Мероприятия направленные на предотвращение возникновения

Ужимин на отливках.

Для предотвращения образования ужимин на отливках выбрали несколько направлений: изменение конструкции отливки; изменение технологии изготовления отливки с изменением параметров литниковой системы; улучшение качества формы с введением покрытий и изменением её теплофизических свойств; контроль за параметрами заливаемого сплава. Каждый пункт включает множество мероприятий, направленных на совершенствование технологии производства отливки и стабилизацию процессов. Основными из них являются:

-изменение конструкции отливки с ликвидацией плоских развитых поверхностей или введением противоужименных сеток.

-изменение положения отливки в форме при заливке и сокращение горизонтально расположенных поверхностей с целью избежания их значительного перегрева (желательно расположить их наклонно, чтобы сократить площадь излучающего зеркала расплава);

-увеличение сечения питателей с целью повышения скорости заливки и рассредоточение питания по периметру отливки; устранение длительного перелива расплава в изолированные полости формы;

-увеличение металлостатического напора;

-применение прошпиливания потенциально дефектных мест или других способов захалаживания;

-применение эффективного контроля за температурой заливаемого сплава, снижение температуры заливки в оптимальных пределах;

-снижение градиента влажности в зоне конденсации влаги и поверхностной корочке за счёт общего снижения влажности смеси и подсушивания формы;

-применение смеси с повышенной газопроницаемостью и низкой газотворной способностью, обеспечение эффективной вентиляции объёма формы с целью снижения давления газов, образующихся при перегреве приповерхностных слоёв;

-равномерное уплотнение форм и стержней;

-введение специальных добавок в формовочную смесь, снижающих уровень напряжений в поверхностных слоях формы;

-регулирование доли отработанной смеси и регенерированного песка с целью снижения деформативной способности уплотнённой формы или стержня (оолитизация зёрен песка в горелой смеси снижает коэффициент термического расширения);

-замена кварцевого песка на наполнители с низким коэффициентом термического расширения (например, цирконовый концентрат);

-замена связующего на жидкое стекло (жидкостекольные смеси в процессе заливки не претерпевают деформационных изменений в первые 20 сек. перегрева, а далее плавно нарастают деформации сжатия);

-активирование бентонитов с целью повышения спекаемости формовочной смеси;

-введение добавок крахмалита или волокнистых добавок для увеличения прочности связи спечённой корочки с подложкой (подкорковой зоной формы);

-опрыскивание горизонтальных поверхностей формы связующими на органических растворителях с последующим их выжиганием для увеличения поверхностной прочности формы;

-опрыскивание неорганическими связующими с последующей подсушкой для образования в поверхностном слое формы прочной пластичной при прогреве корочки;

-применение противопригарных покрытий с высокой теплоотражательной способностью для защиты поверхностей формы от излучения в том числе;

-применение припыливания полуформ с целью задымления, снижения оптической прозрачности газовой среды в рабочей полости формы или изменения её химического состава;

-введение в форму стержневых специальных термостойких вставок с целью частичной замены и защиты мест вероятного образования ужимин;

-применение продувки воздухом полости крупных форм в процессе заливки с целью снижения величины теплового нагружения за счёт дополнительного охлаждения.

7. Непрерывным литьем называют такой способ литья, в процессе которого из кристаллизатора (формообразователя) извлекается частично затвердевшая заготовка, длина которой больше длины кристаллизатора.

Сущность способа состоит в том, что жидкий металл равномерно заливают в охлаждаемую форму-кристаллизатор с одного конца и в виде затвердевшего слитка (прутка, трубы, заготовки квадратного, прямоугольного или другого сечения) вытягивают специальным механизмом с другого конца, в результате чего создаются для направленного затвердевания и питания усадки отливки. Отливки получаются плотными, без усадочных раковин и рыхлот, с высокими механическими свойствами.

Этим способом можно получать отливки всех известных черных и цветных сплавов. Высокая экономическая эффективность применения этого способа обеспечивается следующими преимуществами: возможностью получения слитка, трубы, профиля неограниченной длины и требуемого поперечного сечения; увеличением выхода годного за счет уменьшения расхода металла на прибыльные и донные части слитков; уменьшением расходов на изготовление изложниц; уменьшением ликвационной неоднородности отливки, устранением усадочных раковин и газовой пористости. Высокое качество металла достигается созданием условий направленного теплоотвода и соответственно затвердевания отливки, а также постоянного питания фронта кристаллизации жидким металлом. В результате чего отливки и слитки не имеют усадочной и газовой пористости, неметаллических включений. Таким способом отливают прутки, плиты, профильные заготовки для деталей машин.

По характеру взаимодействия затвердевающей отливки с кристаллизатором способы непрерывного литья подразделяются на три класса: 1)в подвижные кристаллизаторы; 2) в кристаллизаторы скольжения; 3) без кристаллизатора.

1. Подвижные кристаллизаторы перемещаются вместе с заливаемым в них расплавом и затвердевающей отливкой вплоть до образования на ней достаточно прочной корки. При этих способах отсутствует перемещение образовавшейся корочки металла относительно кристаллизатора, в результате чего корочка на начальном этапе формирования не испытывает растягивающих напряжений. Непрерывное литье в подвижных кристаллизаторах используют в основном для получения тонколистовых заготовок, а также лент и проволоки из легкоплавких сплавов.

2. Наибольшее распространение получили кристаллизаторы скольжения. Для этих способов характерно постоянное или периодическое относительное перемещение затвердевающей отливки и кристаллизатора. Наличие между ними сил трения вызывает проявление в тонкой корочке растягивающих напряжений, которые могут привести к разрыву корки и образованию поверхностных дефектов. По механизму формирования отливки второй класс способов литья подразделяют на две группы – способы литья с закрытым и открытым уровнями. При литье с открытым уровнем расплав заливают в кристаллизатор сверху. Начальная корочка в процессе формирования испытывает незначительное металлостатическое давление, а на затвердевающую отливку воздействуют струи заливаемого металла. При литье с закрытым уровнем полость кристаллизатора соединена с промежуточной емкостью. Поступление металла в кристаллизатор регулируется только скоростью извлечения заготовки, начальная корочка постоянно прижата металлостатическим давлением к поверхности кристаллизатора.

3. К третьему (небольшому классу) относятся способы непрерывного литья, при которых кристаллизатор, выполняющий обычно роль формообразователя и охладителя, отсутствует. Эти способы в настоящее время имеют ограниченное применение.

Кристаллизаторы бывают горизонтальные и вертикальные, металлические и графитовые. Горизонтальное расположение технологической оси имеет ряд преимуществ перед вертикальным: низкие капитальные и эксплуатационные затраты (не требуется затрат на строительства башен или колодцев, поскольку оборудование размещено на полу цеха); наличие металлоприемника, соединенного непосредственно с кристаллизатором, уменьшает окисление металла, загрязнение его неметаллическими и шлаковыми включениями, предотвращает дефекты от воздействия падающей струи.

тельных заводов широкое применение находят процессы непрерывного литья на горизонтальных машинах для получения заготовок типа втулок, призм, направляющих металлорежущих станков из чугуна и медных сплавов. Использования таких заготовок позволяет повысить качество деталей, уменьшить отходы металла в стружку, повысить производительность труда и эффективность производства. Высокая экономическая эффективность достигается при использовании непрерывного литья чугуна и медных сплавов на установках горизонтального типа (рис.) В стенке раздаточной печи 1 установлен графитовый кристаллизатор 2, имеющий в поперечном сечении профиль отливаемой заготовки. Для регулирования скорости охлаждения металла кристаллизатор 2 может иметь дополнительную систему охлаждения 3. В начальный момент процесса в кристаллизатор вводят затравку 4 с ласточкиным хвостом. При движении затравки тянущим устройством 5 расплав попадает в кристаллизатор и, охлаждаясь, образует на его стенках корочку твердого металла, толщина которой непрерывно увеличивается так, что на выходе из кристаллизатора образуется отливка 6. Затвердевшая отливка непрерывно извлекается из кристаллизатора со скоростью, пропорциональной скорости затвердевания расплава в кристаллизаторе.

Билет 5.

1.Большинство технологических процессов в ЛП требует длительного контакта орудия с предметом обработки. Поэтому для них применяют чаще многопозиционные машины с периодическим транспортирующим движением, называемы также индекс-машинами, или машинами с индексирующими столами.

В случае роторных машин загрузка и снятие изделий с машины упрощается и сосредотачивается в одном месте.

На рис. 5 приведена схема трехпоточной машины с четырехпозиционными индекс-машинами в потоках. За время полного оборота карусели на индексирующих столах в каждом потоке выполняется один полный цикл, т.е. остановка и передвижение между позициями. При этом загрузка изделий на машину для обработки и снятия с нее готовых изделий могут быть сосредоточены территориально в одном месте. Циклы процесса в отдельных потоках равномерно смещены.

Можно представить себе также многопоточную машину, имеющую на общей непрерывно вращающейся карусели отдельные многопозиционные машины с непрерывно вращающимися столами.

Здесь время полного оборота общей карусели равняется времени прохождения вращающимся столом единичной машины зоны инструмента с наиболее длительным переходом, т.е. шага изделий на столе единичной машины. Цикли в отдельных потоках равномерно смещены, загрузка и снятие изделий централизованы.

Штучное время или темп работы многопоточной машины с многопозиционными индексирующими столами, в каждом потоке составляет

z_шт = t = z_ед /n = (z_max + z_тр)/n, где z_ед = ∑z – продолжительность цикла единичной машины; n – число потоков,

а при идеальной расчленяемости процесса в потоках на позиции равной продолжительности

z_шт = t = (∑z/m + z_тр)/n

Для многопоточной машины с многопозиционными непрерывно вращающимися столами в каждом потоке

z_шт = t = z_ед/n = z_max/n,

а при идеальной расчленяемости процесса

z_шт = t = ∑z/mn, где m – число позиций

2.

3.Так как опоки на автоматических формовочных линиях испытывают повышенные нагрузки, их делают более прочными (толстыми). Опоки для пескодувного метода уплотнения литейных форм должны иметь отверстия - венты.

4.Процессы плавки: кислые и основные.

Кислый. Футеровка на основе SiO₂.(динос). Невозможно удалить серу и фосфор. Экономически выгоден, т.к. в случае плавки в дуговых печах при кислом процессе стойкость футеровки в 2 раза выше, длительность плавки на 20-25% меньше, расход электроэнергии на 10-15% ниже, чем при основном. Получается более горячий металл, однако менее качественный. Используется для производства мелких менее ответственных отливок.

Основный. Футеровка из магнезита или хромомагнезита с применением основных шлаков на основе СаО, MgО. Основные шлаки позволяют осуществить процессы десульфорации и дефосфорации (удаление серы и фосфора до минимальных значений). Сталь получается более качественная. Под окислительным шлаком в основном процессе удаляется фосфор:

2Р + 5FeО = Р₂О₅ + 5Fe; Р₂О₅ + 3FeO = ((FeO)₃P₂O₅) – шлак

Фосфор удаляется также известняком: 2Р + 5FeO + 4СаО = (4СаО·Р₂О₅) + 5Fe Для успешного удаления фосфора необходимо наличие FeO и СаО в шлаке и не требуется высокая температура.

Удаление серы: [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO); [MnS] + (CaO) = (CaS) + (MnO) Для полного удаления серы необходимо высокое содержание СаО в шлаке и высокая температура.

5.При диагностике причин возникновения газовых дефектов в отливках следует в первую очередь рассматривать основные признаки, которые указывают на характер их образования. К ним относятся форма и расположение газовых раковин, их размеры и цвет. Кроме того необходимо рассмотреть условия и параметры формовки, сборки формы, плавки и заливки конкретной отливки и время ее изготовления. В последнюю очередь рассматривают статистику брака предыдущих партий литья и тенденции изменения показателей.

В образовании газовых дефектов отливок участвуют газы разного происхождения: растворенные в металле, образующиеся при химических реакциях и выделяющиеся из материалов формы. Источниками газов в основном являются вода, воздух, органические вещества, претерпевающие физико-химические превращения в процессе приготовления сплава, заливки и охлаждения.

Форма, размер и расположение раковин указывают на механизм их образования. Округлые шарообразные раковины с гладкими стенками размерами 2÷5 мм в диаметре, расположенные со стороны питания отливки или по направлению движения потока металла свидетельствуют об образовании их в результате реакции взаимодействия между расплавом и формой, а также инжекции газов при заполнении. Подобные раковины, но расположенные большими группами, могут образоваться в местах подвода металла или в местах других источников (например переувлажнения при низкой фильтрационной способности формы или стержня). Характерным признаком является их, в основном, приповерхностное расположение, и обнаруживаются они после снятия припуска на механическую обработку. Раковины, той же сферической формы, расположенные равномерно по большей части объема отливки, указывают на вероятность их образования по вине нераскисленного металла или перенасыщенного другими газами, например, в количествах, превышающих предельную растворимость в данных условиях.

Различают два вида газовых дефектов: эндогенные, образующиеся при выделении газа из пересыщенного металла и экзогенные, возникающие в результате внедрения газов в отливку через ее поверхностный слой.

