Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в технологию литейного производства. Учебное пособие по курсу лекций
.pdf
4. Сварка. Применяют расходуемый электрод, создаются элек-
трическая дуга и высокая температура и пространство между соединяемыми деталями заполняется жидким сплавом. Далее расплав кристаллизуется и образуется литой слой (шов) сплава.
5. СВС-процесс (Самораспространяющийся Высокотемпературный Синтез). Берутся 2-3 химических элемента с определенными
свойствами в виде порошков и смешиваются. К смеси подводится определенная температура. Происходит самопроизвольное горение и
создается высокая температура с образованием жидкой фазы. Расплав
выливается в какую-либо форму, кристаллизуется и получается нужное изделие.
6. Металлические порошки. Основной способ их получения –
распыление. Готовят жидкий металл (сплав) и затем его диспергируют (распыляют) и кристаллизуют.
7. Есть еще один уникальный пример. Известно мнение (профессор Афанасьев В.К. Литейное производство, 2000, № 3), что наша
планета – это «крупногабаритная шарообразная отливка» (внутри
жидкий сплав, на поверхности литосфера).
Сказанное относится не только к металлам. Изделия из камней,
керамики, пластмасс, стекла, льда также получают из жидкого состояния с последующим затвердеванием. Следовательно, основные
литейные процессы (плавление, текучесть, кристаллизация, затвердевание, усадка) являются природными процессами и присущи всем неорганическим материалам. Поэтому изучение этих процессов очень
интересно, увлекательно и полезно.
На многих заводах литейный цех имеет номер «1». Считается,
что литье есть основа машиностроения. Тот, кто владеет литьем, –
владеет МИРОМ. Известный профессор Сабуров В.П. так написал о
литейщиках:
«Литейщики – проверенный народ,
Профессия – нас всех объединила.
И это – нас спасло от всех невзгод
И в этом – знаем, наша сила!»
41
И еще:
«И вот опять – звонят колокола
Во славу тех – кто льет металл прекрасный!»
Задание на самостоятельную работу № 5
Привести факты участия известных людей в работах, связанных с литьем.
Например: 1. Великий поэт А.С. Пушкин.
2. Знаменитый ученый Д.К. Чернов.
3. Известный ученый Н.Н. Рубцов.
4. Космонавт Ю.А. Гагарин.
3.1.2. РОЛЬ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
Самарская область традиционно имеет:
– выгодное географическое положение;
– наличие энергетических и сырьевых ресурсов (ГЭС, нефть, газ);
– развитые транспортные коммуникации;
– сильную промышленность (автомобиле-, станко-, аэрокосмиче-
скую и др.).
Развитие машиностроения обусловлено наличием сильного ли-
тейного производства на ведущих предприятиях:
– ЗАО «Алкоа СМЗ» (~250 тыс. т алюминиевых слитков);
– ОАО «АВТОВАЗ» (~100 тыс. т чугунного литья, ~30 тыс. т
алюминиевого литья);
– ОАО РКЦ «Прогресс» (алюминиевое, стальное, чугунное литье);
– ОАО «КУЗНЕЦОВ» (алюминиевое, жаропрочное литье);
– ООО «СамЛит» (чугунное литье);
– ООО «Вершина» (алюминиевое, чугунное, стальное, медное
литье);
– ОАО «Гидроавтоматика», ОАО «Салют», ОАО «Авиакор»
(мелкие серии литья аэрокосмического и авиационного назначения);
– десятки мелких и средних предприятий.
42
В последние годы объемы литейной продукции уменьшились по
сравнению с 1985 г. более чем в 2 раза [10]. Это связано с тем, что
происходит сокращение объемов машиностроительной продукции.
Следует отметить особую роль ОАО «АВТОВАЗ»:
1. Обеспечивает заказами сотни предприятий области.
2. Вносит огромный вклад в бюджет области.
Предприятия «Прогресс» и «Кузнецов» образуют мощный аэрокосмический кластер и являются центрами этой отрасли в России.
В настоящее время эти предприятия вносят существенный вклад
в государственную программу по развитию машиностроения в Самарской области до 2020 г.
