Суспензійне розливання сталей

Суспензійним розливанням називають спосіб, при якому у процесі заповнення ливарної форми рідким металом або безпосередньо після нього в об'ємі розплаву створюють активні екзогенні або ендогенні центри кристалізації, дія яких проявляється у збільшенні швидкості процесу кристалізації та розвитку об'ємного тверднення виливка.

Основною перевагою суспензійного розливання є поєднання процесів мікролегування, модифікування і розкислення з процесом кристалізації металу у виливку.

Розрізняють три види суспензійного лиття:

- екзогенне — введення у рідкий метал у процесі його розливання у ливарні форми дисперсних інокуляторів, які сприяють об'ємному твердненню розплаву у формі, проведенню модифікування, мікролегування і розкислення сталі. Кількість інокуляторів, що вводять у метал - 1,0...5,0% від маси металу;

- ендогенне — накладення на розплав, який кристалізується, зовнішньої дії - механічної, ультразвукової, електромагнітної та ін.;

- комбіноване - використовують два або більше технологічних прийоми екзогенного або ендогенного лиття.

Як інокулятори для екзогенного лиття використовують:

- залізний порошок будь-якої марки, що виготовляється вітчизняною промисловістю (Броварський завод порошкової металургії) - 2,0...3,0% від маси виливка;

- сталевий або чавунний дріб — для середніх і великих виливків;

- гранули різних металів, феросплавів і лігатур;

- металеві кулі, стрижні, полоси, стружка та ін. - для товстостінних великих виливків.

До інокуляторів пред'являють такі вимоги:

- хімічний склад металу інокулятора повинен відповідати матеріалу 'виливка;

- інокулятор повинен бути максимально чистим щодо фосфору, сірки, кисню у вигляді оксидів SiO₂, CaO, А1₂Оз та ін.;

- гранулометричний склад інокулятора повинен бути оптимальним. Він визначається такими параметрами: масою та середньою товщиною сті нки виливка, а також температурою плавлення інокулятора. За звичайних умов діаметр інокулятора знаходиться у межах 0,5...3,0 мм, а при викорис танні алюмінію як інокулятора - до 5,0... 10,0 мм;

- форма інокулятора повинна бути сферичною або близькою до сфери чної, оскільки це визначає важливу характеристику інокулятора - текучість;

- насипна маса інокулятора повинна знаходитись у межах 3,0...3,5 t/m^j;

- інокулятор повинен бути сухим: кількість вологи не повинна перевищувати 0,25 %;

- собівартість дисперсного інокулятора повинна бути порівнюваною із вартістю сталі.

Суспензійне лиття скорочує тверднення виливків на 15...30%. Особливо ефективний цей спосіб при виробництві товстостінного литва, при якому збільшується на 10... 15% коефіцієнт використання рідкої сталі, зменшуються об'ємна усадка та поруватість виливків, підвищується тріщиностійкість та покращується якість поверхні виливків.

Найпростіша технологічна схема суспензійного лиття: Змішувальна камера з'єднана з приймальною за допомогою ливникового каналу, який розташований тангенціально по відношенню до них. Метал із ковша попадає у приймальну камеру і рухається каналом до змішувальної камери. Після появи першої порції металу у змішувальній камері відкривають дозатор і інокулятор попадає у потік металу, який здійснює кругообертальний рух. Він захоплює інокулятор, змішується з ним і через центральний отвір змішувальної камери попадає у ливникову систему форми. Після заповнення ливарної форми закривають стопор ковша і дозатор інокулятора. Систему камер і ливниковий канал виконують у стрижні з рідкоскляної суміші.

Пристрій для введення інокулятора в процесі заливання металу у ливарну форму нагадує попередню схему. Різниця полягає в тому, що метал із ковша металопроводом зразу подається у ливарну форму, а тому з початком заливання форми за допомогою важільної системи металопровід піднімається на декілька міліметрів уверх і через щілину, що утворилася між конічною частиною бункера і металопроводом, інокулятор попадає у рідкий метал, змішується з ним на шляху до ливникової воронки і попадає у порожнину ливарної форми, де додатково перемішується у процесі заповнення її металом.

Інжекційна установка для введення дисперсного інокулятора у струмінь рідкого металу більш удосконалена та ефективна у порівнянні з попередніми схемами, оскільки, вибираючи відповідний тиск газу, можна ввести інокулятор аж до центра струменя металу і таким чином ' більш рівномірно розосередити інокулятор в об'ємі рідкої сталі. Сопло виготовляють із металокерамічних матеріалів методами порошкової металургії, оскільки воно інтенсивно піддається абразивній дії з боку інокулятора. Як газ можна використовувати аргон.

Найбільш досконала електромагнетна установка ЕМУ-1, яка дозволяє вводити інокулятор в метал енергією імпульсного магнетного поля.

За допомогою цієї установки процес оброблення розплаву інокулятором можна повністю автоматизувати. Установка працює за програмою у такій послідовності операцій: після відкривання шиберної засувки електродвигуном інокулятор похилим трубопроводом із бункера під дією гравітаційних сил рухається до відсічного соленоїда, який у цей час живиться струмом і утворює магнетне поле. Відповідно до програми з соленоїда на короткий час знімається напруга, магнетне поле, яке утримувало рух інокулятора по трубопроводу, перестає діяти і пакет інокулятора рухається до постійного магнета, де і зупиняється. У цей час струм подається на потужний кидальний соленоїд і на відсічний. Потужне магнетне поле, яке утворилося кидальним соленоїдом, вириває пакет інокулятора із слабкого магнетного поля постійного магнету і направляє трубопроводом у струмінь металу, а магнетне поле відсічного соленоїду перешкоджає рухові нової порції інокулятора униз. Процес повторюється за наведеною програмою. Установка ЕМУ-1 дозволяє регулювати масу пакетів інокулятора і частоту їх кидків.

Практика ливарного виробництва підтверджує перспективність використання суспензійного лиття як одного із методів позапічного оброблення сталі

ТЕМА 2.3. ОСОБЛИВОСТІ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИЛИВКІВ ЗІ СПЕЦІАЛЬНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