Электрошлаковое литьё
Непрерывное и полунепрерывное литьё
Непрерывное и полунепрерывное литьё по своей сути ничем не отличаются от метода непрерывной разливки стали с помощью специальных машин непрерывного литья заготовок (рис. 2.10) и обладают всеми его достоинствами. Для получения профилированных отливок кристаллизатору придают соответствующую форму поперечного сечения. При необходимости получения не сплошных, а полых отливок типа труб внутрь кристаллизатора вводится водоохлаждаемый стержень, вокруг которого формируется полость требуемой конфигурации.
Электрошлаковое литьё по своей сути ничем не отличается от электрошлакового переплава (рис. 2.11) и обладает всеми его вышеуказанными достоинствами. При таком литье форма водоохлаждаемого металлического кристаллизатора соответствует форме получаемой отливки и может быть дополнена специальными металлическими стержнями, позволяющими получить в отливке требуемые полости. Вследствие последовательного затвердевания отливка имеет плотную структуру без усадочных раковин или пористости.
|
|
Электрошлаковым литьём изготавливают отливки ответственного назначения (типа задвижек атомных электростанций) массой до 300 т.
Приготовление сплавов к литью требует их плавления, которое в основных чертах совпадает с рассмотренными ранее процессами металлургического производства.
В процессе плавления для улучшения качества литейных сплавов иногда их подвергают модифицированию, т.е. введению в расплав небольшого (порядка 0,1%) количества веществ (модификаторов), вызывающих формирование структурных составляющих округлой или измельчённой формы и способствующих их равномерному распределению, что приводит к улучшению механических или технологических свойств материала без заметного изменения его состава. Для сталей в качестве модификаторов используют лантан, церий, кальций, бор; для чугуна – магний, церий, кальций, ферросилиций, алюминий, бор, висмут; для силуминов – натрий, стронций, фосфор; для алюминиевых бронз – ванадий.
Примерно 75% массы всех изготавливаемых в машиностроении отливок получают из чугуна. Этому способствует самая низкая из всех литейных сплавов стоимость чугуна, его сравнительно высокая прочность и хорошие литейные свойства. Из стали производят около 21% массы всех отливок. Из цветных сплавов производят примерно 4% массы всех отливок, причём наибольшее применение имеют бронзы и латуни.
Изготовление отливок из чугуна. Серый чугун является наиболее распространённым материалом для изготовления отливок. Он имеет высокую жидкотекучесть, позволяющую отлить стенку с толщиной 3 мм, и малую усадку, позволяющую получать отливки без усадочных раковин, пористости и трещин. Но при увеличении толщины стенок от 15 до 150 мм прочность и твёрдость чугуна уменьшаются почти в 2 раза, что обусловлено снижением скорости охлаждения большей массы, приводящим к получению структуры с более крупным размером графитных пластин, чем в тонкостенных отливках.
|
|
Наибольшее количество отливок из серого чугуна изготавливают в песчаных формах, как правило, без применения прибылей. Отливки типа тел вращения (трубы, втулки, гильзы) изготавливают центробежным литьём.
Высокопрочный чугун по механическим свойствам приближается к сталям, однако его стоимость на 25% ниже. Жидкотекучесть высокопрочного чугуна такая же, как у серого, что также позволяет получать отливки сложной конфигурации с минимальной толщиной 3 мм. Но усадка высокопрочного чугуна в 1,5 раза выше, чем серого, что затрудняет изготовление отливок без усадочных дефектов и требует применения прибылей и холодильников, а также формовочной смеси с повышенной податливостью. Отливки из этого чугуна преимущественно изготавливают в песчаных и оболочковых формах, центробежным литьём и литьём в кокиль.
Чугун с вермикулярным графитом по высокой жидкотекучести и малой усадке не уступает серому чугуну и превосходит его малой чувствительностью к увеличению толщины стенки отливки, что позволяет получать толщины порядка 500 мм с сохранением высоких механических свойств. Отливки из чугуна с вермикулярным графитом получают преимущественно в песчаных формах.
