123231 (Литейные металлические сплавы), страница 2

Правильная конструкция литниковой системы должна обеспечивать: непрерывную подачу по кратчайшему пути сплава в форму; спокойное и плавное ее заполнение; улавливание шлака и других неметаллических включений; не вызывать местных разрушений формы из-за большой скорости и неправильного направления потока металла; создание направленного затвердевания отливки; минимальный расход сплава на литниковую систему.

Литниковая система включает, как правило, следующие элементы:

1) стояк — вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу
(воронку) со шлакоуловителем;

2) шлакоуловитель — горизонтальный трапецеидальный канал,
соединяющий стояк с питателями;

1. питатель — горизонтальный канал, соединяющий шлакоуловитель с отливкой;

2. выпор — вертикальный канал, расположенный на самой верхней части отливки или сбоку; он служит для отвода газов из формы и
   наблюдения за ходом заполнения формы.

Оснастка

В комплект линейной технологической оснастки входят модели, модельные плиты, стержневые ящики, опоки и т.д. модели - приспособления для получения в формовочной отпечатков полости, соответствующих наружной конфигурации отливок. Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливок, на величину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,8...2%.

Модели могут быть деревянными или металлическими. Стержневые ящики для изготовления стержней обеспечивают равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Как и модели, стержневые ящики имеют литейные уклоны, при назначении их размеров учитывают величину усадки сплава и припуска на механическую обработку. Стержневые ящики делают из таких же материалов, что и модели.

Опоки - прочные рамы различной формы, предназначенные для изготовления литейных полуформ из формовочных смесей, соединяют опоки штырями.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют координатные модельные плиты, устанавливаемые на стол формовочной машины. Координатная металлическая плита имеет большое число отверстий, что позволяет быстро устанавливать и закреплять деревянную модель на плите с помощью штырей.

Изготовление стержневой смеси и стержней

Стержневая смесь - многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления стержней. Формовочные и стержневые смеси должны иметь хорошую пластичность, текучесть, газопроницаемость, выбиваемость, термохимическую устойчивость, непригораемость и т.д.

Изготовления стержней

1. Гидролиз. 15% - раствор концентрир. (3% от объёма этилсиликата), ацетон 12, 6%. этилсиликат 77. 6%

2. Суспензия. Песок - кварц 33% с мариалитом 87%, кислая вода Н₂0+НСI - 9,8%, гидролизированный раствор этилсиликат - 30%.

Стержни из жидкой самотвердеющей смеси изготавливают путём заливки. Извлекают стержни из ящика через 10-40 мин. после чего из него выжигается органическая составляющая. Затем стержни термически упрочняют.

Стержни, затвердевающие в стержневом ящике, имеют большую точность.

Состав формовочной смеси

Формовочная смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов (формовочные материалы совокупность природных и искусственных материалов).

Песок - основной исходный материал для формовочных смесей, наиболее часто используют кварцевый песок, в основном состоящий из SiO₂, обладает высокой огнеупорностью, прочностью, твёрдостью, термохимической устойчивостью.

В смесях для стального литья в качестве противопригарной добавки используют пылевидный кварц, в формовочные смеси часто вводят 6% влаги в качестве связующего материала жидкое стекло и др. вещества - коллоидные растворы органических веществ, такие добавки повышают не только прочность; в результате их выгорания увеличиваются также газопроницаемость и податливость смесей.

Газопроницаемость смеси увеличивается с применением песка с однородными размерами зёрен и с уменьшением в ней содержания глины. Пластичность смеси улучшается с повышением в ней (до определённого предела) связующих материалов и воды, а так же песка с мелким зерном.

Облицовочная смесь

Кварцевый песок – 67%, оборотная смесь – 26%, жидкое стекло – 5%, глина – 2%, влага (сверх 100) – 6%.

Наполнительная смесь

Оборотная смесь – 94%, глина – 6%, влага (сверх 100) – 6%.

Изготовление литейной формы

Разовая песчаная форма пригодна только для одной отливки, при выемке готовой детали форму разрушают.

Форму изготавливают из формовочной смеси. Сначала с помощью модели формируется нижняя полу форма. для этого модель устанавливают на модельную плиту, потом устанавливается опока и на ней накопительная рамка, высота которой соответствует степени уплотнения формовочной смеси в форме, в рамку и опоку засыпают формовочную смесь и уплотняют её. Затем опоку переворачивают на 180° . Далее формуют верхнюю полуформу, ставят вторую опоку, засыпают в неё формовочную смесь и уплотняют. Поднимают верхнюю полу форму и удаляют из неё модели. метод уплотнения - пескомет.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок, формы и стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов, после чего стержни устанавливаются в полуформы и полуформы собирают. Точное соединение опок обеспечивают при помощи тщательно обработанных стальных штырей и центрирующих отверстий в приливах опок.

