Лабораторная работа №1 Приготовление единичное формы и технология заливка чугунных сплавов

Состав и количество шлака периода плавления

Источники поступления окислов		SiO2	Al2O3	FeO	Fe2O3	MnО	СаО	Всего
Металл		0,488	-	0,635	0,141	0,557	-	1,821
Пригар на отходах		0,289	0,005	-	0,006	-	-	0,300
Под и откосы		0,579	0,009	-	0,012	-	-	0,600
Стены и свод – динас		0,592	0,003	-	0,006	-	0,009	0,61
Всего	Кг %	1,948 58,48	0,017 0,51	0,635 19,06	0,165 4,95	0,557 16,72	0,009 0,28	3,331 100

Количество и состав шлака окислительного периода практически не изменяется до выпуска металла, поскольку длительность операции раскисления незначительна.

Нежелательно иметь шлака более 3 %. Если эта величина заметно превышена, то целесообразно в окислительном периоде шлак частично скачивать.
Как указывалось выше, в металл вводятся ферромарганец, ферросилиций и алюминий, а для более ответственных сталей также силикокальций.

Таблица 22.

Состав и количество шлака окислительного периода

Источники поступления окислов		SiO2	Al2O3	FeO	Fe2O3	MnО	СаО	MgO	Всего
Шлак периода плавления		1,948	0,017	0,635	0,165	0,557	0,009		3,331
Металл		0,088	-	-	-	0,069	-	-	0,157
Известь		0,008	0,003	-	0,003	-	0,276	0,010	0,300
Руда железная		0,062	0,024	-	0,086	-	0,005	0,005	0,182
Футеровка динасовая		0,388	0,002	-	0,004	-	0,006	-	0,400
Заправка подов и откосов		0,869	0,013	-	0,018	-	-	-	0,900
Итого	кг %	3,363 63,81	0,059 1,14	0,635 12,04	0,276 5,25	0,626 11,87	0,296 5,61	0,015 0,28	5,27 100

При этом ферромарганец и ферросилиций частично вводятся в ковш. Поэтому рассчитывать состав шлака после присадки раскислителей нецелесообразно.
8. ЛИТЕРАТУРА
1. Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Яку­шев А. М. Общая металлургия: Учебник для вузов. Изд. 6-е. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.
2. А.А. Юсупходжаев. Металлургия чугуна. Ташкент, ТГТУ, 2005г.
3.А.А.Юсупходжаев, И.В.Синяшина. Производство стали, Ташкент, ТГТУ, 2002 г.
4. БигеевА. М., Бигеев В. А. Металлургия стали: Учебник для вузов. Изд. 3-е. — Магни­тогорск: МГТУ, 2000. — 544 с.
5. Лисин В. С., Юсфин Ю. С. Расчет шихты для плавки литейных сплавов. — Казахстан. Караганда: 2003. — 158 с.
9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Классификация литейных печей
2. Что такое вагранка?
3. Какие требования лежат в основе выбора шихты для плавки вагранки?
4. Что такое сталь и стальной лом?
5. Что такое чугун и чушковой чугун?
6. Что такое выбивка отливки?
7. Какие продукты называются флюсами и почему?
8. Что такое шлак?
9. Какие способы вы знаете для получения чугуна и стали?


Практическая занятия №9
ПЛАВКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

1. 
   ЦЕЛЬ РАБОТЫ
   

Рассчитать для получения сплава соответствие требованиям с определенным химическим составом необходимо перед тем как начать плавку произвести расчет шихты от правильности проведения технологической операции.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Для изготовления отливок используют три группы медных сплавов, оловянные бронзы, безоловянные бронзы, латуни.
Оловянные бронзы широко применяют для изготовления водя­ной и паровой арматуры, подшипников, шестерен, втулок, рабо­тающих в условиях истирания, повышенного давления воды и водяного пара. Характерная особенность этих сплавов — большой интервал между температурами ликвидуса и солидуса (150— 200°С), что обусловливает образование в отливках рассеянной усадочной пористости. Оловянные бронзы обладают хорошими литейными свойствами.
Наиболее вредными примесями в бронзах являются алюминий и кремний. Сотые доли процента указанных элементов снижают механические свойства бронз и способствуют поглощению водо­рода при плавке.
Механические свойства оловянных бронз зависят от содержа­ния олова. По мере увеличения содержания олова прочностные свойства возрастают, а относительное удлинение снижается.
Легирование бронз цинком повышает литейные свойства и уде­шевляет стоимость сплава. Введение свинца улучшает антифрик­ционные свойства бронз, их обрабатываемость резанием и жидко- текучесть. Фосфор повышает износостойкость и улучшает жидко-текучееть. Для повышения механических свойств и измельчения зерна отливок оловянные бронзы легируют никелем.
Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных. По механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. Среди сплавов этой группы особенно выделяются алюминиевые бронзы. Они имеют высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обла­дают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным изно­сом. Алюминиевые бронзы применяют для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжелонагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов и других отливок.
Механические, технологические и эксплуатационные свойства алюминиевых бронз улучшают легированием железом, марган­цем, никелем и другими элементами. Введение железа и марганца устраняет самопроизвольный отжиг отливок (склонность к обра­зованию крупнозернистой структуры), повышает механические свойства. Легирование никелем улучшает износостойкость и коррозионные свойства бронз. На практике особенно широко применяются бронзы Бр.АМц 9-2 и Бр.АЖ 9-4.
Алюминиевые бронзы склонны к окислению, сопровождающе­муся загрязнением расплава твердыми дисперсными окислами (А1₂0₃), трудноудалимыми из расплава. 106
Латуни. Для фасонного литья применяют сложнолегирован-ныемедноцинковые сплавы; простые латуни используют сравни­тельно редко.
Латуни обладают лучшими, чем бронзы, литейными свой­ствами; они мало подвержены газовой пористости, так как дега­зируются парами цинка в процессе плавки.
Для плавки медных сплавов используют отражательные, дуговые и индукционные печи, футерованные шамотом, динасом или кварцем. Тип плавильной печи выбирают с учетом возмож­ности местных перегревов расплава и связанными с этим загрязне­нием окислами и потерями на испарение легколетучих компонен­тов. С этой точки зрения дуговые печи малопригодны для плавки алюминиевых бронз и латуней.
При плавке на воздухе медь окисляется. Образующаяся закись (Cu₂0) растворяется в жидкой меди. Закись, выделяясь при кристаллизации в виде эвтектики Си+Си₂0, снижает электро­проводность меди.
Легирование меди алюминием, марганцем, оловом, цинком и другими компонентами, имеющими большие отрицательные значения изобарного потенциала образования окисла по сравне­нию с Cu₂0, сопровождается раскислением ее и образованием твердых, жидких и газообразных окислов легирующих элементов. Из них наиболее вредными являются твердые окислы, так как, находясь в дисперсном состоянии, они медленно удаляются из расплавов и в тех случаях, когда не применяется рафинирