Курс лекций. Для студентов специальности 150101 «металлургия черных металлов»

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

для студентов специальности 150101 «Металлургия черных металлов»

всех форм обучения

Содержание

Введение........................................................................................................................................... 8

Раздел 1.

91.2 Классификация методов литья.................................................................................... 11

Раздел 2. Литейные свойства расплавов. Литниково-питающие системы.......... 13

2.1 Литейные свойства расплавов..................................................................................... 13

2.2 Литниково-питающие системы.................................................................................... 17

Раздел 3. Чугунное литьё......................................................................................................... 21

3.1 Общие сведения по железоуглеродистым сплавам................................................ 21

3.2 Классификация чугунов................................................................................................. 24

3.3 Основные преимущества чугунных отливок........................................................... 24

3.4 Физические и эксплуатационные свойства чугунов.............................................. 25

3.5 Кристаллизация и структурообразование чугуна................................................. 26

3.5 Влияние различных факторов на структуру и свойства чугунов...................... 28

3.5.1 Влияние химического состава.................................................................................. 28

3.5.2 Влияние графитовых включений на механические свойства чугуна............ 32

3.5.3 Влияние скорости охлаждения отливки................................................................ 34

3.6 Влияние металлической матрицы и структуры чугуна на механические свойства отливки 35

Раздел 4. Получение отливок из различных видов чугуна......................................... 39

4.1 Отливки из серых чугунов............................................................................................. 39

4.2 Отливки из отбеленного чугуна................................................................................... 42

4.3 Отливки из ковкого чугуна............................................................................................ 46

4.4 Отливки из высокопрочного чугуна........................................................................... 50

4.5 Чугун с вермикулярным графитом.............................................................................. 56

4.6 Термическая обработка чугунных и стальных отливок...................................... 56

Раздел 5. Стальное литьё.......................................................................................................... 60

5.1 Углеродистые стали........................................................................................................ 60

5.1.1 Механические свойства углеродистых сталей.................................................... 60

5.1.2 Литейные свойства углеродистых сталей............................................................. 62

5.1.3 Взаимодействие железа с легирующими элементами в углеродистых сталях 63

5.2 Легированные конструкционные литейные стали................................................. 65

5.3 Высоколегированные литейные стали со специальными свойствами............. 69

Раздел 6. Выплавка чугуна в литейных цехах................................................................ 73

6.1 Выплавка чугуна............................................................................................................. 73

6.2 Технологические схемы плавильных печей............................................................. 74

6.3 Общая характеристика процесса плавки чугуна................................................... 76

6.4 Плавка чугуна в вагранках........................................................................................... 76

6.3 Плавка чугуна в дуговых печах.................................................................................. 84

Раздел 7. Выплавка стали в литейных цехах................................................................... 90

7.2 Общая характеристика процесса плавки стали..................................................... 91

7.3 Плавка стали в мартеновской печи............................................................................ 95

7.5 Плавка стали в дуговых печах.................................................................................. 100

7.7 Технология получения высококачественной стали для отливок.................... 105

Раздел 8. Изготовление отливок в разовых песчано-глинистых формах............ 111

8.1 Основные этапы производства отливок.................................................................. 111

8.2 Формовочные материалы........................................................................................... 113

Раздел 9. Специальные виды литья................................................................................... 146

9.1 Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям............................... 146

9.3 Изготовление отливок литьем в оболочковые формы......................................... 148

9.4 Изготовление отливок в металлических формах.................................................. 150

9.5 Изготовление отливок литьем под давлением....................................................... 151

9.6 Изготовление отливок центробежным литьем...................................................... 153

Рекомендуемая литература.................................................................................................. 156

Введение

Литейное производство является одной из важнейших отраслей машиностроительной промышленности. В конструкциях современных машин и приборов большая часть деталей представляет собой отливки из стали, чугуна, медных, алюминиевых, магниевых и других сплавов. Литые детали составляют 60-80% общего веса машин. Особенно большое место занимают отливки в конструкциях металлургического оборудования, станков, турбин, кузнечно-прессовых машин. Методом литья можно из любых металлов и их сплавов изготавливать изделия сложной конфигурации, большинство из которых невозможно получить другими производственными процессами (например, штамповкой, механической обработкой). Масса отливок может быть самой различной – от нескольких граммов до сотен тонн. Стоимость литой заготовки или детали, как правило, получается меньше изготовленной другими методами. Отливка может представлять собой вполне законченную деталь или заготовку, которая подвергается затем обработке на металлорежущих станках.

