Литейные сплавы и плавка. Контрольная работа.

 

Контрольная работа

по предмету «Литейные сплавы и плавка».

  1. Пути снижения горячеломкости.

Горячеломкость – это склонность металлов и сплавов к хрупкому межкристаллитному разрушению при наличии жидкой фазы по границам зёрен. Такое разрушение широко распространено при литье и сварке; оно встречается также при горячей обработке давлением, термической обработке и эксплуатации изделий при повышенных температурах.

Горячеломкость сплава зависит от пластичности и линейной усадки его в твёрдо-жидком состоянии и от способности расплава залечивать возникающие трещины. Снижать горячеломкость сплава можно через повышение его пластичности в твёрдо-жидком состоянии, уменьшение линейной усадки кристаллизации и через усиление залечивания трещин расплавом. Из этих трёх факторов пластичность наиболее сильно реагирует на изменения состава и структуры сплава, а способность расплава залечивать трещины – наиболее слабо. Поэтому самые действенные металлургические способы снижения горячеломкости основаны на повышении пластичности сплава в твёрдо-жидком состоянии и частично на снижении линейной усадки в интервале кристаллизации.

Можно выделить четыре пути снижения горячеломкости сплавов:

  1. Выбор оптимального состава по основным компонентам при разработке новых и улучшении существующих сплавов. Выбирая легирующие элементы и устанавливая их концентрации, желательно обеспечить малый темп кристаллизации в верхней части интервала «ликвидус – солидус» и большой темп в нижней части этого интервала, чтобы получить возможно большее количество жидкой фазы к концу кристаллизации. Этим достигается, во-первых, снижение температурной границы между жидко-твёрдым и твёрдо-жидким состояниями, а параллельно с ней обычно опускается и верхняя граница интервала хрупкости. Во-вторых, увеличение относительного количества жидкой фазы к концу кристаллизации способствует развитию здесь межзёренной деформации при затрудненной усадке и, следовательно, повышает удлинение в интервале хрупкости. Наиболее простой способ достижения этой цели состоит в увеличении количества составляющей кристаллизующейся в последнюю очередь при постоянной температуре. Такой составляющей является эвтектика, перитектическая составляющая, твёрдый раствор, кристаллизующийся в точке минимума на диаграмме состояния, и чистый металл.
  2. Регулирование содержания основных компонентов в пределах допусков ГОСТа, ТУ.
    Здесь применимы те же приёмы, что и при разработке нового сплава, но рамки изменения химического состава строго ограничены. Однако и в тесных границах
    ГОСТа, регулируя содержание основных компонентов, можно значительно увеличить количество жидкой фазы и нижней части эффективного интервала кристаллизации, существенно снизить температуру начала линейной усадки или же поднять температуру солидуса.
  3. Регулирование содержания примесей в сплаве. Изменение содержания примесей может сильно повлиять на нижнюю границу интервала хрупкости и величину относительного удлинения в нём, практически не сказываясь на верхней границе интервала хрупкости и температуре начала линейной усадки.
  4. Ведение в сплав малых технологических добавок. Под технологическими добавками понимают такие малые добавки, основной целью введения которых является снижение горячеломкости. Технологические добавки могут резко повысить нижнюю границу интервала хрупкости, значительно опустить верхнюю его границу и температуру начала линейной усадки, а также повысить относительное удлинение в интервале хрупкости.
  1. Получение шаровидной формы графита.

 Высокопрочным называется чугун с шаровидной формой графита получают специальной обработкой — модифицированием жидкого серого чугуна.

Получение графита шаровидной формы основано на раздельной или совместной обработке жидкого чугуна сфероидизирующими модификаторами. В качестве модификаторов, вызывающих сфероидизацию графита, применяют магний, церий, иттрий и другие элементы в количестве 0,03-0,08% от массы обрабатываемого чугуна.

Наиболее распространённым способом получения высокопрочного чугуна является введение в расплав металлического магния, магниевых лигатур и комплексных модификаторов, содержащих магний.

Введение в состав магниевых лигатур редкоземельных металлов (церия, лантана, неодима и др.) дает более высокий эффект модифицирования, уменьшает пироэффект и дымовыделение.

ГОСТ 7293-85 устанавливает восемь марок высокопрочного чугуна и регламентирует их механические свойства: прочность, пластичность, твёрдость по Бринеллю (НВ) и ударную вязкость (KCV), причем относительное удлинение, твёрдость и ударная вязкость определяются при наличии требований в нормативно-технической документации.

На форму, размеры и количество графитовых включений оказывают влияние: способ модифицирования, химический состав исходного чугуна, шихтовые материалы и другие условия плавки, а также условия кристаллизации и охлаждения отливки.

На практике широко и надежно освоены следующие способы получения шаровидного графита:

— обработка жидкого чугуна технически чистым магнием;

 

— введение магниевых лигатур;

— применение комплексных модификаторов.

 

  1. Литейные, механические и специальные свойства легированных сталей.

Легирование стали осуществляется для увеличения надежности, долговечности литых деталей и придания им специальных свойств. Замена углеродистых сталей на более прочные легированные позволяет снизить массу литых деталей. Выбор легирующих элементов осуществляется исходя из назначения отливки, ее конструктивных и технологических особенностей, а также условий эксплуатации.

Литейные свойства металлов и сплавов — совокупность физико-химический и специальных технологических свойств, характеризующих способность металлов и сплавов образовывать отливки без раковин, трещин, пористости и др. дефектов. Важнейшие литейные свойства: жидкотекучесть (объемная, линейная), усадка, ликвация, склонность к образованию ликвационных наплывов. Литейные свойства зависят главным образом от температуры и химического состава металла. Жидкотекучесть зависит в первую очередь от содержания углерода. Линейная усадка и горячеломкость уменьшаются пропорционально содержанию углерода.

Механические свойства. Легированную инструментальную сталь получают введением в высокоуглеродистую сталь хрома, вольфрама, ванадия и других элементов, которые повышают ее режущие свойства. Благодаря легирующим элементам эта сталь приобретает повышенную вязкость и износостойкость в закаленном состоянии, меньшую склонность к деформациям и трещинам при закалке, более высокую теплостойкость (до 300-350 градусов С) и твердость в состоянии поставки.
Быстрорежущие стали представляют собой легированные инструментальные стали с высоким содержанием вольфрама (до 18%). После термообработки (закалки и многократного отпуска) они приобретают высокую красностойкость до 600 градусов С, твердость 63-66 HRCэ и износостойкость.

К специальным свойствам легированных сталей относятся окалиностойкость, износостойкость, жаропрочность, кислотостойкость.

  1. Плавка чугуна в вагранке. Принцип работы. Пуск, остановки и окончание плавки.

Плавка чугуна производится преимущественно в вагранках и шахтных печах. Вагранка представляет собой вертикальную шахту-печь непрерывного действия, работающую на литейном каменноугольном коксе и воздушном дутье. Производительность вагранки в зависимости от ее размеров составляет 1…30 т/ч, максимально достижимая температура · 3400…1420 °С. Интенсификация процесса плавки в вагранке осуществляется применением горячего (400…500 °С) дутья воздухом, обогащенным кислородом.

Вагранка — печь шахтного типа. Стальной кожух толщиной 6 — 10 мм футеруется огнеупорным кирпичом.

Вагранка состоит из трех основных частей: нижней — горна, где скапливается жидкий чугун; средней — шахты, в которую загружают шихту; верхней — трубы, через которую горячие газы попадают в искрогаситель и далее в атмосферу.

Принцип работы вагранки состоит в следующем: после очередного ремонта на горящие дрова в шахте печи загружают кокс на высоту 0,7 — 1 м выше уровня фурм. После разгорания кокса включают дутье и шахту до загрузочного окна загружают металлической шихтой (литейный и передельный чугун, возврат собственного производства, стальной лом, ферросплавы), коксом (топливо) и флюсом (СаСО3), необходимым для формирования шлака. По мере расплавления и опускания шихты загружают новые порции шихты. Расплавленный металл собирается в копильнике и периодически выпускается из него через чугунную летку в ковш. Температура разливки чугуна составляет 1400 — 1500°С.

Шлак, образующийся во время плавки в результате взаимодействия флюсов, золы кокса, футеровки, выпускается в шлаковую летку.

Производительность современных вагранок от 1 до 10 т/ч (редко 30 т/ч), расход воздуха до 50 м³ /ч.

  1. Раскисление стали в вакууме.

Раскисление  —  это  процесс  удаления  кислорода, растворенного в стали, путем связывания его  в  оксиды  различных  металлов,имеющих большее сродство к кислороду, чем железо.  Наиболее распространенными раскислителями являются  марганец  и  кремний,используемые в виде ферросплавов, и алюминий.  Реакции раскисления можно представить следующим образом:  [O] + [Mn] = (MnO)  2[O] + [Si] = (SiO2)  3[O] + 2[Al] = (Al2O3)Для более глубокого раскисления применяют  обработку  жидкого  металла  в вакууме. Наиболее простым способом является вакуумирование стали в ковше. В этом случае ковш с жидким металлом помещают в герметичную камеру, из которой откачивают воздух. При снижении давления в камере металл закипает вследствие бурного выделения из металлов газов. После дегазации металла камеру раз герметизируют, а ковш с вакуумированной отправляют на разливку.
Ковшевое вакуумирование неэффективно при обработке полностью раскисленной стали и больших масс металла. В этом случае вследствие слабого развитии реакции C + O = CO металл кипит вяло. Для улучшении дегазации стали вакуумную обработку металлов в ковше совмещают с продувкой его аргоном и электромагнитным перемешиванием. Обычно дегазацию металла в ковше проводят в течении 10 — 15 мин. Более длительная обработка приводит к значительному снижению температуры металла. Парционное и циркуляционное вакуумирование стали применяют при дегазации больших масс металла.При парционном вакуумировании футурованная вакуумная камера небольшого объема помещается над ковшом с жидким металлом. Патрубок камеры, футерованный изнутри и снаружи, погружен в жидкий металл. Под действием атмосферного давления порция металла (10 — 15 %от общей массы) поднимается в камеру и дегазируется. При движении ковша вниз или камеры вверх металл вытекает, а при обратном движении вновь поднимается в камеру, для полной дегазации стали необходимо провести от 30 до 60 циклов вакуумной обработки.
При циркуляционном способе вакуумирования стали применяют вакуумную камеру с двумя патрубками. Жидкий металл из ковша поднимается в камеру по одному патрубку, де газируется и вытекает обратно в ковш по второму патрубку. Происходит непрерывная циркуляция металла через вакуумную камеру. Подъем жидкой стали в камеру происходит за счет эжектирующего действия аргона, который подают во входной патрубок.
Струйное вакуумирование металла применяется в основном при отливке крупных слитков. Этот способ является более совершенным, т. к. устраняется вторичное окисление при разливке вакуумированного металла из ковша в изложницы.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *