Выбор конструкционных материалов для отливок (заготовок и деталей)

Основные требования. В технике используются литые изделия (отливки, заготовки, детали), изготавливаемые из традиционных литейных сплавов (сталь, серый чугун, алюминиевые сплавы, медные сплавы и др.), а также из пластмасс, резинотехнических материалов, неорганических стекол, стеклокристаллических, керамических и других неметаллических материалов. К материалам для литых изделий предъявляется ряд общих требований. Такие материалы должны иметь:

— по возможности низкую температуру плавления, что позволяет их легко расплавить и перегреть до требуемой температуры заливки;

— небольшую усадку при затвердевании и охлаждении, что уменьшает количество усадочных дефектов, упрощает технологию литья;

— незначительную способность к газопоглощению в жидком состоянии, что уменьшает опасность образования газовой пористости;

— незначительную ликвацию—химическую неоднородность и, следовательно, малое различие по свойствам отдельных частей отливок;

— благоприятную структуру литого металла, обеспечивающую высокие свойства отливок;

— низкую стоимость, отсутствие дефицитных легирующих элементов.

Выбор материала для литых изделий является сложной инженерной задачей, решение которой требует учета многих факторов и обстоятельств. Кроме хороших литейных свойств, они должны обеспечивать: получение заданных свойств (химических, физических и механических) и их сохранение в условиях функционирования изделия, обрабатываемость и свариваемость, минимальные отходы материалов и т. д.

Одним из основных этапов ЛП является технологический процесс получения расплава для заливки литейных форм. Материалы, загружаемые в плавильные печи в процессе приготовления расплава, называются шихтой. Для получения расплава определенного химического состава производится расчет шихты, для которого необходимы данные о химическом составе выплавляемого расплава, составе шихтовых материалов и проценте угара расплава для конкретных условий плавки. Расчетное содержание того или иного элемента в шихте можно определить по формуле

где К_ш и К_ж —- расчетное содержание элемента в шихте и жидком расплаве соответственно, %; У—угар элемента при плавке, %. Определив среднее содержание элемента в шихте, рассчитывают процентное содержание составляющих шихты.

Шихта чаще всего состоит из первичных и вторичных материалов, а также отходов производства. Примерные составы шихты при плавке показаны в табл. 1.

При получении расплава применяются неметаллические материалы (флюсы) с целью защиты от окисления, удаления вредных примесей, защиты от газонасыщения. Флюсы должны обладать хорошей жидкотекучестью и достаточным поверхностным натяжением, чтобы закрывать поверхность

Таблица 1

расплава; необходимой вязкостью, чтобы задерживаться на поверхности расплава во время заливки в форму. Флюсы не должны взаимодействовать с футеровкой печи.

В зависимости от сплава, вида литья и характера производства применяются различные плавильные агрегаты. Для плавки чугуна используются печи шахтного типа непрерывного действия (вагранка), коксогазовые и газовые вагранки. В целях оздоровления окружающей среды широко внедряются вагранки закрытого типа, в которых отходящие газы отбираются, подвергаются очистке, дожигаются, а получающаяся при этом теплота используется для различных целей.

Для плавки углеродистой стали используются пламенные лечи, на жидком и газообразном топливе, для стали высокого качества — электропечи.

Для плавки медных, алюминиевых и магниевых сплавов применяются тигельные и отражательные плавильные агрегаты, а также электропечи различных типов.

Для бесфлюсовой плавки титановых, ниобиевых, молибденовых и других тугоплавких сплавов, а также сталей, содержащих алюминий, титан и другие легкоокисляемые элементы, применяются вакуумные электроплавильные агрегаты, электронно-лучевые, плазменно-дуговые и плазменно-индукционные печи.

В процессе плавки возможны безвозвратные потери расплава или угар, на который влияют температура и время протекания процесса, взаимодействие расплава с атмосферой и футеровкой печи и флюсами. Во избежание этого необхо­димо процесс плавки вести быстрее, применять покровные флюсы, защитные газы или

Формовочные материалы. Материалы, из которых изготовляют песчаные формы, называют формовочными. Основные требования, предъявляемые к формовочным материалам: огнеупорность, низкая стоимость, недефицитность, не токсичность, долговечность. Различают исходные материалы, формовочные смеси для изготовления форм, стержневые смеси для изготовления стержней, отработанные смеси и материалы для окраски и отделки форм и стержней.

Исходными являются материалы, из которых изготовляют формовочные и стержневые смеси, а также материалы для окончательной отделки форм и стержней.

Формовочные и стержневые смеси представляют собой предварительно подготовленные, взятые в определенной пропорции, равномерно перемешанные между собой исходные материалы.

Материалами для окончательной отделки форм и стержней служат огнеупорные литейные краски, замазки, клеи и другие, часто называемые вспомогательными.

Формовочные и стержневые смеси состоят из огнеупорной основы, связующих материалов и специальных добавок.

Огнеупорной основой формовочных и стержневых смесей является кварцевый песок. Кроме кварцевого песка, исполь­зуют магнезит, хромомагнезит, хромит, шамот, циркон и др. (табл. 2.2). Связующие материалы связывают частицы (зер­на) огнеупорной основы, придавая смесям определенную прочность. По объему потребления первое место среди этих материалов занимают формовочные глины, затем жидкое стекло, различные синтетические смолы и прочие связующие.

Таблица 2.2