Получение литеных расплавов

1 Выбор литейного сплава

Принимая во внимание, что долговечность литых деталей и машины в целом зависит главным образом от их материала, конструкторы уделяют огромное внимание выбору литейных сплавов.

Выбор вида и марки сплава производится с учетом условий экс­плуатации литой детали машины. Если к детали не предъявляются повышенные требования, то для ее производства обычно выбирают | наиболее дешевый сплав, чаще всего серый чугун 2-го класса марок "Ч 12-28 и СЧ 15-32. Ответственные детали металлорежущих станов и других машин, работающих на трение при высоких силовых нагрузках, отливают из серого чугуна 1-го класса марок СЧ 21-40 выше. Для деталей, испытывающих в условиях эксплуатации ударные нагрузки, выбирают (в зависимости от их массы и назначения) высокопрочный или ковкий (чугун, а также углеродистые стали. Если |детали машин работают в условиях повышенных температур, в агрессивной и коррозионной среде, то в качестве их материала выбирают легированные стали).

Медные сплавы — бронзы и латуни отличаются высокими анти­коррозионными свойствами. Поэтому для производства втулок, вкладышей подшипников и других работающих на трение литых детаей выбирают те или иные марки бронз, а для винтов теплоходов, паро- и водопроводной • арматуры (краны, вентили) — латуни В авиационной и ракетной технике, где первостепенную роль играет масса деталей и объектов, основным показателем для выбора литейного сплава является высокая удельная прочность (отношение предела прочности при растяжении к плотности), в этих отраслях широко используют легкие алюминиевые и магниевые, а также тугоплавкие титановые литейные сплавы.

2 Общие сведения о технологических процессах приготовления литейных расплавов

Заливаемый в литейную форму расплав должен иметь определенный химический состав, соответствующую производству данных отливок температуру и жидкотекучесть. Он не должен быть насыщен газами, не загрязнен шлаком и другими неметаллическими включениями. Кристаллизуясь в полости формы, литейный расплав должен обеспечить заданные свойства формирующейся отливки.

Поэтому в литейных цехах разрабатывают и тщательно осуществляют технологические процессы приготовления расплавов, которые включают следующие операции: подготовка исходных шихтовых металлических материалов, флюсов и топлива; шихтовка; плавка шихты; металлургическая обработка расплава.

В качестве исходных металлических шихтовых материалов в литейных цехах обычно используют чушковые металлы и сплавы, машинный чугунный и стальной лом, всевозможные отходы черных и цветных металлов и сплавов, а также возврат собственного производства (литники, прибыли). Кроме того, применяются специальные присадочные материалы — ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец), а также легирующие добавки ( хром, никель ).

Для удобства загрузки в плавильные печи крупногабаритные металлические материалы и отходы измельчают и разрезают на более мелкие части с помощью специального оборудования (чушколомы, аллигаторные ножницы, копры.). Крупные куски флюсов (известняк) измельчают щековыми дробилками и – шаровыми - мельницами. Применяемый для плавки в вагранках кокс предварительно просеивают для отделения мелочи. Возврат литейного цеха (литники, прибыли и) подвергают очистке от приставшей формовочной смеси в барабанах непрерывного действия, что предупреждает засорение приготовляемого расплава неметаллическими включениями.

Шихтовка. Под шихтовкой понимается операция по составлению определенной весовой порции (она называется колошей) шихты — смеси исходных материалов, обеспечивающей заданный химический состав, а, следовательно, и свойства приготавливаемого расплава. Составление шихты требует от литейщика серьезных теоретических знаний и большого практического опыта. Составить шихту — значит правильно подобрать наиболее рациональные и экономичные шихтовые материалы, точно рассчитывать нужное количество каждого материала с учётом угара, заданного химического состава и требуемых свойств литейного сплава.

Шихтовка производится на складе шихтовых материалов из суточных бункеров с помощью специальных весов или весовых тележек Набранные колоши шихты с помощью бадей с раскрывающимся днищем скиповым или другим устройством передаются в плавильные печи.

Плавка шахты. Принимая во внимание температуры плавления и другие свойства литейных сплавов ( склонность к окислению, газосодержащие ), в литейных цехах используют большое количество плавильных печей, отличающихся видом применяемой энергии для создания высоких температур, а также конструктивными особенностями. Наиболее широко применяемыми плавильными печами являются вагранки , дуговые элект­рические печи, индукционные электрические печи и электрические печи сопротивления .

При получении особо ответственных отливок из тугоплавких и других специальных сплавов применяются вакуумные, с расходуемым электродом и другие плавильные печи оригинальной конструкции, а также установки для электронно-лучевой и плазменно-индукционной плавки. В плазменных печах температура может повышаться до 15 000°, что в пять раз превышает температуру плавки в электрических дуговых печах. Они позволяют приготавливать литой материал с повышенными пластическими свойствами и сверхчистые металлы, а также сплавы с низким содержанием неметал­лических включений, что крайне важно при литье ответственных деталей из легированных сталей, и специальных сплавов.

Металлургическая обработка расплава. Во время плавки происходит расплавление шихты — получение расплава. Вместе с тем расплавы могут насыщаться газами и засоряться неметаллическими включениями (шлаки, частицы футеровки и др.). Полученные в плавильной печи расплавы подвергают дополнительной металлургической обработке: обессериванию, рафинированию, дегазации и модифицированию.

Обессеривание используют в чугунолитейном производстве для освобождения серого чугуна от части содержащейся в нем вредной примеси— серы, которая снижает жидкотекучесть расплава, повышает усадку чугуна, способствует образованию в отливках газовых раковин. Обессеривание осуществляют присадкой в ковш с расплавом кальцинированной соды, карбида кальция и других добавок, связывающих серу с последующим ее переводом в шлак.

Рафинирование наиболее часто применяют для цветных сплавов с целью их очищения от твердых окислов и посторонних неметаллических включений. Рафинирование ведут с помощью хлористых и фтористых солей и другими методами.

Дегазация широко применяется для легких (алюминиевых и магниевых) сплавов при освобождении выплавленных в плавильной печи расплавов от растворенных в них газов. Дегазацию проводят различными методами: продувкой расплава хлором или азотом, обработкой его ультразвуком, вакуумированием и введением в расплав активных добавок.

Модифицирование — специальный метод металлургической обработки расплавов, осуществляемый для измельчения структурных составляющих, улучшения внутреннего строения и повышения механических свойств металла отливок. Модифицирование при-jp меняют для серого, алюминиевых и магниевых сплавов.