43
ТЕМА 3.2. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Литые изделия
1. Чушковые сплавы
(чушки)
2. Слитки
3. Отливки
Для приготовления
рабочих сплавов
Для деформации
и получения
полуфабрикатов
Для механической
обработки
и получения литых
деталей
Назначение
И ЛИТЕЙНАЯ ПРОДУКЦИЯ
Литейное производство – основа заготовительного производства
для машиностроения. Литейные технологии – совокупность технологических процессов и операций, позволяющих получать литые изделия [11, 12].
3.2.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЛИТЕЙНОЙ ПРОДУКЦИИ.
«СЕРДЦЕ ЛИТЕЙЩИКА»
Литейщики получают (производят) следующие виды литых изде-
лий (рис. 13).
Рис. 13. Виды литейной продукции
Рассмотрим подробнее эти изделия:
1. Чушковые сплавы – твердые литые сплавы, прошедшие в про-
цессе изготовления через жидкое состояние.
Например: чушковые доменные чугуны; чушковые силумины;
чушковые бронзы.
2. Слитки – простые по конфигурации литые заготовки, затвер-
девшие в изложнице или кристаллизаторе.
Например: Круглые сплошные и полые –
44
Квадратные –
заливка расплава
затвердевший
сплав (чушка)
металлическая
изложница
Прямоугольные (плоские) –
Размеры слитков – от Ø100 до 1000 мм и более; длина – до 6 м.
3. Отливки – сложные по конфигурации (фасонные) литые заго-
товки, получаемые заливкой расплава в литейную форму.
Например: блок двигателя, поршень, картер (ОАО «АВТОВАЗ»);
турбинные лопатки (ОАО «Кузнецов»); литые перила, скамейки, фонари (ООО «СамЛит»).
Связь литейных технологий с металлургией
Что объединяет получение этих изделий?
Во всех случаях нам необходимо иметь (что?):
– плавильную печь;
– литейную форму.
Плавильная печь – устройство для расплавления твердых чушковых сплавов и отходов производства и получение жидких сплавов
(расплавов).
Литейная форма – устройство для заливки расплавов и получения литых изделий (рис. 14, 15).
Пример 1
Отсюда видно, что для получения литых изделий нам необходимо изготовить (что?): расплав и форму.
Рис. 14. Открытая литейная форма – изложница
45
Изобразим общую укрупненную схему получения любых литых
Жидкий сплав
(расплав)
Литейная
форма
Литые изделия
I
II
заливка расплава
отливка
песчаная
литейная
форма
Полость для получения отливки
изделий (рис. 16).
Пример 2
Рис. 15. Закрытая литейная форма
Из этой схемы видно, что литейщик и литейное производство
(как бог римской мифологии Янус) должны иметь два лица:
I – одно, обращенное (к чему?) к металлургии «Литейное производство черных и цветных металлов» (шихтовые металлы, сплавы, печи, плавка, расплавы, заливка, кристаллизация, структура, свойства);
II – другое, обращенное (к чему?) к механике «Машины и технология литейного производства» (моделирование и конструирование
отливки, литейной формы, машин; уплотнение формовочных смесей
и изготовление форм, геометрическая точность отливок и др.).
Изобразим это на схеме. Что получается? «Сердце» литейщика.
Рис. 16. «Сердце» литейщика
46
Сочетание (синтез) знаний о металлах и сплавах, о конструировании формы и свойствах литых изделий делает нашу профессию
многогранной и увлекательной.
3.3.2. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ.
ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПРИГОТОВЛЕНИЕМ СПЛАВОВ
Что такое литейный сплав?
Это металлические сплавы, прошедшие в процессе производства
через жидкое состояние и предназначенные для получения отливок.
Основной способ получения сплавов – сплавление нужных химических элементов в определенной пропорции.
Пример 1. Нужно получить литейный сплав «чугун».
Следует сплавить (соединить) Fe с углеродом в определенном
количестве (~3-5 %).
Пример 2. Нужно получить древнюю колокольную бронзу.
Следует сплавить Cu с 20 % Sn (олово).
Литейные сплавы разделяют на черные (на основе Fe) и цветные
(на основе цветных металлов – Cu, Al, Mg, Ti и др.).
Какой главный процесс при получении сплавов?
– ПЛАВЛЕНИЕ.
Поэтому литейщики в соответствии с «сердцем литейщика»
должны хорошо знать металлургические процессы и металловедение.
Необходимо знать физико-химические процессы, происходящие
при получении жидких сплавов и при их взаимодействии с окружающей средой.
Рассмотрим некоторые процессы.
Плавление. Температура плавления
Плавление металлов – фазовый переход металла из кристаллического состояния в жидкое, происходящий с поглощением теплоты.
При обычных (равновесных) условиях давления плавление металла происходит при вполне определенной температуре – Тпл.
47
Температура плавления – это та температура, при которой про-
Группа
Металл
Т
пл
, °С
легкоплавкие
Ga
30
Sn
232
Pb
327
Zn
419
средняя Тпл
Mg
650
Al
660
Ag
960
Au
1063
Cu
1083
тугоплавкие
Si
1412
Fe
1540
Ti
1667
V
1902
Mo
2615
W
3400
исходит фазовый переход из кристаллического состояния в жидкое.
Металлы (а их более 80 элементов в периодической системе) плавятся при разных Тпл.
В зависимости от Тпл их условно разделяют на 3 группы:
Как определяется Тпл у сплавов?
Для этого необходимо знать диаграммы состояния. Диаграммы
состояния показывают взаимодействие между сплавляемыми элементами при разных температурах и концентрациях.
Например: Как определить Тпл двойного сплава Al+12,5 % Si
(Al + 20 % Si и т.д.)? Тпл(Al) = 660 °С, Тпл(Si) = 1412 °С. Необходимо
изобразить диаграмму взаимодействия Al и Si (рис. 17).
Отсюда видно: Тпл(Al + 12,5 % Si) = 577 °С (эвтектика).
Тпл(Al + 20 % Si) = 577-680 °С.
Следовательно, сплав Al+12,5 % Si плавится при постоянной
температуре.
48
Сплав Al + 20 % Si плавится в широком интервале температур:
Газы (O, H, N, СО, СО2, Н2О)
материал плавильной печи (тигля)
расплав
20
→
Al
100 %
12,5
Si, % (по мас.)
Т
пл
(Al)
b d c
e
a
Т
пл
(Si)
577 L+Si
Al+Si
Al L+Al
L (жидкость)
Т
пл
Т°С
ΔТ = 103 °С (577-680 °С).
Литейщики должны знать металловедение не хуже металловедов!
Рис. 17. Диаграмма состояния системы Al – Si:
cbe –линия эвтектического плавления; abd – линия ликвидуса (жидкое состояние);
acbe – линия солидуса (твердое состояние); ed – интервал плавления сплава;
L – жидкость; а – температура плавления Al
Взаимодействие жидких сплавов с окружающей средой
Что такое окружающая среда? – Это то, что окружает жидкий
сплав (расплав)! – Это то, с чем взаимодействует расплав!
Рис. 18. Схема взаимодействия расплава с окружающей средой
49
С чем взаимодействуют расплавы?
1 3 2 4 5
1. С газами, входящими в состав воздуха.
2. С газами, которые специально вводят в расплав.
3. С материалами огнеупорных тиглей и печей, в которых плавят
сплавы.
Взаимодействие расплавов с газами (рис. 18) происходит с участием многих физико-химических процессов (каких?): адсорбция,
диффузия, окисление, абсорбция (растворение), образование химических соединений и др.
Поэтому литейщики должны хорошо знать физику и химию, физическую химию.
В свою очередь газы разделяют на следующие виды:
– активные (O, H, N, Cl2);
– инертные (Ar, He).
При взаимодействии с газами и материалами тиглей и печей расплавы загрязняются растворенными газами и включениями различного рода.
Гидравлические и тепловые процессы
Литье – означает лить, заливать жидкие металлы и сплавы. Все
что льется – относится к гидравлическим процессам.
Рассмотрим участие гидравлических процессов в литейных технологиях (рис. 19).
Рис. 19. Последовательность заливки из печи в литейную форму:
1 – плавильная печь; 2 – разливочный ковш; 3 – раздаточная печь;
4 – разливочная ложка; 5 – песчаная форма
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]