Технология конструкционных материалов (стр. 2 из 5)

- Плавно и точно регулировать температуру металла.

Эти печи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами. В электропечах можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этих печах можно выплавлять сталь и сплавы любого состава, более полно раскислить металл с образованием минимального количества неметаллических включений–продуктов раскисления. Поэтому электропечи используют для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения, высоколегированных, инструментальных, коррозионно-стойких (нержавеющих) и других специальных сталей и сплавов.

Основная дуговая печь.

Производство стали в электропечах относится к области техники, именуемой общим понятием «электрометаллургия». По сути, электрометаллургия охватывает все промышленные способы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока (в сталеплавильных электропечах, в руднотермических печах, в агрегатах электрохимических производств и др.) Чаще всего под словом «электрометаллургия» понимают отрасль техники, в которой стали и сплавы получают с использованием электрической энергии как источника тепла, а с понятием «электропечь» связывают соответствующий агрегат для получения стали и сплавов. Принятая классификация плавильных электрических печей (или просто электропечей) основана на главном признаке – способе превращения электрической энергии в тепловую.

В соответствии с этим электропечи для плавки металлов можно разделить на несколько групп.

Печи сопротивления

В соответствии с известными законами физики при прохождении тока по проводнику в нем выделяется тепло (количество которого зависит от силы тока и электросопротивления). В качестве элемента сопротивления может использоваться сам металл (прямой нагрев) или другой материал (косвенный нагрев).

Дуговые сталеплавильные печи (ДСП)

В данных печах преобразование электрической энергии в тепловую происходит в электрической дуге и выделяемое при этом тепло передается металлу либо с помощью излучения (косвенное действие, дуга горит между электродами), либо непосредственно за счет теплопроводности (прямой нагрев, дуга горит между электродом и металлом).

Схема центробежного литья на машинах с вертикальной осью вращения

Центробежный способ литья применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

Рис. 3. Схема получения отливки при вращении формы вокруг вертикальнной оси: 1- ковш, 2- форма, 3- шпиндель, 4- электродвигатель, 5- расплав, 6- отливка

При получении отливок со свободной параболической поверхностью при вращении формы вокруг вертикальной оси (рис. 3.) расплав из ковша 1 заливают в форму 2, закрепленную на шпинделе 3, приводимом во вращение электродвигателем 4. Расплав 5 под действием центробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы 2 и затвердевает, после этого вращение формы прекращают и извлекают из нее затвердевшую отливку 6.

Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней (рис. 4а.) в формах с вертикальной осью вращения. Так отливают венцы зубчатых колес. Расплав из ковша через заливочное отверстие и стояк 1 поступает в центральную полость 2 формы, выполненную стержнями 3 и 4, а затем через щелевые питатели (под действием центробежных сил) в рабочую полость формы. Технологический выход годного здесь меньше, чем в предыдущем способе. Избыток 5 расплава (сверх массы отливок) в центральной полости 2 формы служит прибылью и питает отливки при затвердевании.

Рис 4. Схема получения фасонных отливок: а - венцов шестеренб - мелких фасонных отливок, 1- стояк, 1- нижняя полуформа, 2- центральная полость формы 2- верхняя полуформа, 3 и 4- стержни 3- рабочая полость формы, 5- прибыль4- стержень

Мелкие фасонные отливки изготовляют по варианту (рис.4б.), в котором применяют, например, песчаную форму. Части формы 1 и 2 устанавливают на центробежный стол и крепят на нем. При необходимости используют стержни 4. Рабочие полости 3 должны располагаться симметрично относительно оси вращения для обеспечения балансировки формы. Расплав заливают через центральный сток, из которого по радиальным каналам он попадает в полости формы. ТВГ при таком способе литья приближается к выходу годного при литье в песчаные формы. При центробежном литье можно использовать песчаные, металлические, оболочковые и объемные керамические, комбинированные формы. Получение отливки с геометрически правильной свободной поверхностью возможно лишь при определенной угловой скорости вращения (определяющей гравитационный коэффициент). При недостаточной скорости вращения свободная поверхность отливки искажается, повышается ее шероховатость, расплав плохо очищается от неметаллических включений, завышенная скорость может приводить к образованию в отливках трещин, усилению механического пригара и ликвационных процессов.

Сущность и особенности этого способа литья, достоинства, недостатки и области его применения

Сущность центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливки происходит при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной, наклонной оси или при сложном вращении формы. Это обеспечивает дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах. Чаще используют два варианта способа, при которых расплав заливается в форму с горизонтальной осью вращения или с вертикальной осью вращения. В первом случае получают отливки - тела вращения малой и большой протяженности, во втором - тела вращения малой протяженности и фасонные отливки.

Преимущества центробежного литья:

-возможность улучшения заполняемости форм расплавом под действием давления, развиваемого центробежными силами; повышение плотности отливок вследствие уменьшения усадочных пор, раковин, газовых, шлаковых и неметаллических включений;

-уменьшение расхода металла и повышение выхода годного благодаря отсутствию литниковой системы при изготовлении отливок типа труб, колец, втулок или уменьшению массы литников при изготовлении фасонных отливок;

-исключение затрат на стержни при изготовлении отливок типа втулок и труб. Наряду с высокой производительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20...60 %.

Особенности формирования отливки обусловливают и недостатки этого способа литья:

-высокая стоимость форм и оборудования и ограниченность номенклатуры отливок,

-трудности получения отливок из сплавов склонных к ликвации;

-загрязнение свободной поверхности отливок неметаллическими включениями и ликватами; - неточность размеров и необходимость повышенных припусков на обработку свободных по-верхностей отливок, вызванная скоплением неметаллических включений в материале отливки вблизи этой поверхности и отклонениями дозы расплава, заливаемого в форму.

Наивысшие технико-экономические показатели центробежного способа достигаются при получении пустотелых цилиндрических отливок с различными размерами и массой (длиной до нескольких метров и массой до нескольких тонн): труб различного назначения из чугуна, стали, цветных и специальных сплавов; втулок и гильз для стационарных и транспортных дизелей; колец подшипников качения и др. Большое распространение получило центробежное литье для биметаллических изделий, изделий из сплавов с низкой жидкотекучестью и высоким поверхностным натяжением, при необходимости получения тонкостенных отливок со сложной геометрией и микрорельефом поверхности. К ним относятся, например, турбинные диски с лопатками, отливки художественного и ювелирного назначения (серьги, кулоны, перстни и др.). Для таких изделий применяют керамические оболочковые формы по выплавляемым моделям, гипсовые формы, кокили и др. Эффективность достигается при этом вследствие возможности получения отливок без стержней, практически без отходов металла на литники и прибыли; получения высокого

Формы. Для изготовления отливок центробежным способом применяют различные литейные формы: металлические, песчаные, комбинированные (металлические с песчаными стержнями), керамические, оболочковые по выплавляемым моделям и др. Формы могут быть предназначены для изготовления отливок на машинах с горизонтальной и вертикальной осью вращения формы, для длинных или коротких отливок цилиндрической формы, для получения фасонных отливок; конструкция формы зависит также от характера производства (единичное, серийное, массовое).

Литье втулок, колец, венцов из цветных сплавов. Для производства втулок бронзовых, бронзовых вкладышей, подшипников скольжения, единичного крупногабаритного бронзового литья массой до 3-х тонн, венцов бронзовых для редукторов, лифтов, бронзовых венцов червячных передач и венцов из медных сплавов применяют металлические и реже песчаные формы. Втулки бронзовые, небольших и средних размеров из медных сплавов отливают в формы, рабочая поверхность которых покрыта ацетиленовой сажей или графитовой краской. Форму перед заливкой нагревают до температуры 80…400 0C. Частоту вращения изложницы выбирают с учетом зависимостей, приведенных в разделе 5.4. Однако, например, отливки из медных сплавов, склонных к ликвации (высокосвинцовистые бронзы), во избежание ликвации отливают при частоте вращения изложницы менее критической, в режиме намораживания, при интенсивном охлаждении изложницы.