книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие

іюсть отливок. В наполнительную формЬвочную смесь добавляют около 10% свежих материалов, в облицовочную — до 40%.

Для приготовления стержневых составов применяют кварце­ вый песок, а в качестве крепителя — чаще всего декстрин и суль­ фитный щелок. Стержни окрашивают графитовыми чернилами, что нредотврашет пригар песка на внутреннюю полость отливки.

Медные сплавы отличаются значительной усадкой и легко окисляются с образованием на поверхности пленки окислов. По­

загообразного или ступенчатого стояка, который обеспечивает бо­ лее плавный подвод металла.

Для лучшего питания на отливке устанавливают массивные прибыли и питающие выпоры, осуществляя подвод металла в мас­ сивную часть отливки.

Алюминиевые литейные сплавы. К отливкам из алюминиевых сплавов предъявляются разнообразные требования по прочности, герметичности, коррозийной стойкости и т. д., поэтому в производ­ ственных условиях встречается большое разнообразие литейных алюминиевых сплавов (ГОСТ 2685—63 предусматривает 36 различ­ ных марок). Алюминиевые литейные сплавы по химическому со­

чительной усадкой и большой жидкотекучестью, но имеют неболь­ шую механическую прочность. Добавка в эти сплавы магния, меди и других элементов повышает их прочность; присутствие железа понижает пластичность.

150

Сплавы алюминия с магнием при добавке других металлов (марок АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.) обладают наиболее высокими ме­ ханическими и пластическими свойствами, коррозийной стойкостью и наименьшим удельным весом по сравнению с другими литейными сплавами алюминия. Но они имеют меньшую жидкотекучесть и по­ вышенную склонность к окислению и образованию трещин в мес­ тах перехода от тонких стенок отливки к толстым. Поэтому сплавы с содержанием более 8 % магния плавят под слоем флюсов. Спла­ вы алюминия с магнием очень чувствительны к примесям железа й окислам, понижающим их механические свойства. Добавка в эти сплавы бериллия и титана улучшает механические свойства и кор­ розийную стойкость.

Сплавы алюминия с медью и добавками (марок АЛ7, АЛ7В и АЛ 19) значительно уступают по своим литейным свойствам спла­ вам Äl + Si. Они обладают меньшей жидкотекучестью и большей склонностью к образованию трещин. Увеличение содержания меди в сплавах (алькусинах) повышает их жидкотекучесть и жаропроч­ ность, но одновременно и хрупкость. Особенностью этих сплавов является их высокая износостойкость. Механические свойства от­ ливок из некоторых сплавов этой группы можно улучшить путем термической обработки.

Сплавы алюминия с цинком и другими добавками мало при­ меняются в литейной, практике из-за пониженной коррозийной стойкости и низких литейных и технологических свойств.

Сложные алюминиевые сплавы отличаются от обычных по хи­ мическому составу и микроструктуре. Они имеют высокую жаро­ прочность, хорошую жидкотекучесть и дают небольшую линейную усадку.

Плавка алюминиевых сплавов. Для плавки алюминиевых сплавов применяют чушковый алюминий, машинный лом, металлы, которые непосредственно входят в сплав, отходы литейного про­ изводства и различные лигатуры.

В состав металлической шихты входит 40—60% оборотных ме­ таллов (лома, брака, литников, выпоров, прибылей и т. д.) и 40— 60% чистых металлов. Для предохранения металла от окисления применяют флюсы (КС 1, MgCb, NaCl и др.). Для получения плот­ ного металла с более мелким строением в жидкий металл добав­ ляют модификаторы (натрий и его соли).

Алюминиевые сплавы плавят в поворотных пламенных тигельных горнах с металлическим тиглем- (рис. 86, а), элек­ трических тигельных горнах сопротивления (стационарных и

Плавка алюминиевых сплавов затрудняется их сильным окис­ лением и насыщением газами при нагревании свыше 800°. Плохая растворимость водорода в твердом алюминии- и хорошая раствори­ мость в жидком является одной из причин пористости алюминие­ вых сплавов. Для обеспечения высокого качества отливок приме­

151

няют плавку под слоем флюсов, газовое рафинирование, рафиниро­ вание солями, модифицирование и др.

Рафинируют сплавы алюминия продуванием через них хлора в течение 5— 10 мин. При этом хлор вступает в химическое взаимо­ действие с алюминием и другими элементами:

ЗСІ2+ 2А1 = 2А1С13; С12+ Н2= 2НС!.

Образующиеся газообразные продукты АІСІ3, НС1 и С12 удаляются из металла, захватывая с собой А120 3, Si02 и газы. Рафинирование хлором осуществляется при температуре 670—690°. Металл при-

Рис. 86. Печи для плавки алюминиевых сплавов:

/ — загрузочное окно; 2 — ванна; 3 — нагревательные элементы

обретает высокие механические свойства. Кроме хлора, для газо­ вого рафинирования можно применять азот.

При рафинировании солями (ZnCl2, ZrCl2, TiCK, ВС13) они взаимодействуют с алюминием по реакциям:

Образующийся хлористый алюминий выделяется в виде пу­ зырьков пара, увлекающих за собой растворенные в сплаве газы. Цинк или другие элементы (Zr, Ті, В) остаются в сплаве в качестве примесей.

Для дегазации алюминиевых сплавов может применяться также вакуумное рафинирование (рис. 87, а). В расплавленный металл по­ гружается пористый шамотовый или графитовый фильтр 1, который трубкой 2 подсоединен к вакуум-насосу. Удаление растворенных в металле газов происходит при степени разрежения 580— 660 мм рт. ст.

152

Модифицирование алюминиево-кремниевых сплавов позволяет получить более равномерную мелкозернистую структуру металла.' Перед модифицированием сплав нагревают до 800—820° и засы­

12 мин), поэтому его надо быстро разлить в формы. В связи с этим

пившийся в электрообогреваемом тигле 1, выпускается в раздаточ­ ный ковш 5 (при подъеме запорного стержня 4).

Комплексные способы плавки сочетают несколько рассмотрен­ ных выше способов.

Особенности производства отливок из алюминиевых сплавов.

Формовочные и стержневые смеси для алюминиевых сплавов дол­ жны обладать хорошей податливостью. В формовочную смесь вво­ дят связующие добавки: глину, сульфитный щелок и т. д. Влаж­ ность смеси должна составлять 5—7%. В массовом производстве в большинстве случаев литье производят в металлические формы.

Из алюминиевых сплавов получают отливки как простой, так и сложной конфигурации со стенками толщиной от 3,5 мм и выше. Из этих сплавов изготовляют картеры, блоки и другие детали. Применяют литниковые системы с сифонным подводом металла через вертикальные щелевидные литники . (рис. 88, б)' и заливку сверху через коллектор (рис. 88, в).

Внизу стояка 3 обычно устанавливают фильтровальные сетки, которые задерживают шлак. Такие же сетки устанавливаются по пути движения металла в различных местах коллектора 4.

153

В зависимости от конфигурации отливки применяют коллекто­ ры прямые (рис. 88, а) и кольцевые (рис. 88, в). Перпендикулярно к коллектору располагают питатели 2. Сумма площадей сечения питателей обычно в 1,5 раза больше сечения стояка. Выпоры / выполняют массивными, чтобы они не только способствовали уда­ лению газа из формы, но и служили прибылью для отливки. Сум­ марный вес выпоров нередко равен весу деталей, а вместе с литни­ ковой системой более чем в 1,5 раза превышает последний.

Рис. 88. Литниковые системы для алюминиевых сплавов

Магниевые литейные сплавы. Для отливки фасонных деталей применяются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем и кремнием, имеющие удельный вес 1,75—1,85. В отдельные сплавы вводят добавки: бериллий, кальций, титан, бор и др.

Наиболее высокие механические свойства имеют магниевые литейные сплавы, содержащие 4% алюминия. При содержании до 8—10% алюминия прочность при растяжении и вязкость понижа­ ются, а твердость увеличивается. Сплавы магния с алюминием, можно подвергать термической обработке с целью улучшения их механических свойств. В двойные сплавы магния и алюминия для повышения их механических свойств вводят от 0,2 до 3,5% цинка.

Металлическая шихта для приготовления магниевых сплавов обычно состоит из технического магния, лома, оборотного .метал­ ла и лигатур. Присадки могут вводиться в виде чистых металлов.

Состав лигатур: 70% алюминия + 20% магния + 10% марганца (температура плавления 550°); 90% алюминия-Ь 10% магния (тем­ пература плавления 560°); 50% алюминия+ 45% магния + 5 % бе­ риллия (температура плавления 575°).

Модификаторами для магниевых сплавов служат кальций, це­ рий, цирконий в виде углекислых солей, хлористое железо. Каль­

Флюсы для рафинирования: 50% MgF2+ 50% B20 2.