После заполнения литейной формы в результате теплообмена затвердевание начинается от стенок формы, что препятствует удалению газа из центральной зоны отливки, где и происходит образование газовых раковин. Перемещению способствует термодифузия газов к центру отливки из-за значительного температурного градиента по ее сечению. Такое множественное образование раковин, равномерно расположенных в большей части объема отливок обычно характеризуют как газовую пористость, независимо от величины пузырей. В отдельных случаях газовые дефекты могут возникать за счет не только растворенных в металле газов, но и газов образующихся при кристаллизации отливки. Например, в стали, содержащей кислород могут образовываться оксиды углерода в результате взаимодействия углерода с оксидами железа, выделяющимися из жидкого железа при кристаллизации твердого раствора.

Мелкие вытянутые раковины каплевидной формы с отчетливо оформленным устьем (сужением) направленным к источнику образования дефекта указывают на местное переувлажнение формы или повышенную газотворную способность, например, противопригарного покрытия. Чаще поражаются отливки подобными дефектами в виде ситовидной пористости. Раковины называются подкорковыми, т.к. они обычно отделены от поверхности отливки на 2-5 мм, на длину устья пузырька. При образовании такой раковины решающую роль играет резкое повышение давления (взрывного характера) на границе контакта с внедрением газов через слой кристаллизующейся отливки. Например, такой дефект в виде мельчайших светлых раковин возникает на стальных отливках, окрашенных дистенсиллиманитовой краской, из-за диссоциации кристаллизационной воды в данном минерале. По этой причине не рекомендуется окрашивать формы для стального литья развесом более 5 кг красками на основе кварца (маршалита) дистенсиллиманита и других минералов, содержащих связанную влагу в своем составе. При переувлажнении формы, местное скопление мелких раковин может располагаться на глубине до 20 мм в зависимости от мощности источника газообразования.

Крупные газовые сферической формы раковины и пузыри различных округлых очертаний являются следствием, как правило некачественной заливки недостаточной вентиляции формы, вскипа на поверхности формы или стержня, повышенной их газотворной способности. Пузыри могут образоваться и в небольших отливках, если скорость и объемы образования газов превышают или соизмеримы со скоростью заполнения формы и скоростью кристаллизации. Сочетание многих факторов приводит, например, к образованию раковин и пузырей в уплотнительных кольцах из легированного чугуна. Предположительно раковины образуются из-за внедрения газов при избыточном количестве связующего. Форма раковин от вскипа с продолжительным волнением металла отличается разными очертаниями пузырей с наличием в них корольков и острых выступов, соединенных с массой тела отливки.

В некоторых случаях газовые раковины не имеют традиционной округлой формы, если их формирование связано с усадочными процессами, когда накладывается также процесс кристаллизации. При понижении температуры в расплаве, залитом в литейную форму, выделяются пузырьки газа избыточного для данных температур, которые запутываются в растущих кристаллах (дендритах) и приобретают любую угловатую форму. Подобные раковины чаще называют газоусадочными или газоусадочной пористостью в зависимости от их величины и количества на определенной площади. Вероятно форма газоусадочных раковин зависит от давления и температуры газов внутри пузырька и продолжительности их воздействия на кристаллизующийся металл. В случае, если газы прорвались за литейную корку под высоким давлением и при сравнительно низкой температуре, то создается условие для сохранения округлой вытянутой формы. При этом может сформироваться округлая форма раковины без наличия устья, а может быть грушеобразная или цилиндрическая.

Цвет газовых раковин зависит от состава газов, находящихся в полости пузырька. Блестящая неокисленная поверхность закрытой раковины светлого цвета указывает на образование ее при участии водорода от диссоциации воды или выделяющегося из расплава при снижении температуры. Цвет открытых газовых раковин и пузырей в основном темный от темно-серого до темно-синего, т.е. они имеют окисленную поверхность от воздействия преимущественно кислорода воздуха или паров воды. Газовые дефекты образованные в отливках при заливке формы из песчано-смоляных смесей, могут образоваться при участии газов после термодеструкции связующих и катализаторов: СО, H₂S, H₂CH₄, CH₂O, NH₃ и др. Цвет раковин от углеводородов и азота может быть светлым, раковины блестящие. При участии большего количества различных газов цвет пузырей может иметь различные оттенки, иногда например, зеленоватый или так называемые цвета побежалости. Газоусадочные раковины имеют в основном типичную темную окраску, но присутствие различных газов может изменить цвет их поверхности.

Для предотвращения образования в отливках газовых дефектов необходимо обеспечивать минимально возможное содержание газов в жидких сплавах снижать газотворную способность формы и создавать условия для удаления образующихся газов. При разработке конкретных мер исключения возникновения дефектов необходимо выяснить их истинную природу образования, причины и параметры развития. Все мероприятия можно разделить на организационно-технические и технологические. К первой группе можно отнести следующие основные мероприятия: обучение и совершенствование знаний кадров, повышение ритмичности производства, совершенствование службы контроля, совершенствование уровня производства. Ко второй группе мероприятий относятся: создание технологичных конструкций отливок, выбор наиболее эффективной технологии изготовления отливок, совершенствование технологических процессов на всех переделах производства. Назначать технологическое мероприятие на исключение газовых раковин можно после всестороннего исследования газового режима литейной формы. Во всех случаях рекомендации должны быть направлены на снижение напряженности газового режима. Необходимо учитывать, что в реальной форме происходит наложение различных факторов приводящих к образованию газовых раковин, среди которых возможно доминирует один, а другие играют вспомогательную роль.

6.Наиболее распространенными методами исправления дефектов в отливках являются электродуговая и газовая сварка, декоративное исправление различными пастами и замазками, металлизация, устранение течи пропиткой и специальными покрытиями, механические заделки-вставки и пробки, термическая обработка.

При расположении дефектов на необрабатываемых поверхностях отливок выбор способа сварки упрощается, так как выполняется задача декоративного исправления. Однако, устранение дефектов на стенках отливок, испытывающих значительные динамические нагрузки или работающих под давлением, требует выбора сварки, обеспечивающего плотность и прочность сварного шва. Эти требования выполняются при использовании горячей и холодной электросварки. В основном электросварка проводится без общего нагрева отливок; лишь в отдельных случаях применяется местный подогрев на участке сварки.

Газопламенная сварка имеет преимущество перед дуговой в том отношении, что между нагревом основного материала отливки или сварочной ванной и плавлением присадочного материала нет прямой связи. Это позволяет расплавлять или просто нагревать основной металл и обеспечивать термический режим в процессе сварки, а также в период охлаждения сварного соединения.

Способы горячей и холодной газовой сварки малопригодны при исправлении дефектов, обнаруженных после механической обработки. В этом случае рациональнее использовать методы пайкосварки. Пайкосварка представляет собой газопламенную обработку, при которой расплавлению подвергается присадочный пруток, а основной металл не расплавляется.

Во всех случаях место порока отливки разделывается до основного чистого металла любым способом – вырубкой, сверлением и т.п.

Особо тщательно следует подготавливать к сварке сквозные отверстия, отбитые или недолитые части отливки.

Многие пороки отливки, обнаруженные на поверхностях, которые не подвергаются механической обработке, можно исправлять различными декоративными замазками и пастами. Этот способ исправления заключается в том, что дефектное место заполняется специальной массой, которая затвердевает и остается в теле отливки. Совершенно недопустимо исправлять замазками отливки, работающие под нагрузкой, давлением или в местах, ослабляющих прочность. Составы для исправления пороков отливок приготавливаются главным образом из эпоксидных смол марок ЭД-5 и ЭД-6. Например: Эпоксидная смола 100 весовых частей, пластификаторы (дибутилфталат) 10-25, отвердитель (полиэтиленполиамин) 8-9, 60% веса смолы составляют какие-либо наполнители.

Перед нанесением эпоксидного состава места пороков подогревают и обезжиривают, чтобы увеличить сцепляемость состава с металлом.

Металлизация применяется для исправления таких поверхностных пороков отливок, как пористость, рыхлота, неплотность сварного шва. Иногда металлизация применяется для устранения в отливках течи при условии дальнейшей эксплуатации отливок под давлением не более 0,4 МПа при температуре не выше 400ºС. Сущность металлизации состоит в том, что мельчайшие капли металла, расплавленные электрической дугой, распыляются и наносятся на место порока отливки сжатым воздухом. Распыленные частицы расплавленного металла заполняют полость порока и прочно сцепляются с основным металлом отливки.

Для устранения потения или небольшой течи в отливках обычно применяется односторонняя или двухсторонняя пропитка.

Материалами для пропитки отливок служат: 4-5%-ный раствор нашатыря, водный раствор хлористого железа, железного сурика и натриевой селитры, раствор соды в воде, натуральная олифа (подогретая), 10%-ный раствор жидкого стекла, спиртовой раствор бакелитового лака, эпоксидный клей.

Пропитка производится под давлением от 0,2 до 0,7 МПа в зависимости от применяемого пропиточного материала и требований, предъявляемых к отливке.