книги из ГПНТБ / Писаренко Г.А. Отливки металлургического оборудования из чугуна с шаровидным графитом

Конструкция центрального стержня и условия, в которых он находится в форме, требуют особо тщательного выполнения пра­ вил изготовления стержня, начиная от стержневой смеси до вы­ хода из сушила и доставки к формам.

Стержни изготовляются обычно из смеси следующего состава:

Физико-механические свойства стержневой смеси:

Прочность на растяжение сухих образцов . . 4—5 кг!смг

Несколько повышенное содержание глины вызвано тем, что при больших размерах стержня и ручном изготовлении обра­ зуется большое количество поломок и нарушений геометрических размеров до сушки стержней. Особенно трудным оказывается выполнение полостей 'для игл в стержнях. При небольших зади­ рах, образующихся во время выемки стержня из ящика, прихо­ дится полностью заделывать иглы, так как исправить поврежде­

ние затруднительно.

Стержни изготовляют в металлических ящиках; их сушат на

драйерах в камерных сушилах при температуре 190—200° в те­ чение 4 час.

После сушки стержни тщательно проверяют, особенно в иг­

вый канал, вызывая брак по газовым раковинам. Проверенные

В период освоения массового производства труб было боль­ шое количество брака по газовым раковинам и пузырям. Изуче­ ние причин брака показало, что малейшее несоблюдение режима изготовления и сушки стержней вызывало брак труб. Иногда достаточно было сменить марку песка или взять другую пар­ тию сульфитного щелока, чтобы возник массовый брак труб по газовым раковинам. Все это является результатом не техноло­ гичной конструкции отливки.

190 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

Форма набивается вручную из смеси следующего -состава:

(сверх 100%)

Физико-механические свойства формовочной смеси:

Модели делают из дерева. Попытки применить металличе­ ские (алюминиевые) модели оказались неудачными потому, что

По II

Рис. 81. Схема формовки игольчатых труб рекуператора:

при расположении одной отливки в форме (рис. 81). При. ином

расположении, по 2—4 отливки ,в форме, качество снижается из-за засоров, раздутия и т. п. и экономические показатели в

целом оказываются -неудовлетворительными.

Литниковая система. Склонность кремнистых спла­ вов к насыщению газами и выделение -большого количества га­ зов из центрального стержня приводит к образованию газовых раковин в местах подвода питателей к отливке. Это вызвало необходимость устройства литниковой системы с питающими бо­

бышками -по типу систем, применяющихся при производстве от­ ливок из ковкого чугуна (рис. 81, 82).

Литниковая система для данного типа отливок должна обес­ печивать быстрое заполнение формы, чтобы избежать образова­ ния спаев и газовых раковин, и рассредоточенный подвод ме­ талла для предупреждения возможного размыва формы и стержня.

Этим условиям удовлетворяет литниковая система, показан­

ная на рис. 81, 82. Она состоит из двух стояков диаметром 28 мм и площадью сечения 6 см2 каждый с общей литниковой чашей, двух шлакоуловителей с площадью поперечного сечения

3 см2 каждый и восьми питателей с бобышками (сечение каж­ дого питателя 1,5 см2).

б

Рис. 82. Вид сверху (а) и разрез литниковой системы (б).

Соотношение площадей поперечного сечения стояка, шлако­ уловителя и питателей FcT : Гшл: Fr.m =1:1:1. При таком се­ чении элементов литниковой системы и весе отливки, равном 85 кг, время заполнения формы составляет 15—17 сек. и в от­ ливках не обнаруживается шлаковых включений. Зато в питаю­ щих бобышках, как правило, имеются включения шлака и неме­ таллических частиц. Это подтверждает правильность выбора сечений литниковой системы для данной отливки.

Первые трубы, отлитые по описанной выше технологии, име­ ли чистую гладкую поверхность без спаев и ужимин, плотную

мелкозернистую структуру с шаровидным графитом. Однако большая часть их была поражена холодными трещинами.

Возникла необходимость более глубокого изучения свойств чугуна и технологии с целью изыскания средств для предотвра­ щения трещин.

Сравнение механических свойств, в частности ударной вязко­

сти (табл. 76), как до, так и после термической обработки,

показывает, что вязкость чугуна с шаровидным графитом выше вязкости кремнистого чугуна.

После термической обработки у чугуна с шаровидным гра­

фитом несколько повышается ударная вязкость, хотя абсолют­ ные значения ее крайне низки. Таким образом, механические свой­ ства не являются причиной образования холодных трещин.

Анализ явлений, сопутствующих выплавке, заливке и кри­ сталлизации магниевых чугунов, приводит к тому, что причиной хрупкого разрушения отливок являются значительные остаточ­ ные литейные напряжения.

Согласно существующим представлениям [56], литейные на­ пряжения образуются вследствие торможения усадки. В зависи­

мости от причин, вызывающих это торможение, напряжения мо­

ческие, уравновешивающиеся в пределах отдельных кристаллов,

и III рода — ультрамикроскопические, уравновешивающиеся в пределах отдельных кристаллических решеток.

Для магниевого чугуна имеют значения напряжения всех трех родов, хотя некоторые исследователи [112; 114] отмечают,

что магниевый чугун обладает большой склонностью к образо­ ванию напряжений II и III рода.