Плавка магниевых сплавов. Магниевые сплавы плавят в ти­ гельных печах с газовым или нефтяным обогревом, электрических печах сопротивления и индукционных печах. Емкость электротиг­

154

лей сопротивления (рис. 89, а) — 50—90 кг сплава, стационарных пламенных тигельных горнов (рис. 89, б) — до 250 кг. Емкость электрических печей достигает 9000 кг. Металл из этих печей по­ дается в рафинировочные электротигли или в изложницы. Кроме того, плавку можно вести в специальных вакуумных печах или в атмосфере защитных газов.

Сложность плавки состоит в том, что магний на воздухе го­ рит, соединяясь с кислородом и азотом (Mg20 3 и Mg3N2 — нитрид

Рис. 89. Печи для плавки магниевых сплавов:

Рафинирование производят в тиглях, куда сплав разливают из печей. Тигли устанавливают в электрогорны. При температуре 710° удельный вес флюса становится большим, чем у сплава, поэтому флюс начинает опускаться вниз, захватывая все неметаллические включения и осаждая их на дно тигля. В конце рафинирования на поверхность металла засыпают новый слой флюса, нагревают сплав

1% борной кислоты и 0,25—3% ?еры в порошке (или 6—10% фто­ ристых присадок). Добавки серы и борной кислоты предохраняют магний от окисления и соединения с водой, находящейся в фор­ мовочной смеси (что может вызвать взрыв). При заполнении фор­ мы металлом сера сгорает, образуя между металлом и землей за­ щитный слой сернистого газа и паров серы. При сушке форм и стержней и при нагреве металла во время заливки борная кислота на поверхности формы и стержней образует глазурь, изолирующую сплав от влаги формовочной смеси. Иногда вместо серного порош­ ка в формовочную смесь добавляют соли аммония, а вместо во­

155

ды — 40%-иый раствор этилена или диэтилена. В стержневые сме­ си добавляют также 0,25—0,5% серы, 0,25—0,5% борной кислоты и 1,5—3% крепителя.

При заполнении формы магниевым сплавом металл подводят к отливке одновременно во многих местах для равномерного за­ полнения формы и охлаждения отливки. Хорошие результаты полу­ чаются при заливке с применением змеевидного стояка (рис. 90, а). Для ответственного литья применяют более сложные литниковые системы (рис. 90, б), имеющие стояки, коллекторы и шлакоотдели-

Рис. 90. Литниковые системы для магниевых сплавов:

1 — чаша; 2 — выпор; 3 — питатель; 4 — шлакоуловитель; 5 — коллектор; 5 —* стояк

тели. На рис. 90, в представлена литниковая система для сложной отливки.

Для предохранения магниевого сплава от загорания во время заливки формы струю металла опыливают серным порошком. При этом образуются пары серы и сернистый газ, защищающие металл от соприкосновения с воздухом.

Термическая обработка алюминиевых и магниевых сплавов.

Термическая обработка позволяет на 40—70% повысить механи­ ческие свойства, снять внутренние напряжения в отливках и ста­ билизировать размеры литых деталей. Применяют следующие виды термической обработки: продолжительную выдержку при высокой температуре с последующей закалкой (гомогенизация), старение, отжиг и отпуск.

В процессе продолжительной выдержки при высокой темпера­ туре игольчатая структура исчезает и появляются зерна округлой формы, что улучшает пластические свойства сплава. Последующая закалка фиксирует более однородную структуру, повышая проч­ ность и пластичность отливок. В зависимости от назначения и сложности отливок охлаждение при закалке может производиться

вспокойном воздухе, в струе холодного воздуха, в нагретой воде,

вструе водяных паров.

156

Старение представляет собой распад пересыщенного раствора с образованием высокодисперсной смеси продуктов распада. Для сплавов алюминия, старение проводится при температуре 150— 290° и выдержке 20 ч (в зависимости от марки сплава и размера отливки), для сплавов магния — при 175° с выдержкой 16—18 ч.

Отжигом устраняют коробление деталей и придают им макси­ мальную пластичность. Алюминиевые сплавы отжигают при 350—• 400° с последующим медленным охлаждением, магниевые — при 250—300° в течение 2—4 ч с медленным охлаждением на воздухе. Выдержка отливок при этих температурах приводит к растворению компонентов сплава, а медленное охлаждение способствует округ­ лению выпавших частиц.

Термическая обработка отливок из алюминйевых сплавов про­ изводится обычно в электрических печах (шахтных, камерных и колокольного типа) или в соляных ваннах. Находят применение также конвейерные печи горизонтального или вертикального типа. Для магниевых сплавов применяют вакуумные электрические пе­ чи (шахтные или методические). Для защиты магниевых сплавов от окисления термическую обработку их проводят в атмосфере инертных газов или в атмосфере, содержащей 0,3—1 % SO2.

В современной практике широко применяются переносные пе­ чи колокольного типа. Отливки, предназначенные для термической обработки, заранее укладывают на особую площадку и затем на­ крывают переносной печью. После окончания обработки печь сни­ мают и переносят на другую площадку.

§ 15. Выбивка, обрубка и очистка отливок

После заливки и охлаждения металла отливку выбивают из

отделения. Для выбивки отливок применяются вибрационные ре­ шетки или коромысла. Решетки снабжаются пневматическим или механическим приводом.

Для выбивки форму ставят на раму вибрационной решетки и включают двигатель. Вследствие вибрации решетки формовочная смесь разрушается и просыпается через ячейки на ленточный тран­ спортер, идущий в землеприготовительное отделение. Отливки при этом могут оставаться на решетке или проваливаться вниз, где по­ падают на специальный конвейер, транспортирующий их в обруб­ ное отделение.

Вибрационные коромысла применяют в основном для больших опок. На концах коромысла монтируются вибраторы и крюки, за которые подвешивается опока (рис. 91). Выбивка производится над решеткой, ниже которой проходит транспортер. Коромысло подвешивают па крюк пневматического подъемника. Отливка по­ сле выбивки остается на решетке и затем с помощью кранов пере­ дается в обрубное отделение.

При выбивке отливок из опок иногда частично выбиваются > стержни (преимущественно изготовленные из смесей на. органи­

157'

ческих связующих). Но в большинстве случаев стержни выбивают в. обрубном отделении одновременно с очисткой литья в простых

рабанах; 2) дробеметная; 3) гидропескоструйная; 4) электрохими­ ческая.

Очистка в простых барабанах широко распространена в ли­ тейных цехах, так как она имеет серьезные преимущества по

Рис. 91. Вибрационное коромысло для выбивки форм:

/ — балка; 2 — пневматический вибратор; 3 — крюк; -/ — пусковая рукоятка

сравнению с другими способами. В барабане выбиваются сложные стержни, глубокие земляные выступы, отбиваются заусенцы и все­ возможные заливы, которые при других способах очистки остают­ ся нетронутыми. К тому же в барабане можно придать товарный вид отливкам с повышенным пригаром.

дает шума при работе.

Различают два вида дробеметных установок— барабаны (для очистки мелких отливок) и камеры (для средних отливок). Основ­ ным узлом этих установок является дробеметное колесо, которое беспрерывно выбрасывает с высокой скоростью струю дроби на очищаемые отливки. Все остальные узлы выполняют транспортные

158

нием до 100 ати струи воды в смеси с песком. Этот перспективный для литейных цехов, выпускающих крупные отливки, процесс на­ ходит все большее применение.

Электрохимическая очистка применяется для ответственных от­ ливок со сложными внутренними поверхностями, в которых не до­

пневматическими зубилами или обрезаются на специальных прес­ сах. Малые заливы и остатки питателей удаляются, как правило, на наждаках.

- Зачистные работы отличаются большой трудоемкостью. По­ этому на многих отечественных заводах ведется работа по автома­ тизации зачистки литья.

Ковкий чугун по своим механическим свойствам дает возмож­ ность широко применять обрезку и прошивку отливок на прессах взамен обнаждачивания и обрубки. Большой интерес представляет также и зачистка отливок (после обрезки и прошивки) в простых барабанах за счет абразивного воздействия очистных звездочек.

Окраска отливок после их грунтовки производится, как пра­ вило, нитроэмалью различных цветов. Крупные и средние отлив­ ки окрашиваются из пульверизатора, мелкие — окунанием.

§ 16. Специальные методы литья

Литье в песчано-глинистые формы связано с большим грузо­ оборотом вспомогательных материалов, очень трудоемко и в ряде случаев не дает качественных отливок. Поиски более совершенных технологических процессов привели к созданию новых способов литья: литья в металлические формы, литья под давлением, цен­ тробежного литья, литья по выпдавляемым моделям и литья в оболочковые формы. Эти методы в отличие от общераспространен­ ного литья в песчано-глинистые формы называются специальными методами литья. Они позволяют получить отливки с более высокой точностью и чистотой поверхности и значительно улучшить усло­ вия труда. Преимущества специальных методов литья состоят так­ же в уменьшении веса литниковой системы и резком снижении расхода формовочных материалов. Директивами XXIV съезда КПСС предусматривается дальнейшее повышение качества и точ­ ности отливок за счет внедрения в производство новых технологи­ ческих процессов, в том числе таких, как литье по выплавляемым моделям, под давлением, в вакууме и др. '

159