Ковкий чугун имеет пониженную жидкотекучесть, что требует повышенной температуры заливки, а также значительно большую усадку, чем серый чугун, что приводит к большему образованию усадочных раковин, пор и трещин, для предупреждения которых используют прибыли и холодильники, а также формовочные и стержневые смеси с высокими податливостью, огнеупорностью и газопроницаемостью. Кроме того, процесс изготовления отливок из ковкого чугуна длителен и энергоёмок, в связи с чем только 5% чугунных отливок производят из этого чугуна, часто заменяя его более экономичным высокопрочным чугуном.
Изготовление отливок из стали. Стали имеют пониженную жидкотекучесть, высокую усадку и склонны к образованию трещин, что вынуждает применять массивные прибыли, в результате чего расход металла увеличивается примерно в 1,6 раза по сравнению с литьём чугуна. Помимо прибылей, для предотвращения усадочных раковин и пористости в тепловых узлах стальных отливок используют наружные и внутренние холодильники. Из-за низкой жидкотекучести площадь сечения питателей литниковой системы для сталей примерно вдвое больше, чем для чугунов.
Высокая температура заливки стали, примерно на 200–300°С превышающая температуру заливки чугуна и достигающая 1550–1650°С, требует применения формовочных и стержневых смесей с высокой огнеупорностью, а также покрытия форм и стержней огнеупорными красками. Для предотвращения трещин эти смеси должны обладать и высокой податливостью.
Стальные отливки преимущественно изготавливают в песчаных и оболочковых формах, литьём по выплавляемым моделям, центробежным литьём и литьём в облицованные кокили.
Изготовление отливок из алюминиевых сплавов. Силумины отличаются высокой жидкотекучестью и малой усадкой, не склонны к образованию горячих и холодных трещин. Но большинство остальных алюминиевых сплавов имеет низкую жидкотекучесть, повышенную усадку, склонность к образованию трещин и поглощению водорода в расплавленном состоянии. Поэтому для получения качественных отливок предусматривают массивные прибыли и широкое использование холодильников, а также предварительный подогрев форм до температуры 250–350°С. Заливка литейных форм производится при температуре расплава около 700–750°С.
|
|
Отливки из алюминиевых сплавов преимущественно изготавливают литьём в кокиль, под давлением и в песчаные формы. При очень сложной конфигурации отливок кокили подогревают до температуры 400–500°С.
Изготовление отливок из магниевых сплавов. Магниевые сплавы имеют пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку, склонны к образованию трещин и самовозгоранию при плавке и заливке, хорошо поглощают водород. Для предотвращения литейных дефектов используют прибыли и холодильники, а при литье в кокиль – предварительный подогрев форм и стержней до температур порядка 400°С. Для предотвращения самовозгорания магниевых сплавов их плавку проводят под слоем защитных флюсов из хлористых или фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов, а также в среде защитных газов. Защитные фтористые добавки вводят и в формовочные смеси. В процессе заливки струю расплавленного металла посыпают порошком серы, при горении которой образуется сернистый газ, предотвращающий возгорание магния.
Отливки из магниевых сплавов преимущественно изготавливают литьём в кокиль, под давлением и в песчаные формы.
Изготовление отливок из медных сплавов. Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть, но высокую усадку, что обуславливает образование усадочных раковин и пористости. Бронзы отличаются высокой жидкотекучестью, но тоже имеют высокую усадку, обуславливающую образование тех же дефектов. При этом все медные сплавы склонны к образованию трещин.
Отливки из медных сплавов изготавливают литьём в песчаные и оболочковые формы, в кокиль, под давлением и центробежным литьём. Для предотвращения усадочных раковин и пористости в массивных узлах отливок устанавливают прибыли и холодильники. Для предотвращения образования трещин увеличивают податливость формы, для чего вводят в формовочную смесь опилки.
Изготовление отливок из титановых сплавов. Титан является тугоплавким металлом, который в расплавленном состоянии активно взаимодействует с кислородом, азотом, водородом и углеродом, в связи с чем его плавку необходимо вести в вакууме или среде защитных газов. С учётом этого для плавки титановых сплавов широко используют специальные вакуумные дуговые печи с расходуемым титановым электродом, работающие по принципу, изложенному в описании к рис. 2.12. Отливки из титановых сплавов изготавливают литьём в графитовые прессованные формы, оболочковые формы, или формы, полученные по выплавляемым моделям.
|
|