Контрольна робота Будова металевого зливка
Міністерство освіти та науки України
Донбаський державний технічний університет
з дисципліни Металознавство
«Будова металева зливка. Якість зливка та його вплив на структуру та властивості продукції ЗМД»
1. Будова металевого зливка (на прикладі сталевого зливка)
Зливки металу можна розрізнити три зони із різною структурою (рис. 1). Кристалізація рідкого металу починається біля поверхні холоднішої форми і відбувається в тонкому сильно переохолодженому шарі, що примикає до поверхні. Внаслідок великої швидкості охолодження відбудеться утворення на поверхні зливка вузької зони 1 порівняно дрібних рівноосних кристалів.
Малюнок 1. Схема будови сталевого зливка
За зоною 1 в глиб зливка розташована зона 2 подовжених дендритних кристалів (зона транскристалізації). Зростання цих кристаликів відбувається у напрямку протилежному відводу теплоти (тобто нормально до стінок виливниці).
У разі сильного перегріву металу, швидкого охолодження, високої температури лиття та спокійного заповнення форми зона подовжених дендритних кристалів може повністю заповнити весь об'єм зливка (рис. 1) (транскристалізація).
При низькій температурі лиття, дуже повільному охолодженні, наприклад, великих виливків створюються умови виникнення зародків у середній частині зливка. Це призводить до утворення у внутрішній частині виливки структурної зони 3, що складається з рівноосних по-різному орієнтованих дендритних кристалів (рис. 1), розміри яких залежать від ступеня перегріву рідкого металу, швидкості охолодження, наявності домішок та ін.
Домішки, що у рідкому металі, сприяють розвитку зони дрібних рівноосних кристалів.
Зона стовпчастих кристалів має високу щільність, тому що вона має мало газових бульбашок і раковин. Однак у ділянках стику стовпчастих кристалів, що ростуть від різних поверхонь, метал має знижену міцність, і при подальшій обробці тиском у цих ділянках можуть виникнути тріщини. Кристалізація, що призводить до стику зон стовпчастих кристалів, зветься транскристалізації.
Рідкий метал має більшу питому об'єм, ніж твердий; тому метал, залитий у форму скорочується в об'ємі при кристалізації, що призводить до утворення порожнин, званих усадковими раковинами (зображені темним кольором на рис. 1).
Усадкові раковини можуть бути сконцентровані в одному місці, або розсіяні по всьому об'єму зливка. Усадкова раковина зазвичай оточена найбільш забрудненою частиною металу, в якому після затвердіння утворюються мікро-і макропори, бульбашки.
Найчастіше садинна раковина концентрується у верхній частині злитка, що твердне в останню чергу.
Частину зливка з усадковою раковиною пухким металом відрізають. Злиток має неоднорідний за перерізом склад. Наприклад, у сталі за напрямом від поверхні до центру та знизу вгору збільшується концентрація вуглецю та шкідливих домішок – сірки та фосфору. Хімічна неоднорідність за окремими зонами зливка називається зональною ліквацією. Вона негативно впливає механічні властивості.
2. Розливання сталі
Розливання проводитися у виливниці. Виливниці - чавунні форми для виготовлення злитків, виконуються різного перерізу.
Сталь розливають у виливниці зверху (рис. 2, а), знизу (сифоном) (рис. 2, б) та на машинах безперервного лиття заготовок(МНЛЗ) (рис. 3, 4, 5, 6)
Малюнок 2. Розливання сталі у виливниці:
1 – ківш, 2 – рідка сталь, 3 – центровий литник, 4 – вогнетривкі трубки, 5 – виливниці, 6 – піддон, 7 – сполучні канали, 8 – прибуткова надставка
Малюнок 3. Схема машини безперервного лиття заготовок (МНЛЗ):
1 – ківш; 2 – проміжний розливний пристрій; 3 – кристалізатор (виливниця без дна);
Малюнок 4. Типи машин безперервного лиття заготовок (МНЛЗ):
а – вертикальна, б – радіальна, в – криволінійна, г – горизонтальна, д – роторна
Рисунок 5. Установки для безперервного розливання сталі:
а – вертикальне розливання; б - радіальне розливання; 1 – ківш; 2 - розливальний пристрій; 3 - водоохолоджуваний кристалізатор; 4 – вода для охолодження; 5 – зона вторинного охолодження; 6 - тягнучі валки; 7 – злиток; 8 – газоріз
Малюнок 6. Схема безперервного лиття заготовок прямокутного та круглого перерізу (а), біметалічних (б), круглих на МНЛЗ відцентрового типу (в) та трубних (г)
При розливанні зверху (рис. 2 а) відбувається розбризкування металу, нерівномірне охолодження по зонах зливка, з'являється велика кількість дефектів поверхні зливка. Такі зливки мають незначну садибну раковину.
При сифонному розливанні (рис. 2,б) виливниця заповнюється через литник знизу без розбризкування; поверхня зливка виходить чистою. Для зменшення усадкової раковини прибуткові надставки утеплюють.
Величина обрізу злитків становить від 15 до 25%.
При безперервному розливанні (рис. 3) зливки мають чисту поверхню, щільну будову тадрібнозернисту структуру, менш розвинена хімічна неоднорідність, у них відсутні усадкові раковини. Вихід придатних заготовок може досягати 96 - 98% маси сталі, що розливається. Одноручна установка безперервного розливання дозволяє отримувати 20-150 т/год злитків (залежно від їх форми і перерізу).
3. Загальні відомості щодо виробництва сталі
Для виплавки сталі використовують:
у конвекторах – рідкий чавун та брухт;
в електропечах – тільки сталевий брухт.
Місткість: конвекторів досягає 100 - 300т (тривалість 25 - 50хв.)
електропечі: дугові – 0,5 – 400 т (3 – 7 годин)
індукційні - 60кг - 25 т (30 - 60 хв і більше).
У конвекторах отримують якісну та високоякісну сталь. Низьколеговану (до 2 - 3% л.е., тому що в них відбувається сильне окислення л. е.).
У електропечах виплавляють сталь будь-якого складу. Отримують конструкційні, високолеговані, інструментальні, спеціальні сталі та сплави, безвуглецеві сплави.
Вихід придатної сталі:
конвектор - 85 - 89% від маси чавуну;
4. Типи сталевих злитків
На будову сталевого зливка великий вплив має ступінь розкислення сталі (наявність кисню).
Спокійна сталь.(Повністю розкислена Аl, Si, Mn; видалений кисень).
Твердить метал у виливницях без виділення газів, у верхній частині зливка і утворюється садинна раковина, а в середній частині - садибна осьова пухкість (рис. 7,а).
Для усунення усадкових дефектів зливки спокійної сталі відливають із прибутком, який утворюється надставкою, садинна раковина розташовується в прибутку.
Сталеві зливки неоднорідні за хімічним складом.
Кипляча сталь. (Розкислена тільки Мn, багато О2 в металі, прикристалізації металу виділяється велика кількість газу, який викликає ефект «кипіння»).
При кристалізації зливка не утворюється майже садинна раковина; усадка сталі розосереджена по порожнинах газових бульбашок, що виникають, при кипінні сталі у виливниці (рис. 7, б). При прокатуванні газові бульбашки заварюються. Кипіння сталі збільшує зональну ліквацію порівняно зі спокійною сталлю. C, S, P виносяться у верхню частину злитка, яка перед прокаткою видаляється. Для зменшення ліквації кипіння виливниці після заповнення припиняють, накриваючи зливок металевою кришкою (механічне закупорювання), або розкислюють метал Al або феросиліцієм у верхній частині злитка (хімічне закупорювання).
Напівспокійна стальзберігає переваги спокійної та киплячої сталі і не має їх недоліків.
Напівспокійна стальчастково розкислюється в печі та в ковші, а частково – у виливниці. Зливки цієї сталі не мають усадкової раковини (обріз на 7 - 10% менше, ніж у спокійної сталі).
Злиток напівспокійної сталі має у нижній частині структуру спокійної сталі, а у верхній – окропу.
Малюнок 7. Схема будови сталевих злитків
1. Лахтін Ю.М., Леонтьєва В.П. Матеріалознавство. М., 1972, 1980.
2. Гуляєв А.П. Металознавство. М., 1986.
3. Кузьмін Б.А. Технологія металів та конструкційні матеріали. М., 1981.
4. Дальський А.М. Технологія конструкційних матеріалів. М., 1985.
5. Медовар Б.І. Металургія вчора, сьогодні та завтра. К., 1986.