Изготовление отливок в литейном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.).

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.).

Для изготовления отливок применяют множество способов литья:

- в песчаные формы,

- в оболочковые формы,

- по выплавляемым моделям,

- в кокиль,

- под давлением,

- центробежное литье и др.

Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.

Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

Наиболее широкое применение в машиностроительном производстве имеют сплавы Fe с C, т.е. конструкционная и инструментальная стали, серый и ковкий чугун, а также цветные сплавы.

Металлы отличаются характерным металлическим блеском, ковкостью, высокой теплопроводностью и электропроводностью, непрозрачностью.

При нормальной комнатной температуре все металлы (кроме ртути) являются твердыми веществами. Примерно 2/3 всех элементов представляют металлы.

В технике химически чистые металлы не используются. Это объясняется двумя причинами: во-первых, трудностью получения их в промышленном производстве и во-вторых, отсутствием в них технически полезных свойств.

Технически чистые металлы - металлы, в состав которых, помимо химически чистого элемента, в небольших количествах входят другие элементы.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относят к группе черных металлов: сталь, чугун и ферросплавы. Из общего количества выплавляемых во всем мире металлов около 94% приходится на черные. Все остальные металлы и сплавы относятся к группе цветных металлов. Их принято делить на легкие(плотность до 3 г/см³ и тяжелые. Различают также благородные и редкие металлы.

Сплавы - сложные материалы, получаемые путем сплавления одного металла с другими металлами.

Сплавам можно придать самые разнообразные свойства. Поэтому в технике они находят большее применение, чем технически чистые металлы.

В состав металлических сплавов могут входит также и неметаллические вещества, например, углерод, сера, фосфор, бор. Вещества, входящие в состав сплава, принято называть компонентами.

Помимо основных компонентов, в каждом сплаве всегда имеются в небольших количествах посторонние химические вещества - металлические или неметаллические. Эти вещества в большинстве случаев нежелательные и называются примесями.

Литейная форма - это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. На рис. 2, а показана литейная форма для тройника (рис. 2, б). Форма обычно состоит из нижней 2 и верхней б полуформ, которые изготовляют по литейным моделям 7 (рис. 2, г) в литейных опоках 5,5. Литейная опока - приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении формы. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют с помощью цилиндрических металлических штырей 4, вставляемых в отверстия приливов у опок. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 7, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков), входящих в соответствующие впадины в форме. Литейные стержни изготовляют по стержневым ящикам (рис. 2, д). Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, ее заполнения и питания отливки при затвердевании используют литниковую систему 8-11. После заливки расплавленного металла, его затвердевания и охлаждения форму разрушают, извлекая отливку (рис. 2, е).

Литейные сплавы должны обладать высокими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малыми усадкой и склонностью к образованию трещин и др.); требуемыми физическими и эксплуатационными свойствами. Выбор сплава для тех или иных литых деталей сложной задачей, поскольку все требования в реальном учесть не представляется возможным.

Возможность получения тонкостенных, сложных до форме или больших по размерам отливок без дефектов предопределяется литейными свойствами сплавов. Наиболее важные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка (линейная и объемная), склонность к образованию трещин, склонность к поглощению и образованию газовых раковин и пористости в отливках и др.

Различают физические, механические, технологические и химические свойства металлов.

Физические свойства. К ним относят плотность, теплопроводность, электропроводность и температуру плавления. Перечисленные свойства называются физическими потому, что они обнаруживаются в явлениях, не сопровождающихся изменением химического состава вещества. Чистые металлы плавятся при t=const, а сплавы в интервале t-p.

Механические свойства. Характеризуют способность детали, изготовленной из определенного материала, выдерживать различные нагрузки или хорошо сопротивляться истиранию при работе машины. К механическим свойствам относятся прочность, твердость, упругость, пластичность и др.

Прочность сплава определяется величиной усилия, необходимого для разрушения стандартного образца. При этом стальные, алюминиевые и другие образцы испытывают на растяжение (разрыв) и относительное удлинение, а чугунные на изгиб. Кроме того, все литейные сплавы испытывают на твердость.

Твердость сплавов определяют на приборе Бринелля непосредственно на деталях или не отливках (НВ).

Твердость закаленных сталей определяют на приборе Роквелла путем вдавливания в изделие алмазной пирамиды (HRC).

Упругость - способность металла принимать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки.

Пластичность (вязкость) - способность металла изменять первоначальную форму и размеры под действием нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения ее действия. Это свойство особенно важно при выборе сплавов для ковки, штамповки и прокатки.

