Файл: Сосненко, М. Н. Развитие литейного производства.pdf

туре имеет вид белого сухого порошка. После нанесения на металли­ ческую нагретую до 200—220° модельную

кой вязкой пленкой, образует фасонную тонкостенную оболочку. При дальнейшем нагревании в электриче­ ской печи пульвербакелит необратимо твердеет и, свя­ зывая зерна песка, образует прочную оболочковую полуформу.

Оболочковые формы изготовляют на многопозици­ онных полуавтоматических и автоматических установ­ ках. В нашей стране машины для изготовления обо­ лочковых форм и стержней моделей 91875, 8Б31 и др. выпускает московский завод литейных машин «Крас­

размером 800X600 мм. Его производительность состав­ ляет 80—100 полуформ в час.

Оболочковые песчано-смоляные формы имеют точ­ ные размеры и малую шероховатость рабочей поверх­ ности. Наряду с высокой прочностью и газопроницае­ мостью они не склонны к впитыванию влаги и осыпа­ емости, а поэтому могут храниться длительное время без ухудшения качества. К их преимуществам следует также отнести отсутствие сопротивления усадке крис­ таллизующегося в форме расплава и легкость разру­ шения после образования отливки.

Широкое применение оболочковых форм сдержи­ вается дефицитностью и высокой стоимостью пульвербакелита.

Оболочковые песчано-смоляные формы успешно применяют при получении отливок массой 0,2—100 кг из любых литейных сплавов. Наиболее широкое рас­ пространение этот способ нашел при получении отли­ вок массой 5—15 кг в условиях крупносерийного и массового производства, и особенно в таких отраслях промышленности, как самолете-, тракторо- и автомоби-

4Î

¿7

фі200

Рис. 15. Литейная форма из крупнооболочковых элементов.

лестроение, где созданы комплексно-механизирован­ ные и автоматизированные цехи.

Учитывая необходимость увеличения выпуска точ­ ных высококачественных отливок, директивами XXIV съезда КПСС предусматривается к 1975 г. уве­ личить в 5 раз производство оборудования для изго­ товления оболочковых песчано-смоляных форм по сравнению с 1965 г.

Наряду с тонкостенными песчано-смоляными фор­ мами при получении массивных отливок применяют крупнооболочковые литейные формы. В СССР

была предложена новая, прогрессивная технология по­ лучения крупных отливок массой до 80 т, при которой литейная форма собирается из крупных оболочек тол­ щиной 50—150 мм. Их формовка производится с по­ мощью пескомета по разборной модельной оснастке из химически твердеющих смесей (СОг-процесс). Повы­ шенная прочность, жесткость и транспортабельность

44

НОВЫЕ

ФОРМОВОЧНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Визводстве, совершившейся благодаря освоению литейщиками жидкого стекла, термореактивних смол

идругих связующих материалов, позволивших разра­выше было сказано о революции литейном про­

ботать составы самотвердеющих смесей и новые конст­ рукции оболочковых форм. Одновременно со связую­ щими в последние 25—30 лет литейщики приняли на вооружение ряд новых формовочных материалов-на­ полнителей, к числу которых в первую очередь следует отнести циркон и графит. Что представляют собой эти материалы? Какова их роль в современном литейном производстве?

Материалы-наполнители — основа смесей, а следо­ вательно, и литейной формы. От их свойств в первую очередь зависит качество получаемых отливок. Вот почему выбору и освоению новых формовочных мате­ риалов-наполнителей литейщики уделяют большое внимание. В литейных цехах в качестве материала-на­ полнителя издавна широко применяется кварцевый песок, с которым читатель имел возможность познако­ миться на пляже. Основой такого песка является минерал кварц, представляющий собой соединение кремния с кислородом (SÌO2), которое называют кремнеземом. Кварц отличается зернистым строением, обладает большой твердостью и довольно высокой огнеупорностью (температура плавления 1710°). Ши­ рокое применение кварцевого песка обусловливается

46

отмеченными выше свойствами кварца, а также его недифицитностью и сравнительно низкой стоимостью.

Впоследние годы в связи с повышением требований

ккачеству отливок, высокими темпами развития тя­ желого машиностроения, предъявляющего повышен­

ный спрос на крупные стальные отливки, а также на литье из легированных (нержавеющих, жароупор­ ных и др.) сталей для производства ответственных де­ талей (лопасти гидротурбин, детали прокатных ста­ нов и т. п.), выявилась недостаточная химическая инертность кварцевого песка. Кроме того, он обладает высоким термическим расширением. При использова­ нии песчано-глинистых формовочных и стержневых смесей указанные недостатки кварцевого песка приво­ дят к. образованию на поверхности стальных отливок трудно удалимого химического пригара, а также к сни­ жению геометрической точности отливок.

Учитывая эти отрицательные свойства кварцевого песка, в сталелитейном производстве, а также при по­ лучении ответственных отливок из специальных спла­ вов кварцевый песок стали заменять цирконовым песком и другими высокоупорными материалами.

Циркон не случайно привлекает внимание литейщи­ ков. Цирконовые пески отличаются своеобразной ок­ раской: в зависимости от месторождения (присутст­ вующих примесей) встречается цирконовый песок светло-коричневого, серого, светло-желтого, зеленого и красно-коричневого цветов. Но главное, конечно, не в окраске. Основой такого песка является минерал цир­

По сравнению с кварцем циркон имеет ряд существен­ ных преимуществ: более высокую огнеупорность (тем­ пература плавления ~2100°), непригораемость и более высокую плотность (4500—4700 кг/м3, а у кварца 2650 кг/м3). Последнее свойство обеспечивает повы­ шенную охлаждающую способность цирконовых пес­ ков, которые могут использоваться в литейной форме в качестве холодильников при получении отливок сложной конфигурации. Втрое меньший, чем у кварца, коэффициент термического расширения циркона при нагреве позволяет получать отливки с более точной гео-

47

метрией. Положительным свойством цирконового пес­ ка также является его мелкозернистость. Она сни­ жает шероховатость поверхности отливок. Высокие противопригарные свойства цирконовых смесей объ­ ясняются инертностью циркона по отношению к окис­ лам железа, а также его несмачиваемостью окислами металлов.

Устойчивостью циркона к выветриванию и истира­ нию объясняют его присутствие в тяжелых остатках различных пород и в прибрежных песках многих стран, особенно Австралии, США (Флорида), Бразилии, Ин­ дии. В нашей стране немало мощных месторождений цирконовых песков. Учитывая, что стоимость цирконового песка в 10 раз выше кварцевого, смеси на цир­ коновой основе оправдывают себя только при получе­ нии массивных стальных и ответственных отливок, ког­ да не удается избавиться от пригара при использова­ нии более дешевых смесей на основе кварца.

Формовочные и стержневые смеси на основе цир­ кона применяют в литейных цехах многих отечествен­ ных предприятий. В качестве примера можно сослаться на московский завод «Серп и молот», где при использовании цирконовых формовочных смесей ус­ пешно отливаются черпаки драг из износостойкой ста­ ли марки Г13Л. Большое число отливок для деталей турбин из высоколегированных жаропрочных и изно­ соустойчивых сталей марок 15Х1М1Ф, ОХ12НД, 1Х18Н9Т и др. получают с использованием формовоч­ ных и стержневых цирконовых смесей на Харьковском турбинном заводе и др.

Производственникам хорошо известны технологиче­ ские преимущества цирконовых песков, к числу кото­ рых относятся большая твердость и высокое сопротив­ ление истиранию, а также их легкая регенерация (пе­ реработка для повторного использования), которая осуществляется путем прокаливания отработанной смеси при температуре 350° в течение нескольких ча­ сов.

В последние годы литейщиками взят курс на освое­ ние редкого металла титана и его сплавов. И это не случайно. Малая плотность (4510 кг/м3, в то время как плотность стали около 7800 кг/м3), высокая удельная прочность (она определяется отношением предела

48

прочности при растяжении оь к плотности у) при обыч­ ных, отрицательных и повышенных температурах, вы­ сокая (1660°) температура плавления, хорошая корро­ зионная стойкость и другие ценные свойства обусло­ вили титану и его сплавам широкое применение в раз­ личных отраслях промышленности.

Однако производство фасонных отливок из тита­ новых сплавов, по существу, только начинает выхо­ дить за рамки опытных работ. Причиной тому — вы­ сокая химическая активность титановых сплавов в жидком состоянии, благодаря чему они взаимодейст­ вуют с кварцем, цирконом и другими материалами, идущими на изготовление литейных форм. А это при­ водит к образованию пригара на поверхности отливок.

Как показали исследования, наиболее инертным по отношению к расплавленному титану и его сплавам материалом является графит. В настоящее время он широко применяется для изготовления литейных форм при производстве фасонных отливок из титановых сплавов. Читатель, хорошо знающий литейное произ­ водство, вправе задать вопрос: о каком графите идет речь? Ведь графит издавна применяется в литейных цехах.

Да, действительно, графит для литейщиков не но­ винка. Но известен графит им не как основной мате­ риал литейных форм, а как противопригарное средст­ во. В настоящее время литейные формы получают пу­ тем механической обработки блоков искусственного графита, из смесей на основе порошкообразного гра­ фита и другими способами. Блочный искусственный графит в виде прямоугольных (размером от 200X Х200Х500 до 380X380X1500 мм), цилиндрических (диаметром 70—500 и длиной до 240 мм) и другого вида заготовок поставляется электродными заводами.

Искусственный графит получают из измельченного нефтяного кокса и каменноугольного пека, который служит связующим материалом. Процесс получения блоков искусственного графита складывается из ряда последовательно осуществляемых операций:

прокаливание измельченных частиц нефтяного кок­ са при температуре 1300—1400° для устранения лету­ чих веществ, что повышает теплопроводность и меха­ ническую прочность графита;

смешивание в определенной пропорции размоло­ тых и сортированных по размеру прокаленных частиц углеродистых материалов с каменноугольным пеком в механических мешалках, которые предварительно по­ догревают, чтобы процесс происходил при определен­ ной температуре;

прессование охлажденной смеси на специальных прессах в фасонных матрицах или ее выдавливание через отверстие соответствующего диаметра цилиндри­

брусков, круглых стержней или труб; обжиг прессованных полуфабрикатов с целью об­

разования коксовой атомной решетки, которая прочно цементирует зерна исходных материалов. При этом они приобретают совершенство формы, высокие пока­ затели механической прочности, теплопроводности и термической стойкости. Температура обжига состав­ ляет 1300°, а его длительность — 4—7 недель. Полу­ ченный продукт называют аморфным углеродистым материалом, так как его структура отличается неупо­ рядоченностью атомных цепочек углерода.

'Заключительной операцией является графитация углеродистых заготовок при температуре 2500—2700° для превращения аморфного угля в графит. Графита­ ция производится в электрических печах, где сопро­ тивлениями являются сами графитирующиеся заго­ товки, пересыпанные контактным материалом (антра­ цит, кокс и др.). Длительность процесса получения графитированных заготовок в общей сложности составляет более двух месяцев.

При графитировании углеродистых нефтяных заго­ товок происходит процесс укрупнения кристаллов уг­ лерода с одновременным упорядочением расположе­ ния его атомных цепочек, в результате чего аморфный углерод превращается в графит, атомная решетка ко­ торого ничем не отличается от атомной кристалличе­ ской решетки природного графита. Кристаллы графи­ та имеют своеобразное слоистое строение: атомы каж­ дого слоя расположены в углах правильных шести­ угольников так, что каждый из них имеет трех соседей на расстоянии 1,42 ангстрема, вследствие чего между ними действуют значительно более слабые связи. Эти

50