Комплексная механизация и автоматизация производства — замена ручного труда все более сложным комплексом машин-авто­матов, выполняющих основные и вспомогательные технологические операции и процессы контроля и управления. Особенно важным это направление является для литейного производства, представляю­щего комплекс трудоемких и тяжелых работ. Все более широко внедряются автоматические комплексы изготовления форм, приго­товления формовочной и стержневой смеси, изготовления стерж­ней, заливки металла в формы, выбивки и очистки отливок. За годы пятилетки в строй действующих вступят десятки автоматических линий, что существенно изменит облик литейного производства, позволит получать отливки высокого качества при высокой эконо­мической эффективности, улучшит условия труда литейщиков.

8. Химизация производства — Применение достижений совре­менной химии — новых синтетических материалов, внедрение мето­дов химической технологии обработки материалов.

В литейном производстве широко используют новые связующие, затвердевающие при контакте с нагретой модельной оснасткой, а также холоднотвердеющие связующие. Литье оболочковое, по выплавляемым моделям и по газифицируемым моделям является отражением широкого использования достижений химии в совре­менном литейном производстве.

Таким образом, технический прогресс в литейном производстве базируется на достижениях естественных наук и их приложении к решению непосредственно производственных задач. Успешное использование передовой техники и технологии в литейном произ­водстве способствует быстрейшему решению грандиозной задачи, стоящей перед нашей Родиной, — построения материально-техни­ческой базы коммунизма.

Раздел второй теоретические основы литейного производства

Растворимость газов в расплавах. Металлы и сплавы растворяют значительное количество газов в жидком и твердом состояниях. Расплав может насыщаться газами при загрузке в плавильную печь сырой, ржавой или покрытой маслом шихты, из воздуха, пода­ваемого в печь для горения топлива, из влажного топлива, руды, флюсов и т. д., а также от длительного соприкосновения расплава с атмосферой печи, газы которой способны растворяться в жидком сплаве.

Растворимость газа в расплавах подчиняется закону Сивертса: s = К У Pi — р%,

где s — количество газа, растворенного в расплаве, см³/100. г, Ръ Рч — парциальные давления газа соответственно в окружающем пространстве и в сплаве; К — константа растворимости, зависящая от температуры.

Растворимость газа в жидком сплаве возрастает с увеличением его парциального давления над зеркалом сплава. С повышением температуры растворимость газа, не образующего с металлом химических соединений, увеличивается. Если газ образует с ме­таллом химическое соединение, то с повышением температуры его растворимость уменьшается. Наибольшей растворимостью в чер­ных сплавах обладают водород, азот и кислород. Водород в растворе находится в ионном состоянии, в чистом железе при 1550° С раство­ряется 27,8 см³/100 г. Однако содержание водорода в стали обычно не превосходит 10—20 см³/100 г. Водород в стали и цветных сплавах является причиной образования пор, флокенов или трещин.

Кислород в жидких сплавах находится в виде окислов FeO, МпО, А1₂0₃ и т. д. Форма, в которой в жидких сплавах присутст­вует азот, точно не установлена, однако есть предположение, что в железоуглеродистых сплавах азот находится в виде нитридов железа, кремния, титана и других элементов.

Растворимость газов резко уменьшается с повышением темпе­ратуры, поэтому при кристаллизации сплавов из них могут выде­ляться газы. Считают, что наибольшей склонностью к образованию -самостоятельной фазы (пузырьков) обладает водород.

Окись углерода растворяется в металлах незначительно, по­этому предполагают, что в жидкой стали окись углерода образуется ■в результате химических реакций. Многоатомные газы непосред­ственно не растворяются в металле, но они могут диссоциировать с выделением, например, водорода, который растворяется в металлах. -

Образование газов при химических реакциях. К таким реакциям относится реакция восстановления закиси железа FeO углеродом в нераскисленной стали:

FeO + C = Fe + CO. (9)

Если реакция восстановления закиси железа углеродом не заканчи­вается до заливки стали в форму, то она продолжается и в стали, залитой в форму, а пузырьки СО из-за высокой скорости охлажде-

яия стали в форме остаются в отливке, в результате образуются

раковины.

При литье медных сплавов, вследствие недостаточной их рас- кисленности, может происходить восстановление- окиси меди угле- родом, входящим в состав покрытий форм:

СиО + С = Си + СО.

Эта реакция происходит наиболее интенсивно в зоне высоких температур — вблизи питателя и часто приводит к образованию ра-

ковин в отливках.

Влага, содержащаяся в формо- вочной смеси, при прогреве формы жидким металлом испаряется, в результате при литьё железоугле- родистых сплавов может протекать реакция

Fe + H₂0 = Fe0 + H₂.

Выделяющийся водород может растворяться в металле, a FeO, взаимодействуя с углеродом сплава по реакции (9), создает условия для образования СО и соответст- венно раковин в отливках.

Механическое замешивание га- зов в металл. Это возможно при заполнении формы металлом пу- тем инжекции воздуха и газов, а

также внедрения газов в отливку с поверхности газового потока. Инжекция воздуха происходит при течении жидкого металла через каналы литниковой системы. Движущийся металл может захватить воздух еще в литниковой чаше или воронке. Поэтому конструкция чаши должна обеспечивать не только отделение частиц шлака от металла, но и от пузырьков воздуха. Уровень металла в чаше необ- ходимо поддерживать максимальным, исключающим образование вихревых воронок (см. рис. 82, а), способствующих засасыванию воздуха в стояк. Воздух и газы также будут засасываться через газопроницаемые стенки каналов литниковой системы в местах, где возможно разрежение (рис. 148) из-за большой скорости дви- жения металла или из-за обтекания металлом острых углов.

Если пузырьки воздуха' и газов, попавшие в металл, не задер­живаются в шлаковике или других каналах литниковой системы, то они попадают в отливку, что вызывает образование в ней газовых раковин и пористости. Поэтому литниковая система должна быть заполненной, давление во всех ее местах должно быть положитель­ным и больше давления газов в стенках ее каналов.

Внедрение газов в отливку с поверхности раздела металл—форма. При заливке металла происходит разложение газотворных веществ

формы с выделением паров и газов. Увеличение объема газов в по­рах формовочного материала вызывает повышение в них газового давления. Поры в формовочном материале не являются изолирован­ными, поэтому при избыточном давлении выделяющиеся газы уда­ляются через форму в атмосферу. Таким образом, в форме, залитой металлом, наряду с тепловым режимом устанавливается также опре­деленный газовый режим. Величина давления газов в порах форм и стержней зависит от скорости выделения и отвода газов, а также от объема пор, являющихся в данном случае емкостями и каналами, по которым движутся газы. В свою очередь, процессы газовыделе- пия и газоотвода зависят от газотворности и газопроницаемости формовочных смесей.

Газовый режим формы очень влияет на качество отливки, в част­ности, на возможность возникновения ужимин, пригара, вскипа и на образование газовых раковин.

Проникновение газов из формы в металл. Источниками газов, 'Выделяющихся из формы в момент заливки и при дальнейшем охла- , ждении отливки, могут быть:

1. воздух, заполняющий поры в форме и расширяющийся при нагревании;

влага, находящаяся в формовочной смеси и испаряющаяся, особенно при заливке по-сырому;

органические примеси, случайно попавшие в смесь или вве­денные в виде добавок (угля, связующих);

воздух, вытесняемый струей металла при заливке;

химические реакции на поверхности металл —форма.

Выделяющиеся из формы пары и газы создают на поверхности

соприкосновения формы и металла повышенное давление.

Если сопротивление формовочной смеси движению газов от по­верхности раздела металл—форма в глубь формы будет больше, то создаются условия для проникновения газов в жидкий металл и образования газовых пузырьков на его поверхности. По мере поступления газа в полость пузырька из пор формы его размеры увеличиваются, и, наконец, наступает момент, когда под действием подъемной силы он всплывает. Если продолжительность всплыва­ния газовых пузырьков будет меньше времени заливки формы, то газовые раковины могут не образоваться. Это возможно при малой скорости заливки. Однако всплывающие газовые пузырьки остаются 6 отливке при образовании корки затвердевающего металла. В этом Случае возможно появление газовых раковин в отливке.

Проникновение пузырьков газа в отливку прекращается в момент образования достаточно прочной затвердевшей корки металла на поверхности отливки. Такая корка быстро образуется при изготов­лении отливок из чистых металлов и эвтектических сплавов с узким интервалом кристаллизации. Причиной появления в отливках из этих сплавов газовых раковин чаще всего бывают пузыри газа, образующиеся в момент после начала заливки. В отливках из широ­коинтервальных сплавов, затвердевающих с большой двухфазной

зоной (твердо-жидкой), образующиеся пузырьки газа при всплы­тии испытывают дополнительное сопротивление растущих кристал­лов, а сплошная корка твердого металла в этом случае образуется на поверхности формы позже. Поэтому при литье широкоинтерваль­ных сплавов опасность возникновения раковин от сопротивления растущих кристаллов больше.

Меры предупреждения образования газовых раковин и пористо­сти в отливках. Газовые раковины и пористость в отливках можно уменьшить только при соблюдении строгой технологической дис-. циплины на всех этапах изготовления отливки — от приготовления жидкого металла до заливки формы и затвердевания отливки. Меры по борьбе с газовыми дефектами в отливках разделяют на три группы.

К первой группе относят меры, предупреждающие насыщение сплава газами в процессе плавки. Большое значение имеет подготовка качественных шихтовых материалов, например 1 % ржавчины в стальной шихте вносит в плавильный агрегат около 2,5 м³ газов на 1 т жидкого металла. Поэтому шихтовые материалы перед плавкой необходимо тщательно очищать от ржавчины, масла, влаги.

Для предотвращения насыщения сплавов газами при плавке в печи на поверхности зеркала сплава наводят слой флюса, а также применяют плавку в среде защитного газа, инертного по отношению к жидкому сплаву. При плавке сплавов для особо ответственных отливок шихту подвергают сушке или прокалке, а иногда вакууми- рованию.

Плавку и заливку металлов и сплавов, применяемых для отли­вок, в которых содержание газов должно быть минимальным, обычно производят в вакуумных плавильно-заливочных агрегатах. К этим металлам и сплавам относятся титан и его сплавы, молибден, спе­циальные высокопрочные сплавы.

Ко второй группе относят меры, предусматривающие дегазацию жидкого сплава вне плавильного агрегата перед заливкой в форму или в процессе заливки — это вакуумирование сплава в ковше, разливка в вакуумных установках, обработка сплава ультразвуком, а также продувка сплавов инертными газами, напри­мер хлором, азотом, аргоном. Последний способ наиболее широко применяют при приготовлении алюминиевых сплавов.

Хлор, взаимодействуя с алюминием, образует газообразный хлористый алюминий А1С1₃. В пузырьки, пронизывающие жидкий сплав, диффундирует водород, растворенный в сплаве. Пузырьки, содержащие водород, всплывают на поверхность зеркала сплава, вынося водород из ванны.

На практике широко используют выдержку алюминиевых спла­вов перед разливкой, при этом сплав медленно охлаждается и рас­творенные газы выделяются из него. Затем сплав быстро нагревают до заданной температуры и заливают в формы. Этот способ удале­ния газов называется вымораживанием. Однако количество газо­

вых раковин и пористости в алюминиевых отливках можно умень- шить не только удалением газов из жидкого металла, но и с помо- щью торможения этого процесса, например кристаллизацией ме- талла под давлением 4—5 ат в автоклавах по способу акаД. А. А. Боч- вара и проф. А. Г. Спасского (см. раздел шестой, гл. II).

К третьей группе относят меры, улучшающие качество формы. Главное внимание обращают на соблюдение направленного газового потока от отливки в форму. Большое значение имеет вывод газов через стенки формы и знаки стержней. Упрощенная схема

газовых потоков в форме приве- дена на рис. 149!

Для предупреждения образова- ния газовых раковин в отливках необходимо принимать следующие меры:

1. увеличивать газопроницае-

снижать влажность формо- вочной смеси;

увеличивать газопроницае- мость формовочной и стержневой смеси;

подсушивать формы;