Обрабатываемость резанием - способность металла изменять свою форму под действием режущего инструмента.

Ковкость - способность металла принимать новую форму и размеры под влиянием прилагаемой нагрузки без нарушения его целости (малоуглеродистая сталь).

Свариваемость - способность металлов образовывать прочные соединения при нагреве свариваемых частей до расплавленного или до пластического состояния. Хорошей свариваемостью обладают стали с низким содержанием углерода. Плохо свариваются чугун, медные и алюминиевые сплавы.

Жидкотекучесть - способность металла заполнять тонкие очертания полости формы. При недостаточной жидкотекучести расплавленный металл заполняет форму и отливка становится браком. Жидкотекучесть прежде всего зависит о химического состава, от температуры перегрева: чем она выше, тем больше жидкотекучесть.

Величину жидкотекучести определяют по технологической пробе - длин заполненной сплавом части полости контрольной литейной формы.

Усадка - свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Линейная усадка - линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

Eлин = (lф - lот) 100/lот,

где lф и lот - размеры полости формы и отливки при температуре 20°С.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

Объемная усадка - уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемную усадку определяют соотношением, %,

Eоб = (Vф - Vот) 100/Vот,

где Vф и Vот - объем полости формы и объем отливки при температуре 200С.

Усадочные раковины - сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними.

Усадочная пористость - скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла.

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания.

Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре близкой к температуре солидуса. Горячие трещины проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов (водорода, кислорода), серы и других примесей.

Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые и вызывают появление трещин. Холодные трещины чаще всего образуются в тонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность.

Коробление - изменение формы и размеров отливки под влиянием внутренних напряжений, возникающих при охлаждении.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ

Модельный комплект

Модельный комплект - это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают модели, модельные плиты, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы и другие приспособления.

Литейная модель (рис. 3, а) - приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки. Литейные модели бывают неразъемными, разъемными, с отъемными частями и др.

Модельная плита (рис. 3, б) - металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило, при машинной формовке.

Стержневой ящик (рис. 3, в) - приспособление, служащее для изготовления стержней. Стержневые ящики бывают цельными, разъемными, вытряхными и др.

Припуск на механическую обработку 1 - слой металла, удаляемый в процессе механической обработки отливки с ее обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхности детали.

Формовочные уклоны 4 служат для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Уклоны выполняют в направлении извлечения модели из формы.

Галтели 5 - скругления внутренних углов поверхностей модели. Галтели облегчают извлечение модели из формы, предотвращают появление трещин и усадочных раковин в отливке.

Конфигурация стержневых знаков и их размеры должны обеспечивать легкую установку стержней в форму и их устойчивость. С этой целью предусматривают специальные замки. Припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, галтели, размеры стержневых знаков регламентированы ГОСТами.

Модели и стержневые ящики для единичного и серийного производства изготовляют деревянными, а для массового производства- из чугуна, алюминиевых сплавов, пластмассы.

ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

Формовочные материалы - это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термохимической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара.

Формовочная смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь - это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.

Наполнительная смесь - это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка в глины). Облицовочные и наполнительные формовочные смеси используют при изготовлении крупных и сложных отливок.

Единая смесь - это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.

Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость и т.д.

Огнеупорность - способность смеси и формы сопротивляться размягчению или расплавлению под воздействием температуры расплавленного металла. Чем крупнее песок, тем меньше в нем примесей и пыли и чем больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь. При низкой огнеупорности на поверхности отливки образуется пригар - прочное соединение формовочной или стержневой смеси с поверхностью отливки.

Прочность - способность материала формы не разрушаться при извлечении модели из формы, транспортировании и заливке форм. Прочность формовочной смеси увеличивается с увеличением содержания глины, с уменьшением размеров зерен песка, плотности.

Газопроницаемость - способность смеси пропускать через себя газы. Газопроницаемость тем выше, чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, а также чем меньше содержание глины в формовочной смеси.

Пластичность - способность деформироваться без разрушения и точно воспроизводить отпечаток модели.

Податливость - способность формы или стержня сжиматься при усадке отливки.

Стержневая смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т.д.

Жидкостекольные смеси, используемые для изготовления литейных стержней и литейных форм, приготовляют из кварцевых песков с содержанием не более 3,5% глины, связующего материала - жидкого стекла с добавкой 10%-ного раствора едкого натра. Отверждение смеси осуществляется продувкой углекислым газом.

Холоднотвердеющие смеси (ХТС), используемые для стержней, приготовляют из кварцевого песка, связующих материалов - карбамидофурановых, фенолоформальдегидных смол и др. В качестве катализаторов применяют ортофосфорную или азотную кислоту и ее соли. Продолжительность отверждения смесей составляет 1-20 мин.

Литниковая система - это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ШЛАКОВ

Решение вопросов экологии и ресурсосбережения в металлургии вторичного алюминия следует увязывать с разработкой и внедрением новых экологически безопасных, ресурсосберегающих технологий переработки низкосортного алюминиевого сырья, позволяющих наряду алюминием извлекать из него и другие ценные компоненты, входящие в состав этого вида техногенного сырья и которые в совокупности должны определять показатели ресурсосбережения процесса производства вторичных алюминиевых сплавов в целом.

В соответствии с ГОСТ Р 52106-2003 [1] показатели ресурсосбережения входят в группу характеристик, направленных на обеспечение технического уровня и экономию ресурсов при разработке изделий и производстве продукции в технологическом цикле, а также на достижение заданного в документах организационно-технического уровня при декларации качества товаров и сертификации систем качества производства.

К числу важных показателей ресурсосбережения, по нашему мнению, следует отнести ресурсные характеристики техногенного сырья, которые в количественной форме должны отражать содержание ценных компонентов в этом виде сырья и, в конечном счете, стимулировать переработчиков к более полному их извлечению.

При обработке расплавленного металла флюсами смесь оксидов, нитридов с частичками футеровки и флюса удаляется с поверхности расплава и образует алюминиевые шлаки.

В работе [2] отмечается, что количество снимаемого шлака составляет до 5°% от массы приготовленного алюминиевого сплава.

Применительно к металлургии вторичного алюминия, основанного на переплаве алюминиевых шлаков и других дисперсных шихтовых материалов в присутствии солевых расплавов (KCl и NaCl), единственной их ресурсной характеристикой в настоящее время является металлургический выход, т.е. количество извлекаемого металла.

Присутствующий в шлаках металлический алюминий встречается в виде самостоятельной фазы различных размеров [3]:

корольков металла различных размеров и формы, запутавшихся в шлаке при его удалении с поверхности расплава;

диспергированного алюминия, являющегося результатом распада хлоридных, оксидных и фторидных субсоединений алюминия.

Анализ структуры потребляемого сырья свидетельствует о том, что в металлургии вторичного алюминия в качестве сырья в основном используется алюминиевый лом и скрап, а другие низкосортные отходы (съемы, шлаки и дроссы) практически не применяются [4].

В материалах III Международной конференции «Рециклинг алюминия» [5] отмечается, что в России ежегодно образуется до 100 тыс. тонн солевых шлаков, которые практически в полном объеме складируются в отвалах, загрязняя окружающую среду и приводя к потере ценного техногенного сырья [2, 6].

Рассматривая экологические аспекты металлургии вторичных алюминиевых сплавов, авторы [7] отмечают, что в России отсутствует промышленный опыт переработки солевых шлаков, поэтому дальнейшее по солевой технологии приводит к дальнейшему ухудшению экологической обстановке в соответствующих промышленных зонах. При этом широко применяемый в мировой практике прием захоронения токсичных шлаков не решает проблемы утилизации солевых шлаков [8], а создает угрозу крупного загрязнения воды и почвы в случае разгерметизации подземных могильников.

Таким образом, применение солей при производстве вторичного алюминия является не приемлемым не только с точки зрения экологии, но и с позиций ресурсосбережения, поскольку:

на захоронение 1 т солевого шлака требуется порядка 100 $;

около 50% металла в солевом шлаке безвозвратно теряется;

безвозвратно теряется весь оксид алюминия.

Авторами [9] была разработана принципиально новая бессолевая технология переработки алюминиевых шлаков, предусматривающая использование в качестве извлекающей фазы ванны расплавленного алюминия.

Сущность разработанной технологии переработки шлаков состоит в создании условий, обеспечивающих процесс коагуляции оксидных частиц, которые могут быть реализованы в следующих вариантах:

обработкой расплава водяным паром;

воздействием на расплав присадками, содержащими оксид кальция. Применение такой технологии в практике переработки вторичного алюминиевого

сырья позволит не только эффективно извлекать металл, но и получать сыпучие вторичные шлаки, извлечение металла из которых осуществляется простой операцией классификации на виброситах. При этом металлические фракции более 1,6 мм могут быть возвращены в процесс, поскольку имеют способность сливаться [6].

Одним из возможных направлений утилизации вторичного шлака фракции менее 1,6 мм может явиться использование его в качестве сырья для получения оксихлоридных или оксисульфатных коагулянтов.

Положительным примером реализации этого направления является производство опытной партии оксихлоридного коагулянта в условиях ЗАО «Коагулянт» (г. Орел) из бессолевого шлака ОАО «Подольский завод цветных металлов». Так из 5 т бессолевого алюминиевого шлака путем выщелачивания 20% раствором серной кислоты было получено 8 м³ коагулянта, содержащего в растворенной форме до 30% Al₂O₃.

Таким образом, алюминиевые шлаки следует рассматривать как ценное техногенное сырье, к ресурсным характеристикам которого наряду с металлом, оцениваемым по металлургическому выходу, следует относить содержание в нем мелкодисперсного алюминия и оксида алюминия, которые могут явиться сырьем при получении коагулянтов для очистки воды от железа.

ГЛАВА 3. ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК И ПРИЧИНЫ ИХ

ВОЗНИКНОВЕНИЯ

литейный производство сплав отливка шлак

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. При ультразвуковом контроле ультразвуковая волна, проходящая через стенку отливки, при встрече с границей дефекта (трещиной, раковиной и др.) частично и отражается. По интенсивности отражения волны судят о наличии, размерах и глубине залегания дефектов. Трещины в отливках выявляют люминесцентным контролем, магнитной или цветной дефектоскопией.

Незначительные дефекты в ответственных местах отливок исправляют заделкой замазками или мастиками, пропиткой различными составами, газовой или электрической сваркой. Заделка дефектов замазками или мастиками - декоративное исправление мелких поверхностных раковин на отливках. Перед заполнением мастикой дефектные места очищают от грязи и обезжиривают. После заполнения раковин мастикой исправленное место заглаживают, подсушивают и затирают пемзой или графитом.

Пропитывание составами применяют для устранения пористости отливок. С этой целью их погружают на 8-12 ч в водный раствор хлористого аммония. Проникая в промежутки между кристаллами металла, раствор образует оксиды, заполняющие поры отливок. Для устранения течи отливки из цветных сплавов пропитывают бакелитовым лаком.

Газовую и электрическую сварку применяют для исправления дефектов на необрабатываемых поверхностях (раковины, сквозные отверстия, трещины). Дефекты в чугунных отливках заваривают с использованием чугунных электродов и присадочных прутков, в стальных отливках - электродами соответствующего состава. Чугунные отливки перед заваркой нагревают до температуры 350-600°С, а после заварки их медленно охлаждают до температуры окружающей среды. Для лучшей обрабатываемости отливки подвергают отжигу.

Современные научные и технологические разработки в области алюминиевых сплавов

Исследование по алюминиевым сплавам проводятся на многих литейных кафедрах России (МИСиС, СамГТУ, СПбГТУ, ХабГТУ, СФУ-КИЦМ, ВлГУ и др.). В качестве примера рассмотрим научные разработки литейной кафедры СамГТУ [13]. На кафедре многие годы развивается приоритетное в мире научное направление - теория и практика явления структурной наследственности (ЯСН) [14]. Многолетние исследования проводили по схеме (рис. 1), позволяющей сконцентрировать усилия на разработке теоретических основ и закономерностей ЯСН, а также прикладных технологий, например, в области алюминиевых литейных и деформируемых сплавов.



Ввод в эксплуатацию (2004 г.) Центра литейных технологий позволил кафедре расширить все виды НИР. В настоящее время ЦЛТ представляет уникальный комплекс из 7 лабораторий, позволяющих выполнять исследования по получению и применению алюминиевых сплавов для различных способов литья (ПГФ, ЛК, ЛПД, ЛГМ, ЛВВ, ЦЛ, НЛ) (рис. 2).

Кроме того в ЦЛТ имеются уникальные программно-аппаратные комплексы, позволяющие количественно оценивать параметры микроструктуры и пористости АС, а также программы для автоматического проектирования и моделирования литейных процессов. В настоящее время выполняются работы по запуску технологии литья по выплавляемым моделям, методик ДТА сплавов и определения плотности расплавов. Кроме того, активно проводятся работы по созданию гаммы технологий припойных сплавов на основе алюминия.

К числу инновационных разработок кафедры следует отнести:

1. Технологии получения и поставки опытно-промышленных партий высокоэффективных мелко-, микро- и нанокристаллических лигатур и модификаторов. Сплавы такого назначения получали специальными способами обработки шихтовых металлов, включающие жидкофазные, кристаллизационные, твёрдофазные, дисперсионные и комбинированные технологии [14]. Это обеспечивало получение интерметаллидных и других фаз размерами от 20 мкм до 20 нм в огромных количествах в единице объёма шихтового металла. Такие материалы - это дисперсно-измельчённые лигатуры нового поколения. Получены десятки видов такого рода лигатур и модификаторов [14].

2. Технологии применения высокоэффективных мелко-, микро- и нанокристаллических модификаторов для обработки алюминиевых сплавов. Такого рода технологии предложено называть технологиями генной инженерии (ТГИ). Их применение позволяют кардинально изменить структуру сплавов (рис. 3), сократить расходы дефицитных модификаторов, улучшить и повысить многие технологические и эксплуатационные свойства.

Значительное повышение механических свойств за счёт применения элементов ТГИ (таблица) позволяет пересмотреть ГОСТ 1583-93 и повысить минимально допустимые уровни ув и д соответственно на 10-20 и 20-40% (в некоторых случаях и более). Следовательно, ресурсы многих сплавов ещё во многом не использованы. Необходимо раскрывать их генетические тайны и возможности. Резервы ТГИ ещё также не раскрыты в полной мере.

3. Теоретические основы генного модифицирования. При модифицировании сплавов (С) учитывается взаимодействие двух систем с разными геномами:

где L и S - жидкое и твёрдое состояния, МКМ - мелкокристаллический модификатор.

4. Технологии комплексной переработки алюминиевых шлаков и рециклирования солевых отходов. Получены различные продукции после переработки - металлические сплавы, дисперсные неметаллические составляющие (использованы как добавки в формовочные смеси, в суспензии, кокильные краски, вторичные флюсы). В настоящее время эти работы активно развиваются и являются весьма перспективными.

5. Технологии рационального рециклирования отходов цветных металлов и получения высококачественных вторичных алюминиевых сплавов. Основная цель - достижение свойств на уровне и выше свойств первичных сплавов. Эти работы ведутся в содружестве с МИСиС и ОАО «Мособлпроммонтаж» (Московская обл.). Вторичный сплав марки АК12М2 широко внедряется в МтП ОАО «АВТОВАЗ».

6. Технологии физических воздействий на алюминиевые жидкие сплавы - температурные, акустические и плазменные обработки, импульсные магнитные поля. Например, сравнительно простой и эффективной явилась магнитно-импульсная обработка, которая оказывает комплексное термосиловое воздействие на расплав. Эта работа проводится в сотрудничестве со специалистами СГАУ им. С.П. Королёва.

7. Технологии получения мелкокристаллических алюминиевых сплавов для пайки. Освоен малотоннажный выпуск микрокристаллических лигатур для получения алюминиевомедного припоя марки А34. Промышленные испытания прошли на ряде предприятий России и Белоруссии.

8. Проведение технологического аудита в производстве алюминиевого литья на предприятиях различных отраслей - «Тулаэлектропривод» (г. Тула), «ВМЗ» (г, Вольск), «АВТОВАЗ» (г. Тольятти).

Анализ только части результатов наших исследований позволяет заключить, что явление структурной наследственности в алюминиевых (и других) сплавах является основой многих инновационных литейных технологий [15].

Следует отметить высокий уровень научных разработок и на многих других кафедрах России.

· МИСиС: технологии и производство новых высококачественных сплавов из низкосортных отходов алюминиевого производства; перспективные экономно-легированные алюминиевые сплавы для получения отливок ответственного назначения; технологии быстрого прототипирования оснастки и литья.

· СПбГТУ: перспективные технологии создания литейных алюмоматричных композиционных сплавов; рео- и тиксолитьё алюминиевых конструкционных сплавов.

· ЮУрГУ: открытие и использование явления наносекундных электромагнитных импульсов.

· НГТУ: технологии использования алюминиевых шлаков.

· СибГИУ, ХГТУ: технологии физических воздействий на алюминиевые расплавы; использование низкокачественных отходов различных производств.

· ВлГУ: технологии получения гаммы литых композиционных сплавов на основе алюминия; получение протекторных и магнитных сплавов; перспективные технологии получения наноструктурированных сплавов функционального и конструкционного назначения.

· МГОУ: технологии получения отливок высокоэффективным способом литья - литьё с кристаллизацией под давлением.

Известны многие инновационные разработки в области алюминиевых сплавах и в странах СНГ (Украина, Беларусь, Таджикистан). В этих республиках ведутся работы как по повышению качества сплавов, так и по созданию более эффективных способов литья.

Размещено на Allbest.ru