Файл: Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов.pdf

Г Л А В А VI

РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ

§ 1. НЕПРЕРЫВНОЕ ЛИТЬЕ

Сущность способа состоит в том, что жидкий металл равномерно и непрерывно заливают в охлаждаемую форму-кристаллизатор с од­ ного конца и в виде затвердевшего слитка (прутка, трубы, заготовки квадратного, прямоугольного или другого сечения) вытягивают специальным механизмом с другого конца. Этим способом можно получать отливки из всех известных черных и цветных сплавов. Высокая экономическая эффективность применения этого способа обеспечивается его преимуществами:

1. Возможность получения слитка, трубы, профиля неограни­ ченной длины и-требуемого поперечного сечения.

2.Увеличение выхода годного литья за счет уменьшения расхода -металла на прибыльные и донные части слитков.

3.Уменьшение расходов на изготовление изложниц.

4. Уменьшение лнквационной неоднородности отливки, устра-

• нение усадочных раковин и газовой пористости.

Технологический процесс осуществляется на специальных литей­ ных машинах. Эти машины могут быть с вертикальным и горизон­ тальным направлением движения отливаемого изделия, чаще при­ меняют машины с вертикальным движением изделия.

Высокое качество металла отливок достигается созданием условий направленного теплоотвода и, соответственно, затверде­ вания отливки, а также постоянного питания фронта кристал­ лизации жидким металлом. В результате этого отливки и слитки не имеют усадочной и газовой пористости, неметаллических включений.

Производство труб полунепрерывным способом осуществляется на специальных литейных машинах (рис. 275). На поддоне 1 с за­ травкой 2 устанавливают песчаный стержень, образующий канавку в раструбе 3 трубы. Жидкий чугун из ковша 4 через литниковую воронку 5 заливают в кристаллизатор 6 (тонкостенную водоохла­ ждаемую форму), и когда металл поднимется до верха кристалли­ затора, начинают опускать поддон 1, а вместе с ним извлекают и затвердевающую трубу 7 из кристаллизатора.

Подъем и опускание поддона осуществляются двигателем 8. Скорость извлечения трубы из кристаллизатора должна быть такой, чтобы время пребывания ее в кристаллизаторе было достаточным для затвердевания металла. Практически она составляет для труб

столщиной стенки 10—12 мм 0,75—1 м/мин.

Впроцессе литья происходит последовательное извлечение трубы из кристаллизатора, что обеспечивает высокую производи­ тельность процесса.

Качество -труб (чистота поверхности, механические свойства) получается высоким, практически соответствующим качеству отли­

458

вок, изготовляемых в металлических формах. Таким способом полу­ чают трубы диаметром до 800 мм и длиной до 10 м.

Непрерывное литье слитков цветных и черных сплавов. Способ непрерывного литья используют для получения слитков из цветных и черных сплавов.

Практически все алюминиевые сплавы для передела прокаткой в листы, профили и другие изделия разливают в слитки полуне­ прерывным способом. Заливка производится в короткий водо­ охлаждаемый кристаллиза­ тор 1 с последующим охлаж­ дением слитка в водяной ван­ не 2 (рис. 276). Поперечное сечение слитка может быть круглое, прямоугольное или квадратное. Процесс литья осуществляется аналогично тому, как описано ранее.

Однако скорость литья в этом случае значительно ниже

(0,8—3 м/ч).

Высокая экономическая эффективность обеспечивается при непрерывной разливке стали на специальных установках. Уста­ новка (рис. 277) рассчитана на непрерывную разливку стали в слитки сечением до 200 х 600 мм. Жидкая сталь из стопорного ковша 1 через промежуточное разливочное устройство 2 поступает в кристал­ лизатор 3, в который до начала разливки введена затравка. В кри­ сталлизаторе образуется донная часть слитка, сцепляемая с затрав­ кой при помощи «ласточкина хвоста», а также боковая поверхность

459

слитка. После достижения в кристаллизаторе определенного уровня металла ■слиток вытягивается специальным механизмом с посте­ пенным ускорением движения до заданной скорости. Затравка и формирующийся слиток вытягиваются приводными валками 4 вниз. Выходящий из кристаллизатора слиток, имеющий еще жидкую сердцевину, проходит зону 5 вторичного охлаждения, обрызгмва-

ется водой и полностью затвер­ девает. Слиток сцепляется с те­ лежкой газорезки, которая опу­ скается вместе с ним. При дви­ жении слиток разрезается газо­ выми резаками 6 на слябы тре­ буемой длины, и последние затем автоматически подаются на про­ катку.

Непрерывное литье имеет много разновидностей. Одной из них является отливка изделий во вращающиеся кристаллизаторы,

например, отливка полос, лент, листов во вращающиеся валкнкристаллизаторы (рис. 278). Расплавленный металл 3 непрерывной струей поступает в лоток 2 и далее проходит между двумя вращаю­ щимися валками 1 и 4, охлаждаемыми изнутри разбрызгиванием водой 6. В зоне формирования отливки на поверхностях валков намораживаются корочки металла, которые свариваются в зоне контакта валков, образуя ленту, полосу или лист 5. Этот способ достаточно производительный, однако он пригоден только для полу­ чения сравнительно тонкостенных отливок. Например, таким спосо­ бом можно получить чугунный лист толщиной до 1 мм. Чугунный лист имеет отбеленную структуру и подвергается термической обра­

460

ботке — отжигу. Весь технологический процесс производства листа от разливки жидкого чугуна до пакетирования листов автомати­ зирован.

§2. ОТБЕЛЕННОЕ ЛИТЬЕ

Вотбеленных отливках весь или почти весь углерод в отбеленном слое находится в виде цементита Fe3C, который является наиболее твердой структурной составляющей. Эта структура обеспечивает повышенное сопротивление износу поверхности. Поэтому отливки

сотбеленным слоем широко используют как мелющие и дробящие тела (шары в шаровых мельницах, била в молотковых дробилках

ит. д.).Отливки с отбеленным твердым и износостойким слоем дол­ жны иметь достаточно вязкую сердцевину. Это особенно важно при производстве литых чугунных валков с отбеленной поверхностью для прокатных станов в металлургической промышленности, для бумажной, мукомольной и других отраслей промышленности.

Основная сложность производства отливок с отбеленной поверх­ ностью состоит в получении заданной толщины отбеленного слоя, определенной его твердости, плавного перехода структуры от отбе­ ленного слоя к перлитной сердцевине.

Поверхностный отбеленный слой изделия должен иметь струк­

отбеленного слоя зависят от ряда факторов: химического состава и условий плавки чугуна, температуры его заливки, материала формы, окраски ее поверхности и т. д.

Требуемая твердость и глубина отбеленного слоя в таких отлив­ ках получаются за счет выбора соответствующего химического состава чугуна и условий его охлаждения, способствующих образо­ ванию отбеленного слоя.

Для получения отливок с отбеленной поверхностью используют низкоуглеродистые, низкокремнистые чугуны, состав которых за­ висит от требований, предъявляемых к глубине и твердости отбелен­ ного слоя, а также прочностных характеристик отливки.

В отбеленной отливке различают три зоны (рис. 279): I — чистая глубина отбела — от поверхности до появления первых включений графита; II — полезная глубина — от поверхности до слоя серого чугуна; III — общая глубина — от поверхности до места исчезно­ вения цементитных включений. Элементы, входящие в состав чугуна, по-разному влияют на величину твердости и глубину отбеленного

3% способствует резкому уменьшению глубины отбела, поэтому регулировать глубину отбела изменением содержания углерода

превышает 0,5—1,0%. В этих пределах изменение содержания кремния не влияет на твердость отбеленного слоя, но с увеличением

461

его содержания от 0,5 до 1,5% резко уменьшается глубина отбелен­ ного слоя. Влияние марганца противоположно влиянию кремния. Однако следует учитывать «активную» концентрацию марганца в чугуне, т. е. разность Мп — 1,75% S. Если разность Мп — 1,75% S менее 0,35%, то глубина отбела уменьшается, а если более, то глубина отбела возрастает.

Фосфор заметно не влияет на глубину отбеленного слоя и его твердость. Сера несколько уменьшает твердость отбеленного слоя и резко увеличивает его глубину.

Специальные добавки, такие как никель, хром, несколько повы­ шают твердость отбеленного слоя. Алюминий влияет аналогично кремнию.

Чугунные прокатные валки. Чугунные валки делят: 1) на полу­ твердые из половинчатого чугуна, гладкие и калиброванные; 2) на твердые с отбеленным слоем гладкие и калиброванные. Струк­ тура рабочего слоя полутвердых валков перлит + графит; твердых валков с отбеленным слоем — цементит + перлит.