Это объясняется, по мнению авторов, самоуплотнением маг­ ниевого чугуна. Необходимо учесть, что его удельный вес зна­ чительно выше удельного веса обычного серого чугуна такого же состава и равен в среднем 7,2—у модифицированного; 7,3—7,5-—у немодифицированного и 7,05—7,10 — у серого чу­ гуна.

Наибольший интерес представляют напряжения I рода, по­ скольку известно, что именно они являются главной причиной

194 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

величина сжатия должна характеризовать собой значение оста­ точных литейных напряжений в отливках.

Для снижения остаточных напряжений были опробованы раз­ личные составы и способы обработки чугуна, причем при выбо­ ре их исходили из предположения, что графитизирующие эле­ менты должны способствовать уменьшению, а карбидообразую­ щие — увеличению напряжений. Учитывалась также практиче­ ская ценность этих методов, так как количество легирующих элементов не должно быть слишком высоко, а ' технология

выплавки не должна сильно усложняться.

Естественно, максимальное внимание уделялось модифициро­ ванию чугуна малыми добавками различных элементов — крем­ ния, алюминия, титана, углерода, поскольку известно, что тако­ го рода обработка способствует максимальной графитизации чугуна, не увеличивает стоимости передела и не усложняет

технологию.

Результаты определения напряжений приведены в табл. 77.

Таблица 77

Величины сжатия тонких брусков в решетках, отлитых из чугуна, обработанного магнием

Из данных табл. 77 следует, что абсолютная величина сжа­ тия тонкого бруска до термической обработки находится в пре­

делах 1,75—3,50 мм. Лучшие результаты получены для чугуна с повышенным содержанием углерода и с присадкой части крем­ ния в ковш одновременно с модифицированием магнием.

Наиболее высокие напряжения оказались у чугунов с пони­ женным содержанием углерода и до 1,0% Сг. Не дало положи­ тельных результатов легирование чугунов медью и никелем, а также модифицирование графитом.

Режимы термической обработки выбирались исходя из дан­ ных определения критических точек: высокотемпературный — при 910—930°, для разложения карбидов и снятия напряжений, и низкотемпературный — при 720°, для снятия напряжений.

196 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

во избежание поломок загружались в печь вместе с невыбнты-

ми стержнями.

превышает брака рекуператоров, отливаемых из обычного чугуна.

Короба для отжига тонких листов

В отечественной промышленности применяется большое ко­

личество отжигательных коробов и поддонов для отжига тонких

Рис. 84. Отжигательный короб Лысьвенского ме­ таллургического завода.

листов (жести, кровельной, трансформаторной и динамной ста­ ли), а также для отжига отливок при производстве ковкого чу­

гуна. Эти детали, как правило, отливаются из нелегированной

малоуглеродистой стали или чугуна и имеют низкую стой­ кость.

Расходы на пополнение парка коробов и поддонов только по группе ряда уральских заводов составляют ежегодно' несколько миллионов рублей.

Типичная конструкция стального литого короба для отжига

жести показана на рис. 84. Производство такой детали является нелегкой задачей, так как отливка должна быть здоровой и плот­

как это снижает производительность, увеличивает расход метал­

ла и, в конечном счете, намного повышает себестоимость от­ ливок.

Работают короба в тяжелых температурных условиях. В не­ которых печах для увеличения производительности повышают температуру до 1100°. В среднем же можно считать, что короба работают в интервале температур от 900 до 1000°.

Чтобы определить, какой материал в этих условиях будет наиболее подходящим для коробов, были проведены специаль­ ные определения окалиностойкости хромистой стали с различ­

ным содержанием кремния, обычной малоуглеродистой стали и

чугуна с пластинчатым и шаровидным графитом при температу­ рах 700—1100°.

окалиностойкости .сталь и чугун с пластинчатым графитом, а при

Следует также отметить, что чугун с шаровидным графитом менее подвержен короблению, чем сталь, причем коробление ча­ сто является причиной преждевременного выхода отливок из строя. Кроме того, отливка чугунных коробов намного проще стальных, а это снижает их стоимость.

Для печей, в которых температура превышает 1000°, отливать

чугунные короба не рекомендуется, поскольку в таких печах в местах, расположенных против форсунок, температура настолько

198 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

высока, что вызывает плавление чугуна, и короба быстро вы­ ходят из строя. В этом случае недорогим, но достаточно стой­

ким материалом оказывается кремнехромистая сталь с содержа­ нием 5,5%; Сг и 1,5—2% Si.

Другие марки стали, например, высокохромистые с содержа­

нием 25—30% Сг, а также чугун марки ЖЧСШ-5,5-0,1, несмотря на высокую стойкость против окисления, мало пригодны для отливки коробов .из-за большой склонности к образованию тре­

щин. Неоднократные попытки отливать короба из указанных

Рис. 85. Форма для отливки короба Лысьвенского металлургического завода, собранная под заливку.

сплавов окончились неудачно —все короба были забракованы по холодным трещинам в литейном цехе или в процессе хране­ ния и транспортировки.

В отличие от стальных, отливка коробов из чугуна с шаро­ видным графитом производилась дном кверху, без прибылей (рис. 85) и в сырые формы. Такой способ намного сокращает

процесс изготовления формы и не приводит к повышению рас­ хода металла.

Чугун выплавлялся в вагранке. Чтобы не вводить в поток специальную шихту, состав исходного чугуна принимался такой