Сущность литейного производства

Литейное производство — отрасль машиностроения, за­нимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость ко­торой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет кон­фигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продук­цию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5—500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).

Для изготовления отливок применяют множество способов литья:

в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавля­емым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообраз­ностью и другими факторами.

Серым чугуном называется сплав железа, углерода и других элементов, в котором при затвердевании вместо ледебурита образуется железо — графитная эвтектика.

Структура - это характеристика металла, зависящая от методов изучения его строения. Выделяют следующие типы структур:

кристаллическая структура;
субструктура;
микроструктура;
макроструктура.

Кристаллическая структура
Металлы представляют собой кристаллы с трехмерной периодичностью. Основой кристаллической структуры является трехмерная решетка, в пространстве которой располагаются атомы. В зависимости от характера расположения атомов в кристаллической решетке структуры чистых металлов разделяются на ряд типов

Субструктура
В реальном металле кристаллическая структура множество дефектов, которые в значительной от степени определяют его свойства. Совокупность дефектов решетки и их пространственное распределение в кристалле называется субструктурой. Здесь кристаллы могут образовывать более крупные фрагменты – кристаллиты, блоки, зерна, фрагменты, полигоны.

Структура металла это его кристаллическое строение. Свойства металлов и сплавов определяются не только их химическим составом, но и внутренним строением. В результате различных процессов обработки можно изменять внутреннее строение металла и, как следствие, его свойства. В машиностроении обычно исследуют микро и макро структуру.
Макроструктурой называется строение металла, видимое невооруженным глазом или при увеличении не более 10-кратного.
Микроструктурой называется строение металла, видимое при больших увеличениях.

Маркировка сталей.

СЧ15 – серый чугун, временное сопротивление при растяжении

150Мпа.

2.КЧ45-7– ковкий чугун, временное сопротивление прирастяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

3.ВЧ70 – высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

4.АЧВ – 2 – антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

5.ЧН20Д2ХШ – жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное – железо, углерод, форма графита – шаровидная

6.ЧС17 – коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное –железо,углерод.

Конструкционные стали – стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

Инструментальные стали – стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др

БСТ2кп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2, кипящая.

2. СТ5Гпс – сталь конструкционная обыкновенного качества, группы, поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.

3. ВСт3сп - сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3, спокойная.

Получение чугуна

Флюсы необходимы для удаления из доменной печи тугоплавкой пустой породы и золы топлива. На их основе образуется доменный шлак, который в жидком состоянии удаляется из печи. Флюсы выбирают в зависимости от химического состава пустой породы руды. В отечественных железных рудах в пустой породе содержится большое количество SiO2. Поэтому в качестве флюса используют материалы с повышенной щелочностью, к которым относится известняк CaСO3. С его помощью можно снизить содержание в металле серы, которая переходит в него из кокса и железной руды. Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо и флюсы. Железные руды содержат железо в виде оксидов Fe₃O₄ и

Fe₂O₃, гидроокисей Fe₂O₃ · Н₂О, карбонатов FeСO₃ и др., а также пустую породу, состоящую из SiO², Al₂O₃, MgO и др.

По мере нагревания и протекания физико-химических процессов плавки из шихты образуется чугун. Он стекает в нижнюю часть печи, откуда периодически удаляется, а сверху через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты.

При температуре 1000–1100 °С восстановленное твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода и коксом, интенсивно растворяет углерод и расплавляется. Это происходит на уровне распара и заплечиков (рис. 3.1). Капли железоуглеродистого сплава (чугуна), стекая по кускам кокса, продолжают насыщаться углеродом до 4,3 %, марганцем, кремнием, фосфором, которые также восстанавливаются из руды при этой температуре.

Получение стали

Кричный процесс. Сущность кричного способа переработки чугуна заключается в том, что чугун расплавляют и перемешивают в горне со шлаками, богатыми окислами железа; под действием кислорода шлаков и дутья углерод, кремний и марганец выгорают.

Вследствие уменьшения примесей температура плавления металлической массы повышается и она густеет. Осевшую на поду горна металлическую массу выворачивают и подвергают вторичному плавлению. В результате на дне горна получается ком из спекшихся зерен железа, называемый крицей. Крицу извлекают из горна и проковывают для придания ей требуемой формы и отжатия застрявшего в порах жидкого железистого шлака.

Пудлинговый процесс. Пудлинговый способ передела чугуна в сталь является наиболее старым после кричного. Сущность зтого способа заключается в том, что чугун расплавляют в отражательных печах, подина которых изготовлена из шлаков, богатых окислами железа. В результате воздействия окислов железа и кислорода, содержащегося в печных газах, углерод и другие примеси выгорают из чугуна.

Важным отличием пудлингового процесса от кричного является то, что в пудлинговом процессе топливо сжигается в отдельной топке, не смешиваясь с металлом, и потому чистота топлива не имеет решающего значения.

Пудлинговый процесс изобретен в конце XVIII в. и был до второй половины XIX в. почти единственным способом переработки чугуна в заводском масштабе. В настоящее время пудлинговый способ вытеснен конвертерным и способом производства литой стали в пламенных регенераторных печах.

 

Мартеновский процесс. С расширением области применения стали начали накапливаться запасы стального лома, и все настойчивее становился вопрос о способе его переплавки.

Конвертеры для этой цели неприменимы вследствие того, что они приспособлены для переработки лишь жидкого чугуна, а пудлинговые печи оказывались непригодными вследствие слишком низкой рабочей температуры. Задача была разрешена в 1865 г. французами Пьером и Эмилем Мартен, которые воспользовались этой цели регенераторной печью Сименса, применяемой в стекольном производстве.