Плавильные агрегаты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция № 16. Плавильные агрегаты и плавка литейных агрегатов

Лекция № 16. Плавильные агрегаты и плавка литейных агрегатов.

1. Литейные сплавы и их свойства

2. Плавильные агрегаты

3. Электродуговые печи

1. Литейные сплавы

Требования к материалам, используемым для получения отливок:

Состав материалов должен обеспечивать получение в отливке заданных физико-механических и физико-химических свойств; свойства и структура должны быть стабильными в течение всего срока эксплуатации отливки.

Материалы должны обладать хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, низкой склонностью к образованию трещин и поглощению газов, герметичностью), хорошо свариваться, легко обрабатываться режущим инструментом. Они не должны быть токсичными и вредными для производства. Необходимо, чтобы они обеспечивали технологичность в условиях производства и были экономичными.

1. Чугун является наиболее распространенным материалом для получения фасонных отливок. Чугунные отливки составляют около 80 % всех отливок.

Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и относительной дешевизне. Из серого чугуна получают самые дешевые отливки (в 1,5 раза дешевле, чем стальные, в несколько раз - чем из цветных металлов). Область применения чугунов расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических характеристик. Используют серые, высокопрочные, ковкие и легированные чугуны.

2. Сталь как литейный материал применяют для получения отливок деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими пластическими свойствами. Чем ответственнее машина, тем более значительна доля стальных отливок, идущих на ее изготовление. Стальное литье составляет: в тепловозах - 40…50 % от массы машины; в энергетическом и тяжелом машиностроении (колеса гидравлических турбин с массой 85 тонн, иногда несколько сотен тонн) - до 60 %.

Стальные отливки после соответствующей термической обработки не уступают по механическим свойствам поковкам.

Используются: углеродистые стали 15Л…55Л; легированные стали 25ГСЛ, 30ХГСЛ, 110Г13Л; нержавеющие стали 10Х13Л, 12Х18Н9ТЛ и др.

Среди литейных материалов из сплавов цветных металлов широкое применение нашли медные и алюминиевые сплавы.

1. Медные сплавы - бронзы и латуни.

Латуни - наиболее распространенные медные сплавы. Для изготовления различной аппаратуры для морских судостроения, работающей при температуре 300 ?С, втулок и сепараторов подшипников, нажимных винтов и гаек прокатных станов, червячных винтов применяют сложнолегированные латуни. Обладают хорошей износостойкостью, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью.

Из оловянных бронз (БрО3Ц7С5Н1) изготавливают арматуру, шестерни, подшипники, втулки.

Безоловянные бронзы по некоторым свойствам превосходят оловянные. Они обладают более высокими механическими свойствами, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью. Однако литейные свойства их хуже. Применяют для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжело нагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов, деталей химической и пищевой промышленности.

2. Алюминиевые сплавы.

Отливки из алюминиевых сплавов составляют около 70 % цветного литья. Они обладают высокой удельной прочностью, высокими литейными свойствами, коррозионной стойкостью в атмосферных условиях.

Наиболее высокими литейными свойствами обладают сплавы системы алюминий - кремний (Al-Si) - силумины АЛ2, АЛ9. Они широко применяются в машиностроении, автомобильной и авиационной промышленности, электротехнической промышленности.

Также используются сплавы систем: алюминий - медь, алюминий - медь - кремний, алюминий - магний.

3. Магниевые сплавы обладают высокими механическими свойствами, но их литейный свойства невысоки. Сплавы системы магний - алюминий - цинк - марганец применяют в приборостроении, в авиационной промышленности, в текстильном машиностроении.

Литейные свойства сплавов

 Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов, которые проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. К основным литейным свойствам сплавов относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение, ликвацию.

Жидкотекучесть - способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки.

При высокой жидкотекучести сплавы заполняют все элементы литейной формы.

Жидкотекучесть зависит от многих факторов: от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, затвердевающие в интервале температур (твердые растворы). Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается. С повышением температуры заливки расплавленного металла и формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так , песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму. Наличие неметаллических включений снижает жидкотекучесть. Так же влияет химический состав сплава (с увеличением содержания серы, кислорода, хрома жидкотекучесть снижается; с увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается).

Усадка - свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки.

Различают объемную и линейную усадку.

В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки.

Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли - дополнительные резервуары с расплавленным металлом, а также наружные или внутренние холодильники.

Линейная усадка определяет размерную точность полученных отливок, поэтому она учитывается при разработке технологии литья и изготовления модельной оснастки.

Линейная усадка составляет: для серого чугуна - 0,8…1,3 %; для углеродистых сталей - 2…2,4 %; для алюминиевых сплавов - 0,9…1,45 %; для медных сплавов - 1,4…2,3 %.

Газопоглощение - способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы.

Ликвация - неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвация образуется в процессе затвердевания отливки, из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его твердой и жидкой фазах. В сталях и чугунах заметно ликвируют сера, фосфор и углерод.

Различают ликвацию зональную, когда различные части отливки имеют различный химический состав, и дендритную, Когда химическая неоднородность наблюдается в каждом зерне.

2) 1)В промышленности и для изделий широкого потребления больше всего применяется литье из серого чугуна, для получения которого требуется доменный (чушковый) серый чугун. Однако последний не всегда может обеспечить нужный для литья химический состав. Поэтому для получения ответственного литья нужного химического состава используется шихта, состоящая из доменного серого чугуна, чугунного или стального лома и отходов литейного производства (литники, брак и т. п.).

Механическая прочность серого чугуна, применяемого для литья, зависит от его структуры. По структуре различают ферритный, перлито-ферритный и перлитный чугун. Широко применяется перлито-ферритный чугун, для получения ответственных литых деталей машин и станков -- перлитный, а для производства неответственных отливок -- ферритный чугун. Отливки из серого чугуна маркируются в зависимости от их прочности.

Для получения ответственных деталей машин применяются высокопрочные и легированные чугуны

2) Более высокие механические свойства имеют отливки из ковкого чугуна. Ковкий чугун применяется также для получения отливок, имеющих сложные очертания и тонкие стенки. Ковкий чугун получается путем отжига отливок из белого чугуна

3) В отдельных случаях требуется, чтобы полученная отливка была достаточно вязкой, а поверхность ее -- твердой. Для этого залитый в форму литейный материал должен получился на определенную глубину отбеленным.

сплав плавка литье отливка

2.Плавильные агрегаты для переплавки чугуна

1) Для заливки форм литейный чугун должен быть в жидком состоянии. Переплавка чугуна производится в плавильных агрегатах: вагранках, пламенных и электрических печах. В большинстве случаев чугун для литья плавится в вагранке. Она проста по своему устройству и является наиболее дешевым плавильным агрегатом.

2) Вагранка --это шахтная печь цилиндрической формы. Через загрузочное окно , расположенное в верхней части вагранки, отдельными рабочими порциями, так называемыми колошами, в шахту, выложенную огнеупорным кирпичом, забрасывается кокс, металлическая шихта и флюсы. При помощи вентилятора воздух подается сначала в кольцеобразную трубу, а оттуда через фурмы -- в горн вагранки.

За счёт кислорода поступающего в горн воздуха происходит горение топлива.

3) В плавильной зоне вагранки чугун постепенно плавится и каплями стекает в горн, где он собирается и по мере надобности выпускается через отверстие в копильник, а из него по желобу в разливочный ковш И. В процессе плавления чугуна под действием высокой температуры плавятся, также флюсы (обычно известняк), зола топлива и неметаллические включения, содержащиеся в составе шихты. Образуется шлак, располагающийся поверх жидкого чугуна; он выпускается через шлаковую летку.

Образующиеся при горении газы поднимаются вверх, подогревают шихту и выходят через верхнюю открытую часть шахты, называемую колошником, в дымовую трубу.

4) Плавку литейных материалов можно производить и в пламенных печах. В них топка отделена от рабочего пространства, нагрев и расплавление металла производится газами. Это позволяет получить жидкий чугун более однородного состава с меньшим содержаниемсеры и сразу в больших количествах для заливки крупных литейных форм. Вместе с темв пламенных печах расплавленный чугун может насыщаться газами и окисляться. В пламенных печах большей частью плавятся медные сплавы.

5) Для плавки специальных сортов серого, а также ковкого чугуна, стали и сплавов цветных металлов применяются электрические печи.

3) Плавка в дуговой печи начинается с заправки печи. Жидкоподвижные нагретые шлаки сильно разъедают футеровку, которая может быть повреждена и при загрузке. Если подина печи во время не будет закрыта слоем жидкого металла и шлака, то она может быть повреждена дугами. Поэтому перед началом плавки производят ремонт - заправку подины. Перед заправкой с поверхности подины удаляют остатки шлака и металла. На поврежденные места подины и откосов - места перехода подины в стены печи - забрасывают сухой магнезитовый порошок, а в случае больших повреждений - порошок с добавкой пека или смолы. Заправку производят заправочной машиной, выбрасывающей через. насадку при помощи сжатого воздуха заправочные материалы, или, разбрасывающей материалы по окружности с быстро вращающегося диска, который опускается в открытую печь сверху. Для наиболее полного использования рабочего пространства печи в центральную ее часть ближе к электродам загружают крупные куски (40 %), ближе к откосам средний лом (45%), на подину и на верх загрузки мелкий лом (15%). Мелкие куски должны заполнять промежутки между крупными кусками. Выплавка сталей включает следующие операции: расплавление металла, удаление содержащихся в нем вредных примесей и газов, раскисление металла, и выливание его из печи в ковш для разливки по изложницам или формам. Значение этих операций и требования, которые они предъявляют к дуговой печи, могут быть весьма различными.

3.Электродуговые печи

Рис. 1. Этапы плавления шихты. а - начало плавления;

Расплавление скрапа необходимо вести по возможности скорее и с минимальным расходом энергии. Зачастую длительность его превосходит половину продолжительности всей плавки и при этом расходуется 60-80% всей электроэнергии. Характерной особенностью периода является неспокойный электрический режим печи. Горящая между концом электрода и холодным металлом дуга нестабильна, ее длина невелика и сравнительно небольшие изменения в положении электрода или металла (обвал, сдвиг подплавленного куска скрапа) вызывают либо обрыв дуги, либо, наоборот, короткое замыкание. Ход плавления шихты в дуговой печи иллюстрируется рис.1. Дуга загорается сначала между концом электрода и поверхностью шихты (рис.1, а), причем для повышения ее устойчивости в первые минуты под электроды обычно подкладывают куски кокса или электродного боя. После сгорания последних начинает подплавляться металл я каплями стекать на подину. В шихте образуются колодцы, в которые углубляются опускающиеся электроды (рис.16) до тех пор, пока они не достигнут подины, на которой во избежание перегрева ее к этому моменту должна быть образована лужа расплавленного металла (рис.1в). Это самый беспокойный, неустойчивый период горения дуги; подплавляемые куски шихты падают на электрод, закорачивая дугу опускании куска шихты под торцом электрода может, наоборот, наступить обрыв тока. Горящая между электродом и расплавленным металлом дуга перегревает металл: начинается размыв и расплавление шихты, окружающей колодцы. Колодцы расширяются, уровень жидкого металла в ванне начинает повышаться, а электроды-подниматься (рис.1в). В конце этого периода почти весь металл оказывается расплавленным; остаются лишь отдельные куски шихты на откосах («настыли», рис.1г), расплавляющиеся последними. Чтобы не затягивать период расплавления, обычно эти «настыли» сбрасывают ломом в глубь ванны. Период расплавления считают законченным, когда весь металл в печи перешел в жидкое состояние. К этому моменту режим горения дуги становится более спокойным, так как температура в печи выше, поверхность металла покрыта слоем шлака, образованным заброшенными в печь в период расплавления кусками извести и всплывающими окислами; длина дуги по сравнению с началом расплавления увеличивается в несколько раз дуга горит устойчивее, количество толчков тока и обрывов уменьшается.

Размещено на Allbest.ru