Лекция 18

Получение слитков непрерывным и полунепрерывным способами

План лекции

1. Особенности технологического процесса непрерывного и полунепрерывного литья слитков.

2. Литейные машины и их узлы.

3. Особенности технологии литья слитков из алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Термообработка слитков.

4. Дефекты слитков и меры их предупреждения.

Особенности технологического процесса непрерывного и полунепрерывного литья слитков Слитком называют отливку определенной формы и размеров, предназначенную для дальнейшей обработки давлением, т.е. прокаткой, прессованием, штамповкой, ковкой, волочением и т.д.

В зависимости от назначения слитки могут быть плоскими (в виде плит), цилиндрическими, цилиндрическими полыми, а также могут иметь любое несложное по конфигурации сечение. Методов литья слитков известно довольно большое количество. По основным признакам формирования их можно разделить на две группы:

1) наполнительное литье;

2) полунепрерывное и непрерывное литье слитков.

Наполнительным является такое литье, при котором форма и размер слитка определяются полостью изложницы.

Непрерывным называется литье, при котором слиток может быть по лучен любой требуемой длины, а литье может продолжаться сколько угодно долго. При этом кристаллизатор остается неподвижным, а слиток вытягивается с заданной скоростью. Уровень жидкого металла в кристаллизаторе поддерживается постоянным, а отлитый слиток режется на мерные заготовки специальными устройствами, двигающимися синхронно со скоростью вытягивания слитка. Полунепрерывное литье отличается от непрерывного тем, что оно ведется непрерывно только до получения слитка заданной длины, после чего литье прекращается, слитки извлекаются и цикл повторяется.

Процесс непрерывного литья осуществляется следующим образом (рис. 1.28). Расплав равномерно и непрерывно подается в водоохлаждаемую форму – кристаллизатор. Затвердевшая часть слитка непрерывно извлекается валками или опускается под действием собственного веса.

Особенности процесса формирования непрерывной отливки обусловлены тем, что в кристаллизаторе в разных его зонах по высоте в каждой момент одновременно происходят все последовательные стадии охлаждения и затвердевания расплава:

I – заполнение кристаллизатора расплавом;

II – отвод теплоты перегрева;

III – кристаллизация;

IV – охлаждение слитка.

Высокая интенсивность охлаждения расплава способствует его направленной кристаллизации, уменьшению ликвационной неоднородности, а непрерывная подача расплава в верхнюю часть затвердевающегося слитка – постоянному питанию фронта растущих кристаллов, устранению усадочных дефектов, рыхлот, пористости.

Как правило, заготовки, полученные способом непрерывного литья, имеют плотное, без усадочных дефектов строение, малоликвационную неоднородность и газосодержание, чистую поверхность и высокую точность размеров.

Наряду с указанными особенностями формирования отливки, способствующими повышению качества металла, процесс непрерывного литья обеспечивает ряд преимуществ над наполнительными способами получения слитков: возможность получения слитков постоянного поперечного сечения неограниченной длины, увеличение выхода годного, уменьшение расходов на изготовление изложниц, улучшение качества металла, точности размеров, улучшение поверхности слитков, автоматизация процесса создания непрерывно действующих высокопроизводительных комплексов, полное исключение трудоемких ручных операций, существенное улучшение условий труда и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду. Важнейшим технологическим параметром процесса непрерывного литья является интенсивность охлаждения расплава, определяющая скорость кристаллизации, качество слитка, а также производительность процесса. Рис. 1.29. Схема непрерывного литья, при котором вода из изложницы подается непосредственно на поверхность слитка

Интенсивность отвода теплоты от расплава в кристаллизаторе ограничена тем, что вследствие усадки отливки между кристаллизующейся корочкой металла и стенками кристаллизатора образуется зазор, снижающий скорость охлаждения слитка. Для повышения интенсивности охлаждения слитка

процесс осуществляется так, что в коротком кристаллизаторе формируется только корочка толщиной, достаточной для того, чтобы при ее выходе из кристаллизатора не образовывалось надрывов и трещин, а основное количество теплоты отводят непосредственно подачей воды на слиток через ряд отверстий в нижней кромке кристаллизатора или через щель по периметру кристаллизатора (рис. 1.29). Литейные машины и их узлы Современный литейный комплекс для производства слитков полунепрерывным методом включает в себя следующие агрегаты: раздаточную печь (миксер) с электрическим или газовым обогревом, служащую для приготовления сплава заданного состава, поддержания заданной технологической температуры и дозирования подачи на литейную машину; установку внепечного рафинирования расплава (рис. 1.30), служащую для очистки расплава от газов, металлических и неметаллических примесей; установку для подачи модифицирующих добавок (рис. 1.31); камеру фильтрации через пенокерамические или насыпные фильтры (рис. 1.30); литейную машину вертикального или горизонтального типа для от ливки плоских, цилиндрических слитков и других заготовок.

Литейные машины с гидравлическим приводом наиболее перспективны, так как по сравнению с другими типами машин обладают целым рядом достоинств: большой грузоподъемностью (до 120 т), позволяющей вести одновременную отливку 4–6 крупногабаритных плоских или до 140 цилиндрических слитков; широким диапазоном регулирования скорости литья и хорошей плавностью хода; возможностью полной автоматизации процесса литья под управлением оператора. Основные узлы литейной гидравлической машины – привод, гидроцилиндр, литейный приямок (кессон), стол для монтажа литейной оснастки. Основными элементами литейной оснастки являются: кристаллизатор (формообразователь), определяющий форму, размеры и качество отливаемого слитка (рис. 1.32); поддон, служащий для формирования донной части слитка и запирания кристаллизатора в момент подачи первых порций расплава (рис. 1.33); коллектор-охладитель, регулирующий подачу воды для охлаждения кристаллизатора и вторичного охлаждения слитка.

