкие каналы глубиной не более 0,3 мм, наносимые на плоскость разъема формы. Иногда газоотводные

Б-Б

Рис. 231. Способы отвода воздуха и газов из кокилей

каналы наносят на стенки рабочих полостей для облегчения выхода воздуха и газов через места стыка отдельных частей кокиля.

Благодаря небольшому сечению газоотводные каналы не про­ пускают жидкий металл. В кокилях с вертикальным разъе­ мом удобно делать выпор и газоотводные каналы в плоскости разъема. Труднее выводить газы из кокилей с горизонтальным разъемом.

Кокиль изготовляют из чугуна, стали, алюминия: мелкие кокнлн — из чугуна СЧ 32-52, средние — из чугуна СЧ 15-32, круп­ ные — из стали 15.

Серый чугун для изготовления кокилей должен иметь перлитно­ ферритную структуру без следов структурно-свободного цементита, так как при заливке формы жидким металлом и ее нагреве в чугуне формы могут происходить структурные превращения и связанное с этим коробление ее. Количество феррита в структуре не должно превышать 5—10%. Примерный состав такого чугуна: 3,4—3,6% С; 1,8—2,2% Si, 0,9—1,0% Мп; 0,05—0,12% Р; 0,06—0,08% S. Ответ­ ственные части кокилей изготовляют из сталей 30ХГСА, 35ХГС, металлические стержни — из сталей У7, У10 и ЗОХГСА.

405

Для определения толщины стенок кокилей можно рекомендо­ вать следующую формулу:

б2= 14 4-0,66].,

где 6], 6.2 — толщины соответственно стенок отливки и ко­ киля, мм.

Расположение отливок в кокиле должно обеспечить спокойное движение металла в литниковой системе и полости формы, а также удаление газа и воздуха из формы. В кокиле можно расположить одну или несколько отливок в зависимости от их размеров и конфи­ гурации.

Корпус кокиля представляет собой жесткую конструкцию с реб­ рами, которые препятствуют короблению кокиля при его нагреве и охлаждении. Половины кокиля или отдельные его части, оформ­ ляющие рабочую полость, должны хорошо центрироваться относи­ тельно друг друга.

Кокилп из алюминия применяют для литья не только легких сплавов, но чугуна и стали. Отливки в таких кокилях получаются с более чистой поверхностью, лучшей структурой, без рыхлот и уса­ дочных раковин.

Внутренняя поверхность алюминиевого кокиля анодируется, что предохраняет его от сваривания с жидким металлом и увели­ чивает стойкость кокиля. Рабочую поверхность кокиля опрыски­ вают перед заливкой силиконовой жидкостью. Стержни в таких кокилях часто делают алюминиевыми.

406

Кокильные краски и облицовки. На рабочую поверхность формы и металлических стержней наносят огнеупорные облицовки и краски, чтобы предохранить поверхность кокиля от воздействия жидкого металла и тем самым увеличить его стойкость, регулировать скорость охлаждения отливки и улучшить заполняемость формы. В состав этих покрытий входят вещества, обладающие малой теплопровод­ ностью, что придает покрытию теплоизоляционные свойства. Бла­ годаря покрытиям металл медленнее охлаждается, а кокиль меньше прогревается металлом.

Покрытия разделяют на о б л и ц о в к и и к р а с к и. Огне­ упорные облицовки наносят на рабочую поверхность кокиля толстым слоем (0,3—1 мм), обычно 1 раз в смену, а краски практически после каждой заливки. Облицовки и краски кокилей должны удовлетво­ рять следующим требованиям: 1) хорошо покрывать и удерживаться на поверхности формы; 2) противостоять резким колебаниям темпе­ ратуры; 3) не содержать веществ, реагирующих с заливаемым метал­ лом; 4) обладать заданной теплопроводностью.

В качестве огнеупорных материалов в облицовках и красках применяют пылевидный кварц, молотый порошок, тальк, графит, асбест, в качестве связующих — жидкое стекло, глину, сульфитную барду. Для улучшения схватывания облицовки с поверхностью ко­ киля в ее состав вводят активизаторы — кремнефтористый натрий, буру, борную кислоту.

Основное назначение краски — предотвращать пригар обли­ цовки к поверхности отливки, повысить стойкость формы, обеспе­ чить заданную теплопроводность покрытия.

Составы кокильных красок и облицовок, используемых при литье различных сплавов, приведены в табл. 64 и 65.

Для покрытия кокилей при литье медных сплавов (бронзы, латуни) применяют жирные смазки: масло (льняное и машинное), нефть, мазут и керосин. К жирной составляющей добавляют графит, окись цинка, тальк и пр. Краски следует наносить на поверхность кокиля при нагреве его до 100—150° С. Для устранения отбела на поверхности чугунных отливок применяют комбинированное по­ крытие кокиля огнеупорными красками и ацетиленовой копотью, а иногда и облицовками.

Поверхности кокиля, выполняющие тонкие стенки чугунной отливки, покрывают облицовками. Облицовками покрывают и по­ верхности кокиля, оформляющие литниковые каналы, прибыли. Облицовки по сравнению с красками должны обладать более высокой огнеупорностью и значительно меньшей теплопроводностью. Для этого в их состав вводят измельченный жженый асбест.

Перед употреблением краски должны быть процежены через марлю. Хранить их необходимо в закрытой таре.-

Облицованные кокили. Литье в кокили наряду с преимущест­ вами обладает и недостатками: стойкость их при литье черных спла­ вов невысока, они неподатливы и в них трудно получать сложные фасонные отливки.

В НИИСЛе разработан способ литья в облицованные кокили, не имеющий этих недостатков. Облицованные кокили изготовляют следующим образом (рис. 232) В пространство между рабочими по­ верхностями кокиля и металлической модели отливки из пескострелыюй головки вдувается плакированная песчано-смоляная смесь (2,5—3% пульвербакелита). При нагреве до 200—220° С смесь упрочняется и образуется облицовка толщиной 3—5 мм. Для лучшего схватывания облицовки с поверхностью кокиля поверх­ ность его должна быть шероховатой, что устраняет механическую обработку рабочей полости кокиля. Для отделения модели от обли­ цовки поверхность модели покрывают разделительным составом — раствором синтетического термостойкого каучука в уайт-спирите. Полости в отливках выполняют обычными или оболочковыми стерж­ нями. Большая по сравнению с обычными облицовками и красками толщина данной облицовки позволяет увеличить стойкость кокиля, а повышенное термическое сопротивление ее — уменьшить скорость охлаждения отливки и получать отливки из чугуна без отбела.

408

6)