Для того чтобы при заливке не произошёл подъём верхней опоки статическим давлением металла, её скрепляют с нижней опокой при помощи скоб.

Заливка металла

Металл в литейную форму заливают расплавом через литниковую систему. Она обеспечивает непрерывное поступление расплава в форму, предотвращает разрушение формы. Попадание шлака и воздуха. Для получения отливок без усадочных раковин и пористости. которые могут образовываться вследствие уменьшения объёма расплава при его затвердевании, применяют прибыли, которые размещают в тех частях отливки, где усадка проявляется наиболее значительно.

Заливку производят не прерывая струю, во избежание слоев, после заливки и охлаждения металла в форме до требуемой температуры отливку из неё удаляют (выбивают), при этом форма разрушается.

Обрубку, т.е. удаление литников, прибылей и дефектов проводят на дисковых и ленточных пилах, газовой и электродуговой резкой, пневматическими зубилами и др.

После выбивки отливок из формы на их поверхностях остаётся пригоревшая формовочная смесь и заусенцы, которые очищают. Отливку в дальнейшем подвергают термической обработке. Вид ТО зависит от вида сплава, применяемого для получения отливки.

Термическая обработка

Для стали 25Л - нормализация, которая заключается в нагреве до температуры на 50˚-70˚ и охлаждении на спокойном воздухе, но лучше использовать с обдувной вентиляцией.

Нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию структуры, приводит к получению высокой прочности стали, т.к. ускорении охлаждения распад происходит при более низких температурах.

После нормализации углеродистых сталей образуется ферритно-аустенитная структура. При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит, при прохождении температурного интервала Аr₃ - Аr, выделяется на границах зёрен аустенита и не успевает образовать равноосные зёрна, поэтому кристаллы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зёрен аустенитно-ферритной сетки.

Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств (неодинаковый химический состав по сечению), вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включении.

При ускоренном охлаждении возникает больше самопроизвольно образующихся центров кристаллизации, поэтому строчечность структуры менее резко выражена. Это является дополнительным преимуществом нормализации. При использовании нормализации идёт процесс обезуглероживания.

Способы получения жидкой стали для фасонного литья

В литейных цехах, изготовляющих фасонные стальные отливки, плавку стали производят главным образом в мартеновских и электрических дуговых и индукционных печах.

В зависимости от требований, предъявляемых к стали, и качества шихтовых материалов используют печи с основной или кислой футеровкой, определяющей характер процесса плавки.

Основной процесс проводится в печах, футерованных магнезитовым крипичом, или с магнезитовой, а также доломитовой набивкой. Эти огнеупорные материалы состоят преимущественно из окиси магния (МgО) и окиси кальция (СаО).

В печах с основной футеровкой плавка ведется с применением основного шлака, содержащего высокий процент окиси кальция. Такой шлак позволяет удалить из жидкой стали большую часть содержащихся в ней вредных примесей — серы и фосфора, которые соединяются с окисью кальция в прочные соединения.

Кислый процесс проводится в печах, футерованных материалами, одержащими главным образом окись кремния (SiO₂).

Мартеновские печи

В фасонолитейных цехах преимущественно применяются мартеновские печи с основной футеровкой емкостью от 20 до 60 т. Показатели работы мартеновских печей даны в табл.

Основные показатели работы мартеновских печей
Емкость печи по завалке, т	Площадь пода, м2	Съем стали с 1 м2 площади пода в сутки, т	Удельный расход условного топлива на 1 т стали, кг	Стойкость (количество плавок)
10 15 20 30	9,5 12,5 15,0 20,0	4,5—6,0 4,5—6,0 5,0—6.5 5,5— 6,5	190—280	460—600
40 50	25,0 29,0	6,0—7,5 6,0 — 7,5	180 — 260	400-500

Под печи выполнен из чугунных плит, покрытых слоем теплоизоляционного материала, нескольких рядов магнезитового кирпича и верхнего слоя магнезитовой наварки (при основном процессе) из магнезитового порошка в смеси с каменноугольной смолой.

Схема устройства мартеновской печи.

Свод печи делается из магнезитохромитовых или динасовых кирпичей. В передней стене 9 расположены окна 6, закрываемые дверцами, через которые загружают шихтовые материалы, ведется наблюдение за ходом плавки и отбираются пробы металла.

Под ванны имеет наклон к задней стенке, в которой находится летка для выдачи металла. Летка во время плавки заделывается доломитом или магнезитом.

К обеим торцевым стенкам примыкают головки с каналами 1, 2, 3 и 7, через которые подается топливо и воздух и отводятся продукты горения.

Для повышения температуры пламени в печи газообразное топливо и воздух предварительно нагреваются до 1100—1200° С при прохождении через воздушный 12 и газовый 13 регенераторы, которые нагреваются теплом отходящих продуктов горения. Регенераторы заложены кирпичной кладкой с проходами для газа.

Нижняя часть печи состоит из двух пар шлаковиков 10 и 11 (газовых и воздушных), соединенных с одной стороны с головками печи, а с другой — с регенераторами. Шлаковики служат для собирания шлака и пыли, уносимых из рабочего пространства продуктами горения. Две пары регенераторов 12 и 13 предназначены для аккумуляции теплоты отходящих продуктов горения и передачи ее газу и воздуху. Регенераторы соединены боровами с перекидными клапанами и работают попарно и попеременно: в то время как одна пара регенераторов нагревает воздух и газ, другая — аккумулирует тепло отходящих продуктов горения. Спустя 10—15 мин происходит перевод клапана в новое положение и начинает работать другая пара регенераторов.

Жидкое топливо (мазут), также применяемое в этих печах, вводится с помощью форсунок и распыляется струей воздуха под давлением 5—6 кгс/см³. Такие печи имеют только одну пару регенераторов и соответственно одну пару шлаковиков.

Плавку стали в мартеновских печах применяют преимущественнодля крупных стальных отливок. Мартеновский способ выплавки стали обладает следующими преимуществами: возможностью использования большого количества стального лома и передела в жидкую сталь исходных материалов разнообразного химического состава; высоким качеством и возможностью выплавки сталей многих марок; относительно небольшой стоимостью передела. Емкость мартеновских печей составляет 5—500 т, а в цехах фасонного литья машиностроительных заводов 5—100 т.

По конструкции современные мартеновские печи подразделяют на неподвижные или стационарные и качающиеся. Большинство мартеновских печей стационарного типа. Преимущество качающихся печей — это слив стали в ковш в несколько приемов, порциями, а также слив шлака в шлаковню по ходу плавки через порог загрузочного окна. Недостаток таких печей — сложность конструкции печи.

Мартеновские печи строят с кислой и основной футеровкой. Динасовый кирпич применяют для кладки главных сводов, сводов головок и регенераторов, вертикальных каналов, стен шлаковиков в насадках и других частях основной мартеновской печи, а в кислых печах, кроме того, для кладки пода, передней и задней стенок, а для наварки пода после каждой плавки применяют кварцевый песок. Нижнюю часть регенераторов и борова выкладывают из шамотного кирпича, наружную часть — из обычного красного кирпича. Для уменьшения потерь теплоты через кладку регенераторов шлаковики (выше уровня пола цеха и ниже его на 1—1,65 м), а также часть рабочего пространства печи снаружи облицовывают теплоизоляционным материалом. Для повышения стойкости кладки и улучшения условий труда современные мартеновские печи оборудуют системой водяного охлаждения.

Продолжительность службы мартеновской печи при динасовом своде для больших печей составляет 250—300 плавок, для печей малой и средней емкости 400—500 плавок, а при магнезитовой футеровке свода да 700 и более плавок.

Современные мартеновские печи снабжены необходимой контрольно-измерительной аппаратурой и оборудованы устройством для автоматического регулирования расхода топлива и воздуха, а также давления в рабочем пространстве. Автоматически производится переключение клапанов, механизирован подъем заслонок рабочих окон и т. д.

Топливо мартеновских печей. На заводах, не имеющих доменного производства, применяют генераторный или коксовый газ или жидкое топливо, а на заводах, имеющих доменное производство, — смесь коксового и доменного газов с добавкой для подсвечивания факела пламени генераторного газа или смолы.

Процесс выплавки стали в мартеновских печах. В зависимости от футеровки ванны — основной (магнезитовой) или кислой (динасовой) — процесс выплавки стали может быть основным или кислым. В настоящее время почти вся сталь выплавляется в печах с основной футеровкой. Это объясняется тем, что в основном мартеновском процессе можно переплавлять шихту с более высоким содержанием фосфора и серы, чем в готовой стали. Мартеновским процессом можно выплавлять углеродистые, низко- и среднеуглеродистые стали, используемые для производства фасонных отливок.

Кислый мартеновский процесс, благодаря некоторым особенностям, обеспечивает получение плотной структуры стали, поэтому он незаменим при выплавке высококачественных сталей.