• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Типи ливарних усадок

Усадка – властивість металів і сплавів зменшувати об’єм при твердінні і охолодженні.

Розрізняють лінійну і об’ємну усадку.

Лінійна усадка:

,

де l_ф – лінійний розмір форми,

l_відл – лінійний розмір відливки при 20^оС.

Об’ємна усадка:

,

де V_ф – об’єм форми,

V_відл – об’єм відливки при 20^оС.

Процес усадки можна розділити на 3 стадії:

1) усадка сплаву в рідкому стані;

2) усадка при твердінні (між лініями ліквідус і солідус);

3) усадка в твердому стані.

Рисунок 23. Зміна лінійних розмірів чавунної відливки в часі.

Лінійна усадка чавуну відбувається в декілька етапів:

1) відбувається графітизація чавуну, яка супроводжується збільшенням об’єму (відрізок а на рис.23), це явище називається передусадочне розширення; воно тим більше, чим більше утворюється графіту, сприяє зменшенню усадки;

2) до точки А – доперлітна усадка;

3) нижче точки А – післяперлітна усадка (точка А – утворення в чавуні перліту).

Дійсна усадка – це повна усадка мінус а: ε_д = ε_п – а.

Лінійна усадка залежить від хімічного складу чавуну, швидкості охолодження, конфігурації відливки, товщини стінок, опору стержня і форми.

Вуглець і кремній сприяють графітизації, отже зменшують усадку.

В товстих частинах відливки усадка менше, ніж в тонких.

При гальмуванні усадки (механічний і термічний опір усадці) усадка зменшується.

Із збільшенням швидкості охолодження відливки усадка збільшується.

Для визначення лінійної усадки застосовують спеціальні прилади (рис.24).

Рисунок 24. Прилад для вимірювання лінійної усадки:

1 - індикатор годинникового типу, 2 - наконечник вимірювального стержня індикатора, 3 - основа, 4 - упор, 5 - зразок металу, 6 - бокова стінка.

Усадочні дефекти у відливках

Усадка викликає утворення у відливках усадочних раковин, пористості, тріщин і короблення.

Усадочні раковини – порожнини, які виникають внаслідок усадки. Вони утворюються у потовщених місцях відливки, які твердіють останніми. Тонкі частини після твердіння – щільні, тому що живляться металом з більш товстих частин.

Рисунок 25. Схема утворення усадочної раковини (а - г) і схема виводу усадочної раковини в додаток (д).

Тонкі частини можуть частково твердіти і давати усадку вже при заливці (рис.25,а). Потім утворюється тонка кірочка металу (рис.25,б). Далі відбувається усадка рідкого металу всередині твердої кірочки при охолодженні то температури ліквідус, сплав відокремлюється від верхньої кірки і опускається (рис.25,в). Відбувається кристалізація металу, метал зменшується в об’ємі і утворюється раковина (рис.25,г). При охолодженні відливки від температури солідус до кінцевої температури скорочуються розміри відливки і розміри раковини.

Усадочні раковини мають форму неправильної воронки з нерівною поверхнею.

Об’єм усадочної раковини збільшується з підвищенням температури заливки; вуглець, кремній зменшують усадочні раковини, марганець, хром, сірка – збільшують; фосфор сприяє розвиненню пористості; чим податливіше форма і стержень, тим більше усадка.

Рисунок 26. Усадочні раковини у відливці.

Усадочна пористість – скупчення дрібних порожнин неправильної форми, що утворилися в результаті об’ємної усадки при відсутності доступу рідкого металу.

Розрізняють розсіяну, осьову і місцеву пористість (за характером розташування пор).

У відливках з чистих металів, евтектичних сплавів та сплавів з вузьким інтервалом кристалізації утворюється концентрована усадочна раковина, а сплави з широким інтервалом кристалізації схильні до усадочної пористості.

Для усунення усадочних раковин і пористості у відливці необхідно створювати направлене твердіння: найбільш віддалені від джерела живлення розплавом ділянки відливки повинні твердіти в першу чергу, потім – менш віддалені ділянки і в останню чергу – додаток (резервуар із запасом рідкого сплаву для живлення відливки, встановлюють в наймасивніших частинах відливки). В таких умовах усадочна раковина утворюється тільки в додатку, який відокремлюють від відливки. Керують швидкістю твердіння, використовуючи також холодильники – масивні металічні елементи з підвищеною теплоємкістю і теплопровідністю, їх встановлюють в масивних частинах відливки для вирівнювання швидкості твердіння масивних і тонких частин.

Застосовують також спеціальні напуски на відливках, які потовщують стінки відливки в напрямку до додатку, екзотермічні суміші, обігрів електродугою тощо.

Ліквація у відливках

Ліквація – неоднорідність хімічного складу сплаву в різних частинах відливки; виникає в процесі твердіння відливки.

Причина ліквації – різна розчинність компонентів сплаву в твердій і рідкій фазі.

Розрізняють дендритну і зональну ліквацію.

Дендритна ліквація – хімічна неоднорідність всередині окремих дендритів. Перші осі дендритів містять менше домішок, ніж вихідний сплав, подальші – більше домішок. В результаті кристал має змінний склад по перерізу, який не встигає вирівнятись шляхом дифузії. Цей вид ліквації тим сильніше, чим більше інтервал кристалізації сплаву і чим більше швидкість охолодження (менше дифузія).

Зональна ліквація – хімічна неоднорідність сплаву в різних частинах відливки.

Її причини:

- більш тонкі частини відливок і зовнішні шари твердіють раніше і містять менше домішок, рідкий розчин збагачується домішками, частини відливки, що тверднуть в останню чергу, містять більше домішок;

- утворення сполук, що мають питому вагу, відмінну від решти металу; відбувається їх спливання або опускання на дно форми.

Зональна ліквація тим сильніше, чим повільніше охолодження і чим масивніше частина відливки. Сильніше за все в чавунах ліквірують сірка, фосфор і вуглець. Сірка ліквірує внаслідок спливання у верхню частину відливки сульфіда MnS, який утворюється. Ліквація фосфору проявляється у витисканні на поверхню відливки крапель фосфідної евтектики. Ліквація вуглецю відбувається внаслідок спливання первинного графіту в заевтектичних чавунах.

Дендритну ліквацію можна усунути відпалом.

Для зменшення зональної ліквації забезпечують рівномірне твердіння відливок, застосовують розосереджене підведення металу у форму, збільшують швидкість охолодження відливки, заливку ведуть з мінімальним перегрівом.

Контрольні питання:

1. Що таке усадка металу та які її види?
2. Від чого залежить величина усадки чавунних відливок?
3. **Чому усадка чавуну менше, ніж усадка сталі?
4. Що таке усадочні раковини і усадочна пористість?
5. **Які сплави більш схильні до утворення усадочних раковин, а які – до утворення усадочної пористості?
6. *Які способи усунення усадочних дефектів у відливках?
7. Що таке ліквація та які її види у відливках?
8. *Як можна усунути дендритну ліквацію?
9. *Які причини зональної ліквації у відливках?
10. *Як можна зменшити зональну ліквацію у відливках?
11. **Знати методику визначення лінійної усадки сплавів.

Література: 1, с.189-196, 3, с.646-657.

Тема 6.3 Взаємодія розплаву з ливарною формою

1. Гази у відливках.

2. Теплова взаємодія металу і форми, пригар на відливках.

Гази у відливках

Гази у відливках бувають у вигляді розчинів і хімічних сполук. Гази, розчинені у металі, погіршують пластичність металу, при виділенні з розчину викликають утворення газових раковин і пористості у відливках. Гази у вигляді хімічних сполук знижують механічні властивості відливок.

Газові раковини – порожнини в тілі відливки з гладкою блискучою або окисленою поверхнею (рис.27). Відливки з газовими раковинами бракують. Доля браку по газовим включенням в загальному браку відливок складає:

- чавунне литво – 50%;

- стальне литво – 35%;

- кольорове литво – 40%.

Рисунок 27. Закриті газові раковини у відливці.

Джерела появи газових включень у відливках:

- гази, розчинені в рідкому металі в процесі його плавки;

- гази, що утворюються при хімічних реакціях;

- гази, що потрапляють при заливці форми в результаті захоплення металом (інжекції);

- гази, що проникають з форми в метал.

Газонасичення металу в процесі плавки було розглянуто раніше.

Найбільшу розчинність в чорних сплавах мають водень, азот, кисень. Водень в розчині знаходиться в іонному стані, кисень – у вигляді оксидів FeO, MnO, Al₂O₃ тощо, азот – у вигляді нітридів заліза, кремнію, титану та ін.

Розчинність газів різко зменшується із зниженням температури, тому при твердінні сплавів з них можуть виділятися гази. Найбільш схильний до утворення бульбашок водень.

Хімічні реакції, в результаті яких утворюються гази (в основному при стальному і кольоровому литві):

- в сталі – FeO + C = Fe + CO («кипіння сталі»); якщо реакція продовжується після заливки у форму, то бульбашки СО залишаються у відливці, утворюючи раковини;

- в мідних сплавах - СuO + C = Cu + CO (відновлення оксиду міді вуглецем з покриття форм);

- в залізовуглецевих сплавах – Fe + H₂O = FeO + H₂ (волога випаровується з форми при її нагріві).

Інжекція повітря відбувається під час руху розплаву через ливникову систему. Захоплення повітря може відбуватися в ливниковій чаші, потім повітря може потрапити в стояк, інші канали і у відливку. Конструкція чаші повинна забезпечувати відокремлення бульбашок повітря, рівень розплаву у чаші повинен бути максимальним. Ливникова система повинна бути заповнена розплавом, тиск в ній повинен бути позитивним і більшим, ніж тиск газів в її каналах.

Джерела газів, що виділяються в ливарній формі:

- повітря, яке заповнює пори форми і розширюється при нагріві;

- волога формувальної суміші, яка випаровується при заливці;

- органічні домішки в суміші (випадкові або спеціальні добавки);

- повітря, яке витісняється струменем металу при заливці;

- хімічні реакції на поверхні розділу метал-форма.

Заходи для попередження появи газових раковин і пористості у відливках:

1) захист від газонасичення в процесі плавки металу (розглянуто раніше);

2) позапічна обробка сплаву – вакуумування у ковші, обробка ультразвуком, продувка газами;

3) покращення якості форми – збільшення газопроникності форми і стержня, зниження вологості і газотвірності сумішей, підсушування форм, правильна набивка форм, застосування газовідвідних каналів і випорів.

Теплова взаємодія металу і форми, пригар на відливках

Внаслідок теплової дії металу на форму (в період заливки, твердіння і охолодження) утворюється пригар – міцне з’єднання суміші і поверхні відливки. Він важко відокремлюється від поверхні відливки, ускладнює процес очистки, погіршує зовнішній вигляд відливки, знижує стійкість різального інструменту, приводить до зниження точності розмірів і збільшення припусків на механічну обробку.

Види пригару:

1) механічний;

2) хімічний;

3) термічний.

Механічний пригар виникає в результаті проникнення металу між піщинками форми або стержня під дією натиску рідкого металу і капілярних сил.

Глибина проникнення – до 50мм.

Такий пригар дуже важко видалити, тому що він складається із суміші, просоченої металом. Звичайними різцями його видалити не вдається.

Утворення механічного пригару залежить від зернистості піску, властивостей металу, його перегріву, властивостей форми.

Хімічний пригар виникає в результаті взаємодії матеріалу форми з компонентами сплаву на поверхні відливки (рис.28).

При заливці форми утворюються оксиди FeO, MnO, вони з’єднуються з SiO₂ форми, утворюючи силікат заліза 2FeO^.SiO₂ (фаяліт), силікат марганцю MnO^.SiO₂. Силікати обволікають зерна піску, проникаючи вглиб форми, утворюючи шар пригару.

Посилює хімічний пригар наявність в суміші оксидів лужних і лужноземельних металів.

Термічний пригар виникає внаслідок низької вогнетривкості формувальних матеріалів. Відбувається розплавлення або ошлаковування формувального матеріалу при контакті з рідким металом і приварювання його до відливки. Для боротьби з термічним пригаром треба вибирати піски і глини потрібної вогнетривкості, застосовувати мінімальну кількість глини.

Рисунок 28. Механізм утворення хімічного пригару на відливці: 1 - поверхня відливки, 2 – шар оксидів і силікатів, 3 – зерна кварцу, 4 – плівка кріпильника.

Заходи для усунення пригару:

1) зниження температури заливки;

2) вибір суміші потрібної зернистості і ущільнення робочої поверхні форми;

3) припилювання поверхні форми по-сирому кам’яновугільним пилом (при литві чавуну);

4) фарбування сухих форм захисними протипригарними покриттями;

5) зменшення пор суміші введенням дрібнозернистого або меленого кварцу;

6) добавка хромистого залізняку в облицювальні суміші для стальних відливок.

Контрольні питання:

1. Які види дефектів у відливках можуть викликати гази?

2. Які джерела газових включень у відливках?

3. *Які заходи для попередження появи газових дефектів у відливках?

4. Джерела забруднення відливки газовими включеннями з ливарної форми.

5. Що таке пригар, в чому полягає його негативна дія на процес виготовлення відливки та які його види?

6. Механізм виникнення механічного пригару, від чого залежить його утворення?

7. Механізм виникнення хімічного пригару.

8. Механізм виникнення термічного пригару.

9. *Які заходи для усунення пригару?

10. **Вміти вибирати способи попередження газових дефектів та пригару у відливках залежно від конкретних умов виробництва.

Література: 1, с.196-203, 3, с.657-661.

РОЗДІЛ 7

Виробництво відливок з чавуну

Тема 7.2 Шихтові матеріали

1. Металічна частина шихти.

2. Феросплави і модифікатори.

3. Розрахунок шихти методом підбору.

Металічна частина шихти

Металічна частина шихти складається з доменних чушкових чавунів, чавунного і стального брухту, звороту власного виробництва і феросплавів.

Доменні чавуни бувають ливарні і переробні.

Ливарні чавуни – загального призначення і спеціальні.

Марки ливарних чавунів загального призначення (ГОСТ 4832): Л1 – Л6, ЛР1 – ЛР7. за вмістом марганцю марки ділять на групи, фосфору – на класи, сірки – на категорії.

Спеціальні ливарні чавуни призначені для відливок з ковкого чавуну, валків прокатних станів та ін. Марки: КК, КД1, КД2; ВК1, ВК2, ВД1, ВД2 та ін.

Природно-леговані чавуни – хромонікелеві, титанові, титаномідисті та ін.

Переробні чавуни (ГОСТ 805): П1, П2; ПЛ1, ПЛ2; ПФ1 – ПФ3; ПВК1 – ПВК3.

Вторинні метали в складі шихти – чавунний і стальний брухт, зворот власного виробництва – ливники, додатки, скрап, брак.

Феросплави і модифікатори

Феросплави застосовують в якості модифікаторів, розкислювачів та для підшихтовки при плавці чавуну.

За способом виробництва феросплави бувають доменні та електротермічні.

Найчастіше застосовують феросиліцій, феромарганець, силікокальцій, ферохром, феротитан.

Марки феросиліцію (ГОСТ 1415-93):

ФС90, ФС75, ФС70, ФС65, ФС50, ФС45, ФС25, ФС20.

Число – середній вміст кремнію у %.

Марки феромарганцю (ГОСТ 4755-91):

низьковуглецевий ФМн90 (%С≤0,5),

середньовуглецевий ФМн88 (%С≤2,0),

високовуглецевий ФМн78, ФМн70 (%С≤7,0).

Число – середній вміст марганцю у %.

Марки силікокальцію (ГОСТ 4762):

СК10, СК15, СК20, СК25, СК30.

Число - середній вміст кальцію у %. Силікокальцій застосовують при модифікуванні сірих чавунів.

Ферохром, феротитан, феровольфрам, феромолібден застосовують в якості легуючих добавок.

Ферофосфор застосовують при виплавці чавуну з високим вмістом фосфору (художнє литво, посуд).

Лігатура ЖКМ (61% Si, 30% Fe, 5% Mg + Al, Ca, P) – для модифікування чавуну магнієм.

Лігатура ФЦМ-5 (40-50% Се, до 1% Fe, 3,6-7,5% Mg) - для модифікування чавуну церієм і магнієм.

Основне паливо для плавки чавуну у вагранці:

- кокс;

- природний газ.

Флюси для ваграночної плавки:

- вапняк (СаСО₃);

- основний мартенівський шлак (SiO₂, CaO, MgO, CaS) – додають в шихту замість вапняку (1% мартенівського шлаку замінює 0,5% вапняку);

- плавиковий шпат (CaF₂) – додають не більше 2% маси паливної колоші.

Флюси вводять в кількості 3% маси металічної завалки.

Витрати палива – 9-16% маси металічної завалки в залежності від способу плавки у вагранці.

Розрахунок шихти методом підбору

Шихту розраховують 3-ма методами: підбором, аналітичним і графічним. Аналітичний метод було розглянуто раніше.

Метод підбору – найпростіший і найпоширеніший метод. Його застосовують, коли компоненти шихти не змінюються (тих самих марок).

Виконується наступним чином. Призначають компоненти і кількість їх в шихті на основі практики застосування подібних шихт. Далі перевіряють вміст кремнію, марганцю та ін. в шихті і рідкому металі, враховуючи вигар елементів при плавці. Якщо за підсумками розрахунку хімічний склад сильно відрізняється від заданого, то вибирають інші сорти металу або їх співвідношення. Якщо склад близький до заданого, то для доведення до потрібного складу розраховують кількість феросплавів для підшихтовки.

Читайте також:

1. Виготовлення ливарних форм
2. Розділ 2. Обладнання для виготовлення ливарних форм і стрижнів

Переглядів: 2799