П о л у т в е р д ы е в а л к и должны обладать высокой проч­ ностью и износостойкостью, твердость их должна быть около НВ 200. Полутвердые валки изготовляют из низкоуглеродистого чугуна состава: 2,2—2,7% С; 0,5—1,2% Si; 0,5—1% Мп; 0,2—0,3% Р; 0,05—0,1% S. Чугун такого состава трудно получить в вагранках, поэтому его плавят в пламенных печах, а иногда и в мартеновских.

Т в е р д ы е с отбеленным слоем валки имеют твердость поверх­ ностного слоя НВ 340—540. Валки с отбеленным слоем обычно изготовляют из чугуна, содержащего 2,6—3,0% С, 0,5—0,7% Si, 0,5—0,8% Мп, 0,2—0,4% Р, 0,07—0,12% S, а также из легиро­ ванных чугунов, содержащих 0,7—1,5% Ni, 0,5—1,5% Сг, а также 0,2—0,4% Мо. На сортопрокатных станах вместо стальных валков используют валки из чугуна с шаровидным графитом.

Полутвердые валки обычно формуют по шаблону в двух опоках (рис. 280, а). Чугунную полукруглую опоку покрывают внутри жидким раствором огнеупорной глины, чтобы формовочная смесь

462

лучше приставала к опоке. Опоку заполняют формовочной смесью н уплотняют, форму обрабатывают шаблоном и окончательно обма­ зывают по шаблону жидкой массой, состоящей из 50% молотого кокса, 30% отработанной и 20% свежей смеси. После сушки форму собирают.

Твердые валки с отбеленным слоем получают в кокилях (рис. 280, б). Кокили могут быть составными и цельными. Внутреннюю поверхность кокилей покрывают обычной огнеупорной краской, а цапфы валка во избежание отбела изготовляют в песчаных формах.

Рис. 280. Формы для отливки валков:,

а — полутвердого; б — твердого

Чугун подводят в формы через сифонную литниковую систему с последующей доливкой прибыли сверху. Иногда формы заливают сверху (рис. 281, а). Наибольшее распространение получили тан­ генциальные литниковые системы с подводом чугуна к нижней шейке 1 (рис. 281, б) или к нижнему трефу 2 (рис. 281, в). Темпера­ тура заливки чугуна назначается в зависимости от его химического состава (1250—1360° С). Обычно валки имеют большую длину, поэтому при усадке валка верхняя шейка и прибыль тормозят сво­ бодную усадку чугуна, вследствие чего в месте перехода от верхней шейки к бочке валка могут образоваться поперечные горячие тре­ щины. Для устранения их верхнюю опоку / (рис. 280) ставят на дере­ вянные стойки 2, которые после заливки формы выбивают, и подтя-

463

гпванием клиньев 3 облегчают движение опоки 1 по мере усадки валка.

Продольные горячие трещины чаще всего возникают в валках с отбеленным слоем вследствие того, что затвердевший отбеленный слой обладает невысокой прочностью и пластичностью, а графитизация центральной части валка сопровождается увеличением объема, что вызывает растягивающие напряжения в отбеленном слое и при определенных условиях появление в нем продольных трещин.

Рис. 281. Способы под­ вода металла в полость формы при производ­ стве валков

Вероятность появления трещин в валках уменьшается при определенном содержании фосфора. Повышение содержания фос­ фора увеличивает период первоначального расширения чугуна перед усадкой и соответственно время соприкосновения валка с кокилем.

Для питания усадки валка в прибыль доливают чугун в период затвердевания. Общее количество чугуна, идущего на питание отливки, достигает 5% массы отливки.

После затвердевания валки охлаждаются в формах до 200° С. Извлеченные из формы отливки не должны подвергаться резкому охлаждению на воздухе, особенно в зимнее время.

§ 3. ЛИТЬЕ ВЫЖИМАНИЕМ

Сущность способа состоит в том, что жидкий металл заливается

вметаллоприемник 1 (рис. 282) специальной литейной машины (этап /). Затем подвижную полуформу поворачивают (этап II) и жидкий металл поднимается в установке, заполняя полость между полуформами и боковыми щеками, закрывающими установку с тор­ цов. К моменту окончания сближения полуформ расстояние между ними соответствует толщине тела отливки, а излишек металла сли­ вается из установки в специальный приемный ковш (этап III). После затвердевания отливки подвижная полуформа возвращается

висходное положение, а отливка извлекается из установки.

Литье выжиманием используют для получения тонкостенных крупногабаритных отливок панельного типа размерами до 1000 X х 2500 -т- 3000 мм со стенкой толщиной 2,5—5 мм, например дета­

464