3. Электро-шлаковый переплав. Сущность и технологические возможности.

Применяют для выплавки высококачественных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиационных конструкций. Переплаву подвергают выплавленный в дуговой печи и прокатанный на круглые прутки металл. Источником теплоты при ЭШП явл. шлаковая ванна, нагреваемая при прохождении через нее эл.тока. Эл.ток подводится к переплавляемому электроду1, погруженному в шлаковую ванну2, и к поддону9, установленному в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе7, в котором находится затравка8. Выделяющаяся теплота нагревает электрошлаковую ванну2 до температуры свыше 1700 градусов и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла3 проходят через шлак, образуют под шлаковым слоем металлическую ванну4. Перенос капель металла через основной шлак способствует их активному взаимодействию, кдалению из металла серы, неметаллических включений и растворенных газов. Металлическая ванна непрерывно пополняется путем расплавления электрода, под воздействием кристаллизатора постепенно формируется слиток6. Последовательная и направленная кристаллизация, а так же наличие шлаковой корочки5 способствует получению плотного однородного слитка. В результате ЭШП содержание кислорода в металле снижается в 1.5-2 раза, концентрация серы снижается в 2-3 раза, уменьшается содержание неметаллических включений, они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка. Слитки выплавляют круглого, квадратного, прямоугольного сечений массой до 110т.

4

1. Жидкотекучесть литейных сплавов. Факторы, влияющие на жидкотекучесть. Связь конструкции отливки с жидкотекучестью.

Жидкотекучесть – это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки.

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, температуры заливки и формы, свойств формы, вязкости и поверхностного натяжения расплава и т.д. Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре(эвтектические сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твердые растворы и затвердевающие в интервале темератур. Это объясняется тем, что для сплавов, затвердевающих при постоянной температуре или в узком интервале температур (не более 30 градусов), характерно последовательное затвердевание отливки (рис. 4.3а) с образованием сплошной твердой корки на поверхности канала, внутри которой будет сохраняться жидкий расплав, способный вытекать в канал, заполняя его. Подвижность таких расплавов сохраняется вплоть до образования 60-80% твердой фазы в отливке. В отливках образуется столбчатая структура, что обеспечивает высокую плотность и герметичность. Сплавы, обладающие широким интервалом затвердевания (более 100 градусов), и сплавы, затвердевающие в виде твердых растворов, образуют в расплаве разветвленные дендриты по всему сечению потока (рис. 4.3б). Такая смесь жидкого раствора со взвешенными дендритами теряет способность течь в каналах литейной формы при наличии твердой фазы 20-30% от объема. Повышение температуры заливки и температуры литейной формы увеличивает жидеотекучесть сплавов. Вязкость и поверхностное натяжение практически не оказывают влияния на жидкотекучесть литейных сплавов. Сплавы, склонные к образованию прочной оксидной пленки, обладают пониженной жидкотекучестью, т.к. при заливке оксидные пленки оказывают сопротивление течению расплава. Увеличение теплопроводности металла снижает жидкотекучесть. Так песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Жидкотекучесть литейных сплавов определяют путем заливки специальных технологических проб. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун, наименьшей – магниевые сплавы. Формирование геометрии отливки, структуры и свойств металла отливки происходит при ее кристаллизации в литейной форме вследствие теплового, механического и химического взаимодействия металла с литейной формой. Тепловое взаимодействие идет от момента заливки до выбивки отливки из формы. 5

2. Понятие об усадке сплавов. Механизм образования усадочных раковин и усадочной пористости. Технологические и конструктивные мероприятия по предупреждению образования усадочных раковин и пористости в отливках.

Усадка – это свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки.

Линейная усадка – уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшает повышенное содержание кремния, усадку отливок - снижение температуры заливки. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

Линейная усадка для серого чугуна составляет 0.9..1.3%, для углеродистых сталей 2..2.4%, для алюминиевых сплавов 0.9..1.5%, для медных 1.4..2.3%.

Объемная усадка – уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки.

Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке. Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости, трещин и короблений. Усадочные раковины – сравнительно крупные полости, распложенные в местах отливки, затвердевающих последними(рис.а). Сначала около стенок литейной формы образуется корка1 твердого металла. В следующий момент времени на корке1 нарастает новый твердый слой2, а уровень жидкости далее понижается. Снижение уровня расплава при затвердевании приводит к образованию сосредоточенной усадочной раковины. Усадочная пористость – скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадк в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла. (рис.б) Вблизи температуры солидуса кристаллы срастаются друг с другом. Это приводит к разобщению ячеек5, заключающих в себе остатки жидкой фазы4. В результате усадки в каждой ячейке получается небольшая усадочная раковина6. Множество таких межзеренных микроусадочных раковин образует пористость, которая располагается по границам зерен металла.

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. С этой целью на отливки устанавливают прибыли – резервуары с расплавленным металлом, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающим последними. (рис.а – без прибыли, рис.б – с прибылью). Предупредить образование усадочных раковин и пористости позволяет установка в литейную форму наружных холодильников (рис.в) и внутренних холодильников (рис.г).

7

3. Горячие и холодные трещины в отливках, причины их возникновения. Технологические и конструктивные мероприятия, снижающие трещинообразование. 4. Причины коробления отливок. Технологические и конструкционные мероприятия, снижающие коробление отливок.

В отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и толстых частей и торможения усадки формой при охлаждении возникают напряжения. Если величина напряжений превысит предел прочности литейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее образуются горячие или холодные трещины.

Горячие трещины в отливке возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса.

Горячие трещины проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов (водорода, кислорода), серы и др.примесей, резких переходов от тонкой части отливки к толстой, острых углов, выступающих частей. Высокая температура заливки способствует увеличению зерна металлической структуры и увеличению перепада температур в отдельных частях отливки, что повышает вер-ть образования трещин. Для предупреждения возникновения необходимо создавать условия, способствующие образованию мелкозернистой структуры; обеспечивать одновременное охлаждение тонких и толстых частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые и вызывают появление трещин. Холодные трещины тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность. Опасность образования усиливается наличием в сплаве вредных примесей (например, фосфора в стали).

Для предупреждения образования необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливок во всех сечениях путем использования холодильников; применять сплавы для отливок с высокой пластичностью; проводить отжиг отливок.

Коробление изменение формы и размеров отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении. Коробление увеличивается при усложеннии конфигурации отливки и повышении скорости охлаждения. Для предупреждения коробления необходимо обеспечивать податливость формы; создавать рациональную конструкцию отливки.

8