диплом (1235147), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

2.6.1 Расчет шихты

Примерный расчет ваграночной шихты в заводских условиях часто производят методом подбора.

Методом подбора шихту рассчитывают следующим образом. На основании практических данных и норм расхода шихтовых материалов подбирают сорта компонентов шихты и назначают их количество. Затем по правилу смещения проверяют содержание основных элементов (углерода, кремния, марганца, фосфора, серы) в шихте и жидком металле с учётом пригара или угара данного элемента при плавке. Если в результате расчёта оказывается, что химический состав жидкого чугуна значительно отличается от заданного, весь расчёт переделывают: выбирают другие компоненты шихты, изменяют их соотношение. Если же сорта жидкого чугуна получаются близкими к заданному, то расчёт не изменяют, а для доводки химического состава жидкого металла до заданного рассчитывают необходимое количество ферросплавов, которые будут добавлять в шихту или ковш.

На основе производственных данных принимаем: С = 3,1%; Si = 0,9%; Mn = 0,6%; Р = 0,7%.

Тогда в шихте должно быть:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Для получения расчетного среднего состава шихты путем подбора составим таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Расчет шихты методом подбора (на 100 кг шихты)

Цифры в графах 4, 6 и 8 получаем путем умножения процентного содержания данного элемента в каждом из компонентов шихты (графы 3, 5 и 7) на количественное содержание этого компонента в шихте (графа 2) и деления этого произведения на 100.

После суммирования величин для каждого элемента подсчитываем ожидаемый угар или пригар. Недостающие элементы (кремний и марганец) восполняются введением соответствующих ферросплавов.

2.7 Описание подготовки модификатора

Процесс модифицирования играет важнейшую роль при производстве качественных чугунных отливок. При сравнении не модифицированных и модифицированных чугунов легко выявить различия в их микроструктуре, что, в свою очередь, существенно влияет на механические свойства отливки. Посредством модифицирования можно управлять процессом формирования включений графита, степенью эвтектического переохлаждения чугуна, что позволяет обеспечить требуемые эксплуатационные характеристики отливок.

Под термином «модифицирования» понимается процесс, позволяющий контролировать и улучшать микроструктуру и механические свойства чугуна. В результате модифицирования в расплаве формируется достаточное количество неметаллических включений (потенциальных центров кристаллизации графита), на которых растворенный в чугуне углерод осаждается в виде графита, а не в виде карбидов (цементита). Наиболее распространенными графитизирующими модификаторами являются сплавы на основе ферросилиция, содержащие небольшие и строго контролируемые количества кальция, бария, стронция, циркония, РЗМ или алюминия.

В результате модифицирования серых и высокопрочных чугунов улучшается механическая обрабатываемость отливок, повышается прочность и пластичность, снижается твердость и чувствительность микроструктуры к толщине стенок, формируется более однородная микроструктура. Кроме того, графитизирующее модифицирование, как правило, снижает склонность чугуна к усадке при его кристаллизации.

При производстве серых чугунов следует обратить особое внимание на следующие факторы:

– величина отношения Mn/S должна поддерживаться на постоянном уровне при содержании серы не менее 0.05 %;

– обнаружено, что алюминий играет важную роль в формировании ядер включений - центров кристаллизации графита, поэтому его содержание необходимо постоянно контролировать. Для обеспечения наилучших результатов от проведения графитизирующего модифицирования остаточное содержание алюминия в чугуне следует поддерживать в пределах 0.005 – 0.01 %;

– в жидком базовом чугуне после выплавки необходимо поддерживать определенный уровень содержания кислорода. Этого можно достичь путем добавления в шихту некоторого количества ржавых шихтовых материалов, окатышей;

– период времени между модифицированием и заливкой должен быть минимальным с целью предотвращения «старения» модифицирующего эффекта;

– необходимо использовать модификаторы с жёстко контролируемыми химическим составом и размером фракции.

Сам процесс модифицирования происходит в ковше. Для этого модификатор в виде кусков размером 5 - 15 мм. вводится в струю чугуна при сливе из печи в ковш. Но перед использованием модификатора его нужно прокалить при температуре 300 - 400 С. Во избежание демодифицирования продолжительность выдержки чугуна не должна быть больше живучести модификатора, то есть для ФС75 и объема ковша 2,5 т. выдержка должна быть не больше 10 минут.

1. Процесс кристаллизации

Кристаллизация чугуна в стабильной (графитной) или в метастабильной (цементитной) системах зависит не только от рассмотренных факторов кинетики структурообразования, но и от химического состава чугуна. В последнее время стала возобладать точка зрения, согласно которой химический состав чугуна влияет на его отбел, или графитизацию путем воздействия, главным образом, на термодинамический стимул того или другого процесса. Нет сомнений в том, что кремний служит графитизатором в чугуне именно в силу резкого усиления термодинамического стимула процесса графитизации при легировании металла кремнием. Хром, со своей стороны, стабилизирует карбидную структуру за счет сокращения этого стимула, который при некотором критическом содержании хрома может вовсе исчезнуть и тогда графитизация сплава невозможна - чугун становится белым при любых условиях затвердевания и охлаждения.

При кристаллизации чугуна по метастабильной системе превращения идут по линиям CD, EOF, ES, SK на диаграмме Fe-С - получается шбелый чугун с характерной структурной составляющей - ледебурит.

Скорость кристаллизации чугуна существенно влияет на строение, размеры и характер распределения первичных структурных составляющих.

Особенностью кристаллизации хромовых чугунов является образование твердых растворов и цементита, а при содержании Сг свыше 3 % - специальных карбидов и твердого, немагнитного и хрупкого интерметаллида Fe-Сг, содержащего 42 - 48 % Сг и известного как стфаза. Вместе с тем благоприятное влияние оказывает и повышение содержания С до 2 5 - 3 5 % , особенно в сплавах, работающих одновременно в условиях истирания и высоких температур.

На характер кристаллизации чугуна, а также форму, размеры и расположение образующихся фаз влияет много факторов.

Зависимость между кристаллизацией чугуна и составом шлака также может быть объяснена взаимодействием шлака и расплава. Поскольку основные шлаки, как и основная футеровка, связывают кислород, количество чужеродных зародышей графита уменьшается, и в данном случае возрастает склонность к метастабильному характеру кристаллизации. Перегрев чугуна в кислых печах способствует растворению частичек кремнезема, при охлаждении они снова выпадают, но уже в виде весьма дисперсных частиц, в результате чего улучшаются распределение и форма графита в литом металле (рисунок 2.8).

Ликвационные явления при кристаллизации чугуна влияют на температурно-концентрационные условия образования избыточных фаз и эвтектик. Это приводит к изменению количественных соотношений между структурными составляющими, стимулирует переход от выделения графита к образованию карбида, обусловливает изменение формы избыточных кристаллов и появление различных структурных модификаций эвтектических бикристаллитов.

Расщепление цементита наблюдается лишь при кристаллизации сильно переохлажденного чугуна.

Механизм влияния этих примесей на кристаллизацию чугуна мало изучен.

а - Маурера; б - Н. Г. Гиршовича

Рисунок 2.8 - Структурные диаграммы для чугуна

1. Охлаждение, выбивка отливок и стержней

После затвердевания отливку выдерживают в форме для охлаждения до температуры выбивки. Чем выше температура выбивки, тем короче технологический цикл изготовления отливки. Однако высокая температура выбивки нежелательна из-за опасности разрушения отливки, образования дефектов или ухудшения ее качества. Вблизи температуры кристаллизации сплавы имеют низкую прочность и пластичность. На воздухе отливки остывают быстрее, чем в форме, при этом неравномерность охлаждения массивных и тонких сечений усиливается, внутренние напряжения возрастают.

Длительная выдержка в форме с целью охлаждения до низких температур нецелесообразна с экономической точки зрения, так как удлиняет технологический цикл изготовления отливки. Поэтому выбивку стремятся производить при максимально высокой допустимой температуре. Она зависит от природы сплава и конструкции отливки.

Стальные отливки рекомендуют охлаждать в форме до 500 - 700°С, чугунные до 400 - 500 °С. Сложные отливки, склонные к образованию трещин, охлаждают в форме до 200 - 300°С, а отливки, не склонные к образованию трещин, - до 800 - 900 0С. Температура выбивки отливок из бронз составляет 300 - 500°С, из алюминиевых сплавов – 200 - 300 °С, из магниевых сплавов – 100 - 150 °С.

Продолжительность выдержки в форме определяется толщиной стенки отливки, свойствами залитого сплава и литейной формы, температурой выбивки. Время выдержки в песчаной форме составляет от нескольких минут (для небольших тонкостенных отливок) до нескольких суток и недель (для крупных толстостенных отливок).

Для сокращения продолжительности охлаждения используют методы принудительного охлаждения:

а) обдувают воздухом,

б) при формовке укладывают змеевики, по которым пропускают воздух или воду.

Выбивка отливки – процесс удаления затвердевшей и охлажденной до определенной температуры отливки из литейной формы, при этом литейная форма разрушается.

Выбивку отливок из литейных форм осуществляют на специальном оборудовании – механических выбивных решетках (рисунок 9).

Решетки по принципу действия, классифицируют на эксцентриковые (рисунок 9,а), инерционные (рисунок 9, б), инерционно-ударные (рисунок 9, в).

а – эксцентриковая; б – инерционная;

в – инерционно-ударная; 1 – решетка; 2 – опорная пружина; 3 – привод; 4 –форма

Рисунок 2.9 - Выбивные решетки

Форма выталкивается из опоки выталкивателем на виброжелоб, по которому направляется на выбивную решетку. Решетка 1 с литейной формой 4 с помощью привода 3 и опорной пружины 2 совершает колебательное движение. В каждом цикле колебаний решетки форма подбрасывается вверх и затем, падая, ударяется о решетку или опорную раму 5. В момент соударения под действием сил инерции форма разрушается. Отливка освобождается от формовочной смеси. Выбитая формовочная смесь проваливается через решетку и системой конвейеров передается к месту ее переработки для повторного использования. Ответственные отливки извлекают из формы перед ее выбивкой. Выбивка форм сопровождается выделением большого количества теплоты и пыли, поэтому участки выбивки форм оснащают мощной приточно-вытяжной вентиляцией. При выбивке форм мелких и средних отливок применяют вентиляционные зонты и боковые отсосы, расположенные под установкой или по ее периметру. Выбивные решетки большой грузоподъемности имеют пыле и звуконепроницаемые накатные кожухи.

Характеристики

Список файлов ВКР