Технология получения сплавов

Выбор литейного сплава. Принимая во внимание, что долговечность литых деталей и машин 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. Ответственные детали металлорежущих станков и других машин, работающих на трении при высоких силовых нагрузках, отливают из серого чугуна. 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 коррозийной среде, то в качестве их материала выбирают легированные стали.

Медные сплавы - бронзы и латуни отличаются высокими антикоррозийными свойствами. Поэтому для производства втулок, вкладышей подшипников и других, работающих на трение литых деталей, выбирают те или иные марки бронз, а для винтов теплоходов, паропроводной 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 используют легкие алюминиевые и магниевые, а также тугоплавкие литейные сплавы.

Общие сведения о технологических процессах приготовления литейных расплавов. Заливаемый в литейную форму расплав должен иметь определенный химический состав, соответствующий 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.

Подготовка исходных шихтовых материалов. В качестве исходных металлических шихтовых материалов ив 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) подвергают очистке от приставшей формовочной смеси в барабанах непрерывного действия, что предупреждает засорение приготовляемого расплава.

Шихтовка. Под шихтовкой понимается операция по составлению определенной весовой порции (она называется калошей) 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 рассчитать нужное количество каждого материала с учетом угара, заданного химического состава и требуемых свойств литейного сплава. В настоящее время расчеты шихты ведут с помощью электронно-вычислительных машин "Минск-2", а также методом линейного программирования.

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

Плавка шихты. Принимая во внимание температуры плавления и другие свойства литейных сплавов (склонность к окислению, газосодержанию) 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 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 15000°, 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). 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 применяют для серого чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов.

литейный кокиль чугун отливка