3.2 Стальное литье

Сталью называют железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2% С. Наряду с углеродом в сталях присутствуют Mn, Si, S, Р, N, Н, О и другие элементы, попавшие в нее из шихтовых материалов или введенные в процессе ее производства. Другие легирующие элементы добавляют для придания стали особых физических, физико-химических свойств или повышения ее проч­ности. Это чаще всего Сг, Ni, Мо, V, W, а также Мn и Si.

Сталь как литейный материал начали применять значительно позднее, чем чугун. Первые стальные отливки были получены во второй половине XIX в. почти одновременно в различных стра­нах Европы. В России они были изготовлены в 1866 г. на Обуховском заводе, а в 1870 г. из мартеновской стали — на Сормовском заводе.

Сталь широко применяют, прежде всего, для деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими пласти­ческими свойствами, быть надежными и долговечными в эксплуа­тации. Чем ответственней назначение машины и тяжелее условия, в которых она работает, тем более значительна доля стальных от­ливок, идущих на ее изготовление. Многие стали хорошо свариваются, что дает возможность изготовлять сложные сварно-литые конструкции.

3.2.1 Специальные способы литья

Способы, отличающиеся от способа получения отливок в ра­зовых песчано-глинистых формах, называют специальными.

Жесткие и прочные с гладкой контактной поверхностью разо­вые и постоянные формы позволяют получать отливки повышен­ной точности с чистой гладкой поверхностью без пригара. При обычных способах литья от 15 до 25% массы отливок превра­щается в стружку при механической обработке. На снятие стружки расходуется до 25% всей вырабатываемой электрической энергии. Переход от обычного литья к специальным способам литья вслед­ствие высокой точности отливок дает возможность уменьшить припуски на механическую обработку и снизить количество струж­ки до 5—7%.

Экономичность повышается с увеличением партии отливок, т. е. с переходом от серийного к массовому производству. Процессы литья в металлические формы не требуют применения формовочных смесей, что существенно улучшает условия труда.

Литье в оболочковые формы. Форма представляет собой прочную тонкую оболочку (6—10 мм) с гладкой рабочей поверхностью и точными размерами полости.

Формовочную смесь приготовляют из мелкозернистого песка и синтетической термореактивной смолы, которая является связующим.

Технология литья состоит в том, что вначале изготавливают оболочковую форму для заданной отливки. В исходном состоянии она представляет собой песчано-смоляную смесь, после придания формы которой, последняя прогревается при температуре 300-350⁰С в течение 50-60 с. Происходит необратимое затвердевание оболочковой формы. Аналогичным образом происходит изготовление оболочковых стержней.

О болочковые полуформы собирают и склеивают термореактвным клеем. В охлажденные полуформы устанавливают стержни.

Готовые оболочковые полуформы 9 (рисунок 1) устанавливают в металлические коробки 10, засыпают песком или чугунной дробью 11, заливают жидким металлом и получают отливку 12.

Применение мелкозернистых песков в смесях способствует получению гладкой рабочей поверхности оболочковых форм и стержней.

Литье по выплавляемым моделям.

Л

Рисунок 1 – Схема заливки металла в оболочковую форму

итейная форма представляет собой неразъемную тонкостен­ную, прочную оболочку, высокоогнеупорную, с гладкой рабочей поверхностью. Оболочку изготовляют из мелко­зернистых формовочных материалов по разовым моделям.

Разовые модели 3 (рисунок 2,а) отливки 1 изготовляют в метал­лических пресс-формах 2 путем заливки или запрессовки шпри­цем легкоплавких или легко растворимых модельных составов.

Пресс-формы выполняют одноместными и многоместными. Модели, получаемые в одноместных формах, припаивают паяльником 5 к модели литниковой системы 4.

Затем на поверхность блока моделей наносят (формируют оболочку) слой огнеупорной смеси (рис.2,б). При этом после окунания модельного блока в жидкую суспензию ее обсыпают сухим зернистым огнеупорным материалом и сушат.

Из оболочки модели отливок удаляют выплавлением или растворением в горячей воде. Получают прочную неразъемную с гладкой рабочей поверхностью оболочковую литейную форму (рис.2,б). После прокаливания в печи формы заливают жидким сплавом (рис.2,в).

Жидкая суспензия пылевидного огнеупорного материала прочно прили­пает к модели и точно воспроизводит ее очертания и поверхность. После выплавления или растворения моделей из жесткой прочной оболочки образуется неразъемная форма с гладкой рабочей по­верхностью и точными размерами, что способствует получению отливок из всех известных сплавов точных по размерам и с чистой поверхностью. Форма после прокаливания не содержит газотворных составляющих. Это исключает вероятность образования газовых раковин в отливках. Заливка же в горячие формы дает возможность изготовлять тонкостенные сложнейшие от­ливки.

В горячей форме отливка затвердевает медленно, что спо­собствует получению плотного металла в ней.

Рисунок 2 – Схема процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям

Отмеченные особенности литья по выплавляемым моделям дают возможность получать отливки, сложные по конфигурации с толщиной стенки 1—3 мм и массой до 300 кг, точные по размерам и с чистой поверхностью. Этот способ часто называют способом точ­ного литья.

Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления отливок из специальных сплавов, например турбинных лопаток из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов, колес для на­сосов из коррозионностойких сплавов, детали турбомашин.

Литьн в кокиль. Данный вид литья представляет собой литье в постоянные формы. Кокилем называют металлическую литейную форму из чугуна, стали или алюминия. Перед заливкой кокили подогре­вают, рабочую поверхность их окрашивают. Заливают расплав. Из кокиля отливку удаляют горячей при относительно высокой температуре. Далее она охлаждается на воздухе или в специальной камере. Кокиль охлаждают или подогревают до температуры 200—300°С. Затем цикл повторяется.

В кокиле можно получать простые отливки без полостей (на­пример, слитки, валки) и фасонные отливки со сложными поло­стями и отверстиями.

Полости в отливках оформляются песчаными или металлическими стержнями. Кокили могут быть неразъемные и разъемные. Последние делают с вер­тикальной, горизонтальной или наклонной плоскостями разъема. Кокили с песчаными стержнями применяют преимущественно для получения чугунных и стальных отливок, с металлическими стерж­нями — для отливок цветных легких сплавов (алюминиевых, магниевых).

Этот способ литья целесообразно применять в массовом или крупносерийном производстве.

Во многих случаях, и особенно при литье стали и чугуна, решающее значение имеет метод изготовления кокиля. Наиболее точные кокили изготовляют механической обработкой. Их применяют для литья алюминиевых и магниевых сплавов. Такие кокили дороги.

Литье под давлением. Разъемные стальные закаленные формы для получения отливок на машинах литья под давлением называют пресс-формами. Сплав поршнем машины при давлении 3000-10000 МПа со ско­ростью 1,0 до 60 м/сек через тонкий (0,1—0,3 мм) щелевой питатель запрессовывают в подогретую и смазанную пресс-форму, где он затвердевает. При раскрытии пресс-формы отливка выталкивается. Получают точные сложные отливки массой от нескольких граммов до 30 кг из цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов в течение 0,08—0,7 мин.

Области применения литья под давлением. Литьем под давле­нием получают сложные тонкостенные отливки из цветных спла­вов массой от нескольких граммов до десятков килограммов, с точностью размеров по 4—5-му классам и шероховатостью по­верхности по 5-му классу чистоты. Переход на литье под давле­нием снижает трудоемкость изготовления отливок в 10—12 раз в литейных и в 5—8 раз в механических цехах.

Этот способ стал главным способом получения отливок из алю­миниевых, магниевых и цинковых сплавов в массовом производ­стве. В качестве примеров можно привести детали карбюраторов, алюминиевые блоки автомобильных цилиндров и др. Латунные детали сантехнической арматуры также изготовляют литьем под давлением. В этих областях литье под давлением вытесняет литье в кокиль. Осваивается литье сталей и чугуна под давлением.

Стоимость пресс-формы в 3—5 раз выше стоимости кокиля, что необходимо учитывать при выборе экономически выгодного для данных условий способа.

Центробежное литье.

Металлические формы для центробежного литья называют ко­килями. Центробежный способ применяют так­же для заливки в разовые формы, например, титановых, брон­зовых, чугунных, стальных и других сплавов.

При литье в металлическую форму сплав заливают в подогре­тую вращающуюся форму. Он начинает вращаться под действием центробежных сил и затвердевает. Еще горячую от­ливку извлекают из формы, форму охлаждают до температуры 200—300°С, на ее рабочую поверхность наносят теплоизоляционное покрытие и процесс повторяется.

Возможны три схемы центробежного литья.

При любой схеме ось вращения формы может быть горизон­тальной, вертикальной, наклонной.

Первая схема — наиболее распространена. По этой схеме по­лучают полые цилиндрические отливки без стержней. Машины с горизонтальной осью вращения применяют для длин­ных тел вращения: при l/d > 3; свободная поверхность отливки представляет собой цилиндр.

На машинах с вертикальной осью получают короткие тела вращения из-за разностенности по высоте отливки.