Характеристика литейного производства

 Высокая  температура заливки (1550—1650 °С) требует  применения формовочных и стержневых  смесей с высокой огнеупорностью.  Литниковые системы для мелких и средних отливок выполняют по разъему или сверху, а для массивных — снизу (сифоном). В связи с низкой жидкотекучестью сталей площадь сечения питателей литниковой системы в 1,5—2 раза больше, чем при литье серого чугуна. Для получения высоких механических и эксплуатационных характеристик стальные отливки подвергают отжигу, нормализации и другим видам термической обработки.

  Стальные  отливки из углеродистых сталей  используют в металлургии, станкостроении, автотракторной промышленности, трансфертном машиностроении и других отраслях. Из них изготовляют станины и валки прокатных станов, цилиндры, зубчатые колеса и т. д.

 

Рис. 14. Литейная форма для зубчатого колеса из стали:

1 – нижняя полуформа; 2 – верхняя полуформа; 3 – закрытые прибыли; 4 – утепляющие вставки; 5 – литниковая система; 6 – стержни

 

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ сплавов

Для изготовления отливок используют алюминиевые сплавы АЛ1—АЛ15 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным алюминиевым сплавам, цифры — порядковый номер сплава.

Алюминиевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—340 МПа), относительное удлинение (1,5—12 %) и твердость (НВ 50—90). Кроме того, сплавы АЛ1, АЛ21 и другие имеют высокую теплопрочность, сплавы АЛ8, АЛ13 и другие повышенную коррозионную стойкость в морской воде и хорошо работают при вибрационных нагрузках. Все алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются  резанием.

Силумины (сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9) имеют высокую жидкотекучесть, малую усадку (0,8—1,1 %), не склонны к образованию горячих и холодных трещин, потому что они по химическому составу близки к эвтектическим сплавам (интервал кристаллизации 10— 30 °С).                                                    

В качестве шихтовых материалов используют технически чистый алюминий, силумины, отходы собственного производства, лигатуры и другие добавки. Для удаления водорода и неметаллических включений алюминиевые сплавы рафинируют, как правило, гексахлорэтаном, который при температуре 740—750 °С вводят в расплав в количестве 0,3—0,4 % массы расплава.

 

Рис. 15. Устройство камерной поворотной электрической печи сопротивления:

1 – электронагревательные элементы; 2 – металлосборник; 3 – загрузочные  окна; 4 – механизм наклона печи  для слива металла

 

 

Отливки из алюминиевых сплавов широко используют в авиационной и ракетной технике, автомобильной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической промышленности. Из алюминиевых сплавов изготовляют блоки двигателей внутреннего сгорания, головки блоков, корпуса насосов, судовые винты авиационные детали, детали электро- и радиоаппаратов.

     

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

     Для изготовления  отливок используют магниевые  сплавы которые обозначают МЛ 1—МЛ19. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным магниевым сплавам, цифры — порядковвый номер сплава.

Магниевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—350 МПа), относительное удлинение (3—9 %) и твердости (НВ 30—70). Магниевые сплавы хорошо работают при динамических нагрузках, имеют удовлетворительную коррозионную стойкость способны работать с высокими нагрузками при температурах 200 - 300 °С, хорошо обрабатываются резанием. Механические свойства магниевых сплавов значительно повышаются после упрочняющей термической обработки.

Магниевые сплавы имеют низкие литейные свойства (пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку, склонны к образованию трещин) главным образом из-за большого интервала кристаллизации. Кроме того, магниевые сплавы хорошо растворяют водород (до 24 см3/100 г металла), что затрудняет получение отливок без газовой пористости. Эти сплавы склонны к самовозгоранию при плавке и заливке форм.

Магниевые сплавы плавят в тигельных электрических печах сопротивления (рис. 16, а) и индукционных печах промышленной частоты (рис. 16, б) и др. Для плавки используют стальные тигли.

   В  качестве шихтовых материалов  применяют чушковый магнит  и  алюминий, отходы собственного производства, лигатуры, флюсы и др.

Отливки из магниевых сплавов изготовляют преимущественно литьем в песчаные формы и, кроме того, в кокиль, литьем под давлением и другими способами.

Магниевые сплавы, так же как и алюминиевые, при заливке могут окисляться и интенсивно захватывать оксиды. Поэтому для обеспечения плавного поступления металла в полость формы используют расширяющиеся литниковые системы с нижним или вертикальнощелевым подводом металла. Для задержания шлака применяют металлические фильтровальные сетки.

  Для  предотвращения загорания магниевого  сплава в литейной форме в состав формовочных смесей вводят защитные присадки. Чтобы предотвратить загорание магния при заливке форм, струю расплавленного металла припыливают порошком серы. Образующийся при ее горении сернистый газ предотвращает загорание.

Отливки из магниевых сплавов широко используют в автомобильной промышленности, текстильном машиностроении, приборостроении, авиационной и ракетной технике и др. Из этих сплавов изготовляют корпуса насосов, детали арматуры, бензомасляную аппаратуру, корпуса приборов и инструментов, корпуса тормозных барабанов, и колес и т.п.

 

Рис. 16. Устройства электрических печей сопротивления (а) и индукционной промышленной частоты (б) для плавки магниевых сплавов:

1 – кожух; 2 – огнеупорная кладка; 3 – нагреватель; 4 – труба для  аварийного выпуска металла;

5 – тигель; 6 – крышка; 7 – поворотный  механизм; 8 – индуктор; 9 – магнитопровод; 10 – тепловая изоляция.

 

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Для изготовления отливок используют медные сплавы, которые делят на бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзы обозначают, например, Бр05Ц5С5, БрА9ЖЗЛ, где первые две буквы означают принадлежность данного сплава к бронзам, остальные буквы показывают, какие элементы входят в состав бронзы (олово, цинк, свинец, алюминий, железо), а цифры, состоящие после букв — процентное содержание элементов в данном сплаве. Буква «Л» показывает, что эта бронза литейная.

Латуни обозначают, например, ЛЦ40МцЗА, ЛЦ23А6ЖЗМц2, где буква «Л» показывает принадлежность данного сплава к латуням, остальные буквы означают элементы, входящие в состав латуни (цинк, алюминий, железо, марганец), а цифры — их процентное содержание.

Медные сплавы (бронзы и латуни) имеют высокие временное сопротивление (196—705 МПа), относительное удлинение (3—20 %), коррозионные и антифрикционные свойства. Многие медные сплавы хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации.

Оловянные бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, достаточно высокую усадку (1,4—1,6 %). Эти бронзы затвердевают в большой интервале кристаллизации (150—200 °С), что обусловливает образование в отливках рассеянной пористости. Безоловянные бронзы обладают высокой жидкотекучестью и усадкой (1 6—2,4 %), затвердевают в малом интервале кристаллизации, что приводит к образованию в отливках сосредоточенных усадочных раковин.

Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть, высокую усадку (1,6 - 2,2 %), затвердевают в интервале кристаллизации 30—70 °С, что обусловливает образование усадочных раковин и пористости. Все медные сплавы склонны к образованию трещин.

В качестве шихтовых материалов применяют чистую медь, отходи собственного производства, цинколово, свинец, железо, никеле и другие материалы.

При плавке на воздухе медь окисляется с образованием оксида меди. Для предохранения от окисления и поглощения водорода плавку ведут под слоем древесного угля. Нагретый до температуры 1200 °С расплав раскисляют фосфористой бронзой, затем вводят лигатуры или чистые металлы для получения требуемого химического состава. При необходимости расплав вторично расплавляют фосфористой бронзой.

   Отливки  из медных сплавов преимущественно (80 %) изготовляют литьем в песчаные  формы и в оболочковые. Остальное  количество отливок — литьем  в кокиль, под давлением, центробежным  литьем и др.

  Из оловянных  бронз изготовляют арматуру, шестерни, подшипники, втулки и др. Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных. Их применяют для изготовления гребных винтов крупяных судов, тяжелонагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов, арматуру для морской воды, детали химической и пищевой промышленности.

   Латуни  используют для изготовления  различной арматуры для морского  судостроения, работающей при температуре 300 °С, втулки и сепараторы подшипников, нажимные винты и гайки прокатных  станов, червячные винты и другие  детали.

 

 

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СПЛАВОВ

Тугоплавкие металлы (титан, ванадий, хром и др.) имеют высокую химическую активность в расплавленном состоянии. Они активно взаимодействуют с кислородом, азотом, водородом и углеродом. Поэтому плавку этих металлов и их сплавов ведут в вакууме или в среде защитных газов. Для изготовления отливок наибольшее распространение получили титановые сплавы.

Основной способ производства титановых отливок — литье в графитовые формы, литье в оболочковые формы, изготовленные  из нейтральных оксидов магния, циркония или из графитового порошка, в качестве связующего используют фенолформальдегидные смолы. При изготовлении мелких сложных тонкостенных отливок применяют формы,   полученные  по   выплавляемым моделям.

Для плавки титановых сплавов широко используют специальные вакуумные дуговые печи с расходуемым электродом (рис. 17). Перед плавкой в электроде-держателе 2 печи устанавливают электрод 9, а перед сливным носком тигля 4 укрепляют литейную форму 7, После этого кожух 5 печи герметизируют и вакуумируют. Через токоподвод 1 на электрод подают напряжение, и между ними и тиглем загорается электрическая дуга. По мере наполнения тигля жидким металлом плавильную печь поворотным механизмом 6 поворачивают на 90°. Титановый сплав при этом переливается в литейную форму 7. После затвердевания отливки форму удаляют. и цикл повторяется.

Отливки из титановых сплавов применяют в судостроении (гребные винты, насосы), в турбиностроении (лопатки турбин, диски), в авиации (диски и лопатки компрессоров), в электронной и вакуумной технике и других отраслях.

Рис. 17. Поворотная дуговая печь с расходуемым электордом

VI. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ В ЛИТЕЙНОМ  ПРОИЗВОДСТВЕ

ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Основные задачи технического контроля: выявление причин отклонения качества отливок от заданного и нарушений технологического процесса, разработка мероприятий по повышению качества продукции; установление соответствия режимов и последовательности выполнения технологических операций, предусмотренных технической документацией; установление соответствия качества материалов, требуемых для производства отливок и т. д.

Контроль отливок прежде всего осуществляют визуально для выявления брака или отливок, подлежащих исправлению. Правильность конфигурации и размеров проверяют разметкой, плотность металла отливки — гидравлическими испытаниями под давлением воды до 200 МПа. Внутренние дефекты выявляют в специализированных лабораториях. Технический контроль возложен на отдел технического контроля завода.

Тщательному контролю подвергают литейную оснастку (модели, модельные

плиты и др.) и весь технологический процесс на всех этапах производства отливок (контроль свойств формовочных и стержневых смесей, уплотнения в форме, качества стержней и правильности их установки, химического состава и технологических свойств сплава, температуры заливки и т. д.).

ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК И ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Дефекты отливок по внешним признакам подразделяют на наружные (песчаные раковины, перекос, недолив и др.); внутренние (усадочные и газовые раковины, трещины горячие и холодные и др.).

   Песчаные раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки, которые возникают из-за низкой прочности формы и стержней, слабого уплотнения формы, недостаточного крепления выступающих частей формы и прочих причин.

Перекос—смещение одной части отливки относительно другой, возникающий в результате небрежной сборки формы, износа центрирующих штырей, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике, неправильной

•установки стержня в форму и других причин.

Недолив — некоторые части отливки остаются незаполненными в связи с низкой температурой заливки, недостаточной жидкотекучестью, недостаточным сечением элементов литниковой системы, неправильной конструкцией отливки (например, малая толщина стенки отливки) и др.

Усадочные раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки с шероховатой поверхностью и грубокристаллическим строением. Эти дефекты возникают при недостаточном питании массивных узлов, нетехнологичной конструкции отливки, неправильной установке прибылей, заливке перегретым металлом.

Газовые раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки с чистой и гладкой поверхностью, которые возникают из-за недостаточной газопроницаемости формы и стержней, повышенной влажности формовочных смесей и стержней, насыщенности расплавленного металла газами и др.

  Трещины горячие и холодные — разрывы в теле отливки, возникающие при заливке чрезмерно перегретым металлом, из-за неправильной конструкции литниковой системы и прибылей, неправильной конструкции отливки, повышенной неравномерной усадки, низкой податливости форм и стержней и др.

МЕТОДЫ ДЕФЕКТОСКОПИИ ОТЛИВОК

Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром непосредственно после извлечения отливок из формы или после их очистки.

 Внутренние  дефекты отливок выявляются радиографическими  или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

   При использовании радиографических  методов (рентгеноскопии, гамма-дефектоскопии) на отливки воздействуют рентгеновским  или гамма-излучением. С помощью этих методов выявляют наличие дефекта, размеры и глубину его залегания.