Особенности технологии литья слитков из алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Термообработка слитков при литье слитков из алюминиевых и магниевых сплавов высота кристаллизаторов составляет 70–140 мм. Как правило, кристаллизаторы изготавливают из алюминиевых сплавов (АМц, Д1 и Д16). Для отливки медных сплавов из-за повышенной температуры разливки материал кристаллизатора должен быть более тугоплавким – медь и медные сплавы, нередко используются графитовые кристаллизаторы. Медные и графитовые кристаллизаторы также используются при непрерывном литье слитков из стали и чугуна, при этом высота кристаллизаторов достигает 1 000 мм и более.

После отливки слитков большая часть их в зависимости от состава сплава, из которого они отлиты, проходит термическую обработку. К термической обработке слитков относят гомогенизацию (гомогенизирующую обработку) и отжиг (гетерогенизирующую обработку). Гомогенизацию слитков широко применяют в промышленности уже много лет. Ее проводят при температурах, приближающихся к температуре солидуса сплава, т.е. лежащих выше границы растворимости основных легирующих элементов.

Гомогенизация слитков позволяет устранить или уменьшить дендритную ликвацию, повысить способность материала к горячему и холодному деформированию; улучшить механические свойства полуфабрикатов, особенно по толщине, а также снять внутренние напряжения, возникшие в слитке при затвердевании. Отжиг слитков проводят при температурах, достаточных для снятия внутренних напряжений. Для большинства сплавов, упрочняемых термической обработкой, этот интервал температур соответствует минимальной устойчивости твердого раствора. Целью отжига является устранение внутренних напряжений в слитке и разупрочнение сплава, получившего полную или частичную закалку в процессе кристаллизации и последующего охлаждения.

Дефекты слитков и меры их предупреждения

При непрерывном литье слитков могут возникать дефекты на поверхности и внутри слитка. Рассмотрим наиболее характерные из них. Наплывы (рис. 1.34) – это дефекты в виде выступов застывшего металла слитка, в том числе другого химического состава (ликвационные наплывы). Причинами образования наплывов являются: завышенная температура литья, недостаточное охлаждение, выдавливание остаточной жидкой фазы из центра слитка на поверхность через междендритные каналы в корочке слитка. Для снижения образования наплывов необходимо установить скорость литья в зависимости от температуры металла, подобрать режим охлаждения кристаллизатора и вторичного охлаждения, обеспечить постоянный уровень расплава в кристаллизаторе. Неслитина – дефект, выходящий на поверхность в виде чередующихся углублений, перпендикулярных оси слитка. Неслитина представляет собой несплошность, образовавшуюся из-за неслияния потоков металла при кристаллизации.

Причиной образования неслитин является заниженная скорость литья и температура металла, непостоянный уровень в кристаллизаторе (рис. 1.35). Надыры и надрывы – это дефекты поверхности, связанные с плохой полировкой и смазкой кристаллизатора, неправильной их установкой. Для предупреждения данных дефектов необходимо зачистить поверхность кри сталлизатора, проверить качество смазки и равномерность ее нанесения на стенки кристаллизатора.

Кривизна слитков появляется из-за неисправностей литейной машины – это кривизна направляющих (большого люфта между рамой поддонов и направляющими), неправильная установка поддона и кристаллизаторов. Искривление слитка также может произойти из-за неравномерного охлаждения по периметру кристаллизатора. Для предупреждения образования кривизны необходима регулярная проверка и наладка литейной машины, обеспечение равномерной подачи воды по периметру кристаллизатора и подачи металла в центр кристаллизатора. Трещина – это разрыв металла на поверхности или внутри слитка. Трещины в слитках возникают как в процессе кристаллизации (кристаллизационные или горячие трещины), так и после полного затвердевания слитка (холодные трещины).

Как правило, трещины образуются вследствие нарушения установленных параметров литья; завышенной температуры и скорости литья, не равномерного охлаждения по периметру слитка, из-за неравномерного распределения горячего металла в кристаллизаторе. Трещины могут располагаться по широким граням плоского слитка, в донной части слитка, по углам, а также в центре цилиндрического слитка. Соблюдение технологических параметров литья и оптимального химического состава сплава позволит существенно уменьшить потери от брака по трещинам.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается принцип производства слитков непрерывным способом?

2. Опишите типы литейных машин, применяемых для литья слитков.

3. Назовите вид оснастки, обеспечивающей заданное сечение слитка и качество его поверхности.

4. Опишите последовательность операций при непрерывном литье.

5. Какие технологические операции предусматриваются на литейном агрегате для обеспечения чистоты расплава?

6. Каким способом обеспечивается получение мелкозернистой одно родной структуры слитка?

7. Чем отличается непрерывное литье слитков от полунепрерывного?

8. Для каких целей служит раздаточный миксер в литейном комплексе?

9. Перечислите основные дефекты, характерные для слитков, полученных непрерывным литьем.

10. Назовите причины образования основных дефектов на слитках и меры их предупреждения.