6.2. Литейное производство

6.2.1. Сущность литейного производства

Сущность литейного производства состоит в изготовлении заготовок или деталей из жидкого материала путем заполнения им полости заданной формы и размеров с последующим затвердеванием. После кристаллизации и охлаждения металла литую деталь (заготовку), называемую отливкой, удаляют из литейной формы и в случае необходимости отправляют в механический цех для последующей обработки.

Путем литья получают различного вида отливкии готовые изделия из чугуна, стали, сплавов алюминия, меди, титана, магния, цинка и др., не требующие последующей обработки. Из жидкого расплава можно изготовить также изделия из материалов, не поддающихся обработке в твердом состоянии.

Благодаря интенсивному усовершенствованию способов литья все больше производится заготовок с улучшенными эксплуатационными характеристиками, например с тонкими стенками (0,5мм), с небольшими отклонениями от размеров, с лучшим качеством поверхности.

Технология изготовления отливки начинается с разработки ее чертежа и рабочих чертежей модельного комплекта: модели и стержневого ящика. Общую схему технологического процесса изготовления отливки см. в Приложении 3.

В состав литейного цеха входят отделения: модельное, землепригото-вительное, стержневое, формовочное, плавильное, выбивное, обрубное, очистное. Названия отделений соответствуют технологическим операциям, которые в этих отделениях проводятся.

Возможность получения тонкостенных, сложных по форме или больших по размерам отливок без дефектов предопределяется литейными свойствами сплавов: жидкотекучестью, усадкой (линейной и объемной), склонностью к образованию трещин и др.

Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. Она зависит от температурного интервала кристаллизации, температуры заливки и формы, свойств литейной формы и т.д. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун.

Усадка - свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах. Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости, трещин и короблении.

В отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и толстых частей и торможения усадки формой при охлаждении возникают внутренние напряжения. Эти напряжения тем выше, чем меньше податливость формы и стержня. Если величина внутренних напряжений превзойдет предел прочности литейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее образуются горячие или холодные трещины. Если литейный сплав имеет достаточную прочность и пластичность и способен противостоять действию возникающих напряжений, искажается геометрическая форма отливки.

Горячие трещиныв отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре близкой к температуре солидуса. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и др. примесей. Кроме того, образование горячих трещин вызывают резкие переходы от тонкой части отливки к толстой, острые углы, выступающие части и т.д.

Холодные трещинывозникают 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.

В расплавленном состоянии металлы и сплавы способны активно поглощать значительное количество водорода, кислорода, азота и других газов из оксидов и влаги исходных шихтовых материалов при их плавке, сгорании топлива, из окружающий среды, при заливке металла в форму и т.д. В результате этого образуются газовые раковины и пористость в отливках.

Современное литейное производство располагает многими способами изготовления отливок, область применения которых определяется многими факторами: типом производства, массой отливок, точностью и шероховатостью поверхности отливок, литейными свойствами сплавов, экономической целесообразностью использования того или иного способа.

В настоящее время около 90 % отливок изготавливают в разовых песчанно-глинистых формах.

Точность геометрических размеров, шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяет требованиям современной техники. Поэтому быстрыми темпами развиваются специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и др.

Из всех литейных сплавов наилучшими литейными свойствами обладает серый обыкновенный чугун, содержащий 2,7-3,5 % углерода. Его кристаллизация сопровождается выделением графита, что способствует увеличению объема отливки, и как следствие - заполнению формы и уменьшению усадки. Нижний предел содержания углерода (2,7 %) принимают для толстостенных отливок, а верхний ( 3,5 % ) - для тонкостенных.

Кремний повышает жидкотекучесть, способствует процессу графитиза-ции, уменьшает тем самым усадку чугуна и, следовательно, является одним из главных элементов в чугуне, улучшающих его литейные свойства.

Марганец отбеливает чугун, увеличивает усадку, нейтрализует вредное влияние серы, повышает прочность отливок.

Фосфор повышает жидкотекучесть чугуна, однако повышает хрупкость и твердость отливок.

Сера сильно ухудшает литейные свойства чугуна.