Литейное производство

Электрошлаковое литье

Производство отливок включает ряд последовательных процессов: плавка металла, транспортировка к форме, ее заполнение и кристаллизация. В течение всего производственного цикла в жидком металле интенсивно протекают окислительные процессы газонасыщения, а также взаимодействия с материалами формы. Это неизбежно приводит к ухудшению качества отливок.

Сущность электрошлакового литья заключается в том, что плавка, транспортировка металла и заполнение формы происходят одновременно, непосредственно в самой форме при полной изоляции от атмосферного воздействия. Это позволяет, с одной стороны, сократить время производственного цикла, а с другой – обеспечить химическую чистоту расплава.

Различают следующие способы электрошлакового литья: с прямым выплавлением металла в форму; с переливом металла и с приплавлением закладных элементов отливки.

Способ литья с прямым выплавлением металла заключается в следующем (рис. 1). Жидкий металл, предназначенный для заполнения формы, получают путем переплава электрода из металла, требуемого химического состава. Источником нагрева электрода является шлаковая ванна. В начале процесса в водоохлаждаемый медный кристаллизатор 6 заливают предварительно расплавленный шлак специального состава. Электрический ток подводится к переплавляемым электродам 7 с затравки 1 в нижней части кристаллизатора 6. Шлаковая ванна обладает высоким электросопротивлением. При прохождении через нее электрического тока ванна нагревается до температуры 2000 °К и более. При погружении в ванну концы электродов оплавляются. Капли расплавленного металла проходят через ванну шлака 4, собираются в зоне кристаллизации, образуя под слоем шлака металлическую ванну 3. Металлическая ванна непрерывно пополняется в верхней части

расплавом от плавящихся электродов и последовательно затвердевает в нижней части вследствие отвода теплоты через стенки кристаллизатора. Для получения отливки 2 электроды 7 по мере их оплавления и затвердевания отливки постепенно поднимаются вверх. Для образования полости в отливке водоохлаждаемый металлический стержень 5 также перемещается вверх.

Таким образом, формообразование отливки осуществляется в результате направленной кристаллизации металла – снизу вверх, а литейная форма выполняет две функции: служит устройством для приготовления расплава и непосредственно для формирования отливки.

электрошлакове литье с прямым выплавлением металла в форму

Рисунок 1 — Схема электрошлакового литья с прямым выплавлением металла в форму: 1 – затравка; 2 – отливка; 3 – металлическая ванна; 4 – шлак; 5 – металлический стержень; 6 – кристаллизатор; 7 – электроды

Способ электрошлакового литья с переливом металла (рис. 2 а) предполагает разделение процессов плавки электродов и кристаллизации жидкого металла, которые осуществляются порознь в плавильной печи и литейной форме. Жидкий металл из плавильной печи поступает в форму путем перелива. Плавильная печь перемещается вверх относительно неподвижной формы по мере ее заполнения. Металл в плавильной печи и форме постоянно находится под слоем жидкого флюса.

Способ электрошлакового литья с приплавлением (рис. 2 б) применяется для изготовления отливок сложной конфигурации. В этом случае заранее изготовленные закладные элементы устанавливают в знаковые части литейной формы. При плавке металла в форме по определенному режиму происходит соединение закладных элементов с кристаллизующимся в форме жидким металлом. Способ позволяет получать не только сложные по конфигурации отливки, но и комбинированные по составу.

Схемы электрошлакового литья с переливом металла и приплавлением

Рисунок 2 — Схемы электрошлакового литья с переливом металла (а) и приплавлением (б): 1 – расходуемый электрод; 2 – жидкий шлак; 3 – жидкий металл; 4 – форма; 5 – отливка; 6 – закладной элемент

Качество отливок при электрошлаковом литье обусловлено особенностями формирования. Перенос капель расплава с конца электрода через шлаковую ванну, интенсивное взаимодействие расплава со шлаком, последовательная и направленная кристаллизация расплава при высокой интенсивности охлаждения способствуют удалению из расплава неметаллических включений и растворенных газов, получению плотного однородного кристаллического строения отливки.

На кристаллическое строение отливки существенное влияние оказывает направление тепловых потоков: основное количество теплоты отводится в осевом направлении. Переносу теплоты в ра- диальном направлении препятствует тонкая корочка малотепло- проводного шлака между отливкой и кристаллизатором. Основное количество теплоты подводится в верхнюю часть отливки рас- плавленным и перегретым электродным металлом, а высокий перегрев шлаковой ванны создает градиент температур в осевом направлении. В результате расплав кристаллизуется в осевом или радиально-осевом направлениях. Это способствует формированию в отливке столбчатых кристаллов, а благодаря осевой или радиально-осевой их направленности, непрерывному питанию растущих кристаллов в отливке исключаются усадочные дефекты, трещины, ликвационная неоднородность.

Химический состав металла в отливке по основным элементам практически не изменяется, но содержание кислорода и азота снижается в 1,5-2 раза, понижается концентрация серы и уменьшается в 2-3 раза загрязненность металла неметаллическими включениями. При этом неметаллические включения становятся мельче и равномерно

распределяются в отливке. Особенности формирования отливки оказывают положительное влияние на механические свойства металла: улучшается микроструктура отливки, резко возрастают пластические свойства. Поэтому механические свойства отливок выше, чем поковок и проката из металла одинакового химического состава.

Поскольку отливка выплавляется в металлической форме, по- крытой изнутри тонким слоем шлака, качество поверхности отливки получается высоким, отливка не требует очистки, а во многих случаях и обработки резанием.

Таким образом, при электрошлаковом литье отпадает необходимость в плавильных печах, приготовлении формовочных и стержневых смесей, формовке литниковых систем и прибыли. Полученные отливки имеют поверхность высокого качества.

Вместе с тем для изготовления отливки требуется достаточно сложная и дорогостоящая литейная форма, специальные заготовки- электроды из проката или предварительно отлитые.

Накопленный производственный опыт показывает, что наиболее выгодно использовать этот процесс для получения отливок из специальных сталей и сплавов и отливок ответственного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по качеству металла, механическим свойствам.

Способом электрошлакового литья получают полые заготовки цилиндров, трубы круглого и овального сечений, корпуса задвижек запорной и регулирующей арматуры тепловых и атомных электростанций, сосуды сверхвысокого давления, коленчатые валы, шатуны и другие детали крупных судовых двигателей, прокатные валки, бандажи цементных печей, заготовки штамповочного и режущего инструмента и другие детали.

Производство заготовок электрошлаковым литьем взамен поковок и стальных отливок имеет следующие преимущества: экономится значительное количество металла; возможен переход к новым, более экономичным конструктивным решениям; значительно сокращается объем обработки резанием.

При замене поковок электрошлаковыми отливками расход металла благодаря уменьшению припусков на обработку резанием снижается почти в 2 раза.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *