Литейное производство

Затем загружают  известь, плавиковый шпат и шамотный бой. После расплавления флюсов и  образования высокоосновного шлака  на его поверхность вводят раскислительную смесь, углерод кокса и кремний ферросилиция, восстанавливают оксид железа в шлаке, содержание его в шлаке ниже, и кислород из металла переходит в шлак. По мере раскисления и понижения содержания FеО шлак становится белым. Раскисление под белым шлаком длится 30-60 мин.

Для определения  химического состава металла  берут пробы, затем в печь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов для получения заданного химического  состава металла. Порядок ввода  определяется сродством легирующих элементов к кислороду. Конечное раскисление выполняют алюминием и силинокальцием и выпускают металл из печи в ковш, из которого его разливают в изложницы.

При использовании  дуговых печей большой вместимости  выплавка высококачественной конструкционной  стали выполняется с использованием специальных технологий: вакуумирование стали, внепечная обработка синтетическим известково-глиноземистым шлаком, продувка аргоном и т.д.

Высококачественные  стали разливают в слитки массой 500 кг – 7 тонн. Для высококачественных сталей используют разливку сифоном  в изложницы.

В изложницах сталь затвердевает, и получаются слитки, которые подвергают дальнейшей обработке. Поверхность слитка получается чистой.

 

 

 

Непрерывная разливка стали (вертикальная).

 

Сталью  заполняются одновременно несколько  изложниц: сталь плавно, без разбрызгивания заполняет изложницы (меньше раковин  и пустот, плен оксидов от брызг  металла, затвердевающих на стенках  изложницы).

Наиболее  совершенный способ разливки стали (изобретенный в СССР) — непрерывная  разливка, заключающаяся в том, что  жидкий металл из ковша 1,  через промежуточный ковш 2 непрерывно поступает в кристаллизаторы 3, охлаждаемые водой. Далее затвердевающий металл формируется прокаткой между валками 5 и потом разрезается на куски резаком 6. Куски стали,  кантователями,  укладываются на элеваторы.

Этот  способ разливки стали имеет следующие  достоинства:

1) при  получении заготовок небольшого  сечения исключается необходимость  применения дорогостоящих обжимных  станов (блюмингов);

2) исключается  необходимость в изложницах, поддонах  и т. Д.;

3) отсутствуют  прибыльные части слитков, что  позволит сэкономить до 20% металла.

Таким образом, слитки из сталеплавильных цехов  при применении непрерывной разливки стали могут направляться в горячем  состоянии непосредственно в  прокатку, что обусловливает значительную экономическую эффективность такого непрерывного цикла производства стали.

Рис.4. Схема  установки непрерывной разливки стали (вертикальная):

1 — сталеразливочный ковш; 2 —  промежуточный ковш (предназначен  для снижения и стабилизации  напора металла, поступающего  в кристаллизатор, и для распределения  металла по нескольким кристаллизаторам  на многоручьевых установках);

3 — кристаллизатор; 4 — зона вторичного охлаждения  с устройствами для направления  заготовки и подачи воды; 5 —  тянущие валки; 6 — слиток; 7 —  устройство для разрезки заготовки  (кислородные резаки или ножницы); 8 — устройство для выдачи заготовки.

Изготовление молотовых  штампов.

Ручьи молотовых штампов делятся на заготовительные, штамповочные и отрубные. В качестве заготовительных наиболее часто используют пережимной, протяжной, подкатной, формовочный, гибочный ручьи (для удлиненных поковок), а также площадку для осадки (для симметричных в плане поковок). Для отдельных видов поковок применяют специальные протяжной и формовочный ручьи, площадку для расплющивания и высадочный ручей. К штамповочным относят окончательный (чистовой) и предварительный (черновой) ручьи, а для сложных поковок — заготовительно-предварительный ручей. Отрубными ручьями в молотовых штампах являются ножи. Окончательный ручей предназначен для получения поковки, соответствующей чертежу и техническим условиям на ее изготовление. Окончательный ручей вычерчивают и изготовляют по чертежу горячей поковки. Он имеет облойную канавку по всему контуру. Основные типы облойных канавок, применяемых при молотовой штамповке, показаны на рис. 1, а. Наибольшее распространение получил тип /. В последнее время начинают применять также клиновые облойные канавки (рис. 1, б, в).

При штамповке поковок с глубокими  полостями, когда наблюдается неравномерное  вытекание металла в облойную канавку, мостик канавки выполняют переменной толщины и длины, чтобы уменьшить вытекание металла на отдельных участках. При штамповке поковок с развилинами металл интенсивнее вытекает в среднюю полость. Для уменьшения его расхода перед развилиной иногда выполняют запорную канавку (рис. 1, г). В передней части штампа перед окончательным ручьем выполняют выемку (рис. 2, а), предназначенную для размещения части прутка или клещей, которыми удерживают заготовку.

Выемка  под клещи может быть общей  для окончательного и предварительного ручьев, если толщина стенки между  выемками менее 15 мм. При штамповке  поковок в торец выемку под  клещи (рис. 2, б) выполняют с целью  облегчить захват поковки за облой. Литниковую канавку выполняют между ручьем и выемкой под клещи. Она предназначена для проверки правильности изготовления штампа путем заливки расплавленной селитрой или свинцом полости ручья, образованной скрепленными половинами штампа. Высота литника 3—12 мм, ширина 10—24 мм. Полость предварительного ручья в основном повторяет полость окончательного. Его применение оправдано в случае, когда поковка относительно сложная и стойкость одного окончательного ручья оказывается невысокой, а ручей плохо заполняется металлом. С применением предварительного ручья срок службы окончательного ручья увеличивается, так как на него приходится большая доля формоизменения поковки. Предварительный ручей (рис. 3, а) имеет более плавную форму по сравнению с окончательным (рис. 3, б).

Ширина  сечения ручья В, как и штамповочные уклоны, в.обоих случаях одинаковы, но на боковые поверхности наиболее глубоких полостей в предварительном ручье назначают несколько большие уклоны (значения углов даны в градусах): yt = у + (1 ...2)°. Радиус перехода поверхности ручья к плоскости разъема также делается несколько больше соответствующего радиуса в окончательном ручье: Rx = R + (2...5) мм, где все величины приведены в миллиметрах. В местах резких переходов ручья кромки закругляют.

Термическая обработка.

 

Для устранения физической и химической неоднородности (сорбит, троостит, бейнит или мартенсит) и, как следствие, высокой твердости, созданных предыдущей обработкой, используют отжиг. В процессе отжига происходит уменьшение дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому разрушению, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен). Нагрев при отжиге 1100 – 1200 ⁰С, так как только в этом случае более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания состава стали.

Общая продолжительность  отжига (нагрев, выдержка и медленное  охлаждение) больших садок металла  достигает 5 – 100 ч. И более. В зависимости от состава стали и массы садки продолжительность выдержки составляет 8 – 20 ч.

Для удаления поверхностных дефектов слитки после  отжига иногда подвергают нагреву при 670 – 680 ⁰С в течение 1 – 16 ч., что снижает твердость.

Данная  сталь подлежит дальнейшей закалке  и высокому отпуску. Закалка применяется  для повышения прочности, твердости, получения достаточно высокой пластичности и вязкости, а для ряда деталей  – высокой износостойкости.

Закалка – термическая обработка,  заключающаяся в нагревании стали до температуры растворения избыточных фаз, выдержке и последующем охлаждении.

Продолжительность нагрева заготовки должна обеспечить прогрев изделия по сечению и  завершение фазовых превращений, но не должна быть слишком большой, чтобы  не вызвать роста зерна и обезуглероживания  поверхностных слоев стали.

Выбирают  продолжительность нагрева в  электропечи 90 с. При нагреве в электрической печи взаимодействие печной атмосферы с поверхностью нагреваемого изделия приводит к окислению и обезуглероживанию стали.

Окисление создает невозвратимые потери металла. Окисление происходит в результате взаимодействия стали с кислородом:

2Fе+О₂ →  2FеО, парами воды Fе + H₂ O → FeO+H₂ и двуокисью углерода Fе + CO₂ → FеО + СО. Для предохранения изделий от окисления и обезуглероживания в рабочее пространство печи вводят защитную газовую среду: 1) эндотермическую; 2) эиоэтермическую (богатую, бедную);3) диссоциированный аммиак;4) технический азот.

Выбирают  экзотермическую (богатую среду), которая  используется при нагреве для  отжига  конструкционных сталей.

Охлаждение  обеспечивает получение структуры  мартенсита в пределах заданного  сечения изделия. Для закалки  используют минеральное масло. Масло  имеет небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур, что уменьшает возникновение  закалочных дефектов и постоянство закаливающей способности в широком интервале температур среды (20-150°С).

Температуру масла при закалке поддерживают в пределах 60-90 °С, когда его вязкость оказывается минимальной.

При закалке  в этих средах различают три периода:

1) пленочное  кипение – в этот период  происходит небыстрый отвод теплоты,  т.е. скорость охлаждения невелика;

2) пузырьковое  кипение – быстрый отвод теплоты;

3) конвективный  теплообмен – теплоотвод в этот период происходит с наименьшей скоростью.

После закалки  проводят отпуск – нагрев закаленной стали с последующим охлаждением  с определенной скоростью. Это окончательная  операция термической обработки, в  результате которой сталь получает требуемые механические свойства.

Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет  внутреннее напряжение, возникающее  при закалке. Для нашей заготовки  применяется высокий отпуск 500-680°С. Он повышает пределы прочности и текучести, относительное сужение и ударную вязкость. Значительно повышается конструктивная прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу пластической деформации при движении трещины и снижая температуру верхнего и нижнего порога хладноломкости.

Отпуск  при 550–600°С в течение 1–2 ч. Почти полностью снимает остаточные напряжения, возникающие при закалке. Охлаждение после отпуска проводят в масле, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости, а также позволяет избежать явления отпускной хрупкости.