Производство отливок из стали

Стальные литые детали широко применяют во всех областях тех­ники. В некоторых отраслях машиностроения стальное литье составляет 40—60 % от всей массы машин (тепловозы). В энер­гетическом и тяжелом машиностроении освоено производство таких ответственных изделий, как цельнолитые стальные рабочие колеса гидравлических турбин с массой до 85 т; иногда масса отливок доходит до нескольких сотен тонн.

В настоящее время более 60 % стальных отливок производят из углеродистой стали 15Л—55Л (ГОСТ 977—75), около 15 % — из легированной (ГОСТ 977—75) и около 20 % из высоколеги­рованной (ГОСТ 2176—77), в том числе, примерно 15 % из высо­колегированной стали 110Г13Л.

Кроме углеродистых сталей, литые детали изготавливают из конструкционных легированных сталей, например, 25ГСЛ, 3ОХГСЛ, нержавеющих (10Х13Л, 10Х18Н9ТЛ и др.), износо­стойких и других высоколегированных сталей с особыми свой­ствами.

Выплавку стали в литейных цехах проводят в основных и кис­лых мартеновских печах, электродуговых и индукционных печах. Мартеновские печи применяют в производстве средних и крупных отливок менее ответственного назначения. Для более ответствен­ных отливок сталь выплавляют в электрических дуговых печах, наиболее качественную сталь — в индукционных печах. Для неответственных отливок применяют малые конвертеры вмести­мостью 1—3 т.

Их особенность состоит в том, что воздушное дутье подают сбоку на поверхность металла через фурмы, расположенные в бо­ковых стенках конвертера. Они обладают высокой производи­тельностью, но имеют недостаток — невозможность удаления серы и фосфора.

Шитейные свойства сталей значительно хуже, чем у серого чугуна и других сплавов.

Жидкотекучесть стали примерно в два раза меньше жидкотекучести чугуна. Она возрастает с увеличением содер­жания углерода и полноты раскисления стали. Рост содержания серы и повышенная загрязненность тугоплавкими неметалличе­скими включениями приводят к снижению жидкотекучести.

Усадка стали достигает значительных размеров — объем­ная до 7,5 %, линейная до 2,5 %, т. е. примерно в два раза пре­вышает усадку серого чугуна.

Температура стали при заливке наиболее часто составляет 1550—1600 °С.

Эти особенности литейных свойств вызывают затруднения в получении стальных отливок.

Повышенная усадка стали может привести к образованию уса­дочных раковин и пористости, появлению значительных напря­жений, короблению отливок, образованию трещин. Для преду­преждения образования в отливках усадочных раковин и пори­стости прибыли должны иметь большой объем, иногда до 50—60 % и более от объема отливок. Наиболее эффективными являются экономичные закрытые прибыли, прибыли, работающие под атмо­сферным давлением и под давлением газов. Широко применяют легкоотделяемые прибыли.

Для уменьшения напряжений формовочная смесь должна иметь повышенную податливость. Для выравнивая скоростей охлаждения толстых и тонких сечений применяют холодильники (например, металлические вкладыши, расположенные в толще стенок формы у массивных частей отливок). Для предупреждения образования трещин большое значение имеет конструкция отли­вок — размер галтелей, наличие плавных переходов от толстых сечений к тонким, ребер жесткости и т. п.

Литниковая система должна обеспечить заполнение формы с учетом пониженной жидкотекучести стали. Протяженность каналов литниковой системы должна быть, возможно, меньше, сечение питателей делают в полтора — три раза больше, чем для чугунного литья.

При изготовлении отливок из высоколегированных нержавеющих и износо­стойких сталей возникают дополнительные затруднения. Кроме большой усадки эти стали имеют низкую теплопроводность, пониженную прочность при высоких температурах, что обусловливает их склонность к образованию трещин. Поэтому формовочные материалы и сами формы должны иметь максимальную податливость,

У некоторых высоколегированных сталей возможно химическое взаимодей­ствие с материалами формы; их целесообразно изготавливать из смесей на основе хромомагнезита и других материалов, имеющих большую химическую устойчи­вость, чем кварцевый песок.

Для предупреждения окисления применяют формовочные краски, создаю­щие восстановительную атмосферу. В расплавленном состоянии нержавеющие стали имеют значительную вязкость, что усиливает опасность образования га­зовых раковин.

Формы заливают из стопорных ковшей, что устраняет попада­ние шлака в отливки. Вместимость стандартных ковшей от 1 до 90 т. Более крупные ковши применять нерационально; в особо крупные формы заливку ведут одновременно из двух ковшей. Для мелких деталей используют чайниковые (сливные) 500—800-кг ковши.

При заливке из стопорных ковшей струя металла оказывает значительное динамическое действие. Для предупреждения разрушения вместо литниковой чаши применяют шамотные воронки; в крупных формах литниковые стояки и пи­татели также делают из шамота или других огнеупорных материалов. Продол­жительность заливки должна быть возможно меньше для того, чтобы предупре­дить охлаждение стали и снижение жидкотекучести, особенно опасное для тонко­стенных отливок.