Повышение механических свойств литых деталей позволяет получать путем литья такие ответственные детали, как коленчатые валы двигателей, рамные крепления локомотивов, детали автомашин, лопатки турбин, зубчатые колеса редукторов и др. В результате совершенствования современных методов литья отливки из новых труднообрабатываемых сплавов находят применение в ракетостроении, радиоэлектронике, приборостроении, авиации и других отраслях. В настоящем пособии приведены основные сведения по физическим и эксплуатационным свойствам отливок, свойствам расплавов, структуре чугунов и сталей, термодинамическим основам графитизации, различным технологическим операциям получения качественных отливок. Даются также характеристики важнейших материалов и устройств, применяемых как для получения литейных форм, так и для выплавки необходимых литейных сплавов.

В Южной Туркмении литье знали за 5000 лет до н.э. Сначала для литья использовалась самородная медь, однако она отличалась плохой жидкотекучестью, сравнительно высокой температурой плавления, поэтому литье получило мощный толчок к развитию, когда стали применять сплавы, имеющие по сравнению с чистыми металлами лучшие литейными свойства.

Первым действительно литейным сплавом была мышьяковистая бронза. В Грузии имелись большие запасы мышьяковистых руд, бронзу или выплавляли из полиметаллических руд или при плавке медных руд добавляли мышьяковистые материалы. Лишь со 2 тысячелетия до н.э. вместо мышьяковистых бронз начали применять оловянные. Первые литейные формы изготавливали из камня мягких пород, из глинистой пасты (сушили и обжигали), песчано-глинистыми. В качестве моделей применялись ранее изготовленные из камня изделия, о чем свидетельствует, например, идентичность формы каменных и литых топоров, или специальные деревянные модели. Сначала формы были открытыми, затем их стали накрывать сверху камнем - односторонние закрытые формы, одноместные и многоместные. В 3 тысячелетии до н.э. появились стержни (из глины), двухсторонние формы, состоящие из двух или больше частей. Для отвода газов из форм стали применять глину с навозом, соломой, шерстью и другими выгорающими добавками для обеспечения газопроницаемости.

С течением времени технология литья все более совершенствовалась, количество литых изделий увеличивалось. В первую очередь это были изделия художественного литья (серпы, оружие, предметы роскоши и украшения, предметы религиозного назначения, с IX века до н.э. начинается литьё колоколов). Нередко изготавливались биметаллические отливки, появились литые монеты. В 3 тысячелетии до н.э. на Кавказе возникло литье по выплавляемым моделям, давшее мощный толчок развитию художественного литья. Пустотелые отливки получали либо за счет использования стержней, либо за счет выливания незатвердевшего металла. Самая крупная отливка была получена в VIII веке н.э. в Японии - это статуя Будды массой свыше 250 тонн для храма Тодайдзи.

В 1 тысячелетии до н.э. на Северном Кавказе для производства наконечников стрел применяли многоместные металлические формы (кокили). Для отливки украшений литейщики Киевской Руси применяли бронзы, биллон, сплавы серебра с оловом, олово. Для литья олова применяли бронзовые формы.

Китайцы использовали железные руды с высоким содержанием фосфора (5-7%), что значительно снижало температуру плавления металла и положило начало применению чугуна. В Китае чугун начал использоваться еще в VI веке до н.э., на Руси - в XI-XIV веках, когда проявились первые шахтные печи для плавки и восстановления железа из руд - домницы.

В XIV веке в Московском государстве начинает развиваться литье бронзовых пушек и ядер. В 1478 году в Москве была основана «Пушечная изба», в 1648 году - первый русский оружейный завод «Ствольная мельница». В 1554 году в Москве была отлита первая пушка из чугуна. Настоящими шедеврами мастерства литейщиков стали «Царь-пушка» (1585 г.) массой 39 т, длиной 5,34 м, «Царь-колокол» (1733-1735 гг.) массой 202 тонн, высотой 6,14 м, диаметром 6,6 м.

Выдающимися произведения искусства являются памятники А.В. Суворову, М.И. Кутузову, Барклаю де Толли, скульптуры коней на Аничковом мосту (П.К. Клодт, 1830 г.), памятник К. Минину и Д. Пожарскому (скульптор И.П. Мартос, литейщик В.П.Екимов, 1816 г.) в Москве, памятник «Тысячелетие России» в Новгороде (скульптор М.О. Микешин, 1862г.), «Медный всадник» (Э.М. Фальконе, 1782г.).

Чугун широко используется и как наиболее распространенный конструкционный материал в машиностроении и в качестве материала для художественного литья. В 1800 году Россия заняла первое место в мире по выплавке чугуна. Самая крупная чугунная отливка массой 650 тонн (шабот) была изготовлена в Перми (1873г.), для чего построили специальный литейный цех с 14 вагранками, отливка остывала в форме около 5 месяцев.

На Каслинском заводе, который и сейчас отливает уникальные произведения искусства, в 1900 году был изготовлен чугунный павильон для Всемирной выставки в Париже. Многочисленные узорные ограды в Санкт-Петербурге – в большинстве своем литые чугунные.

Раздел 1.

Дата добавления: 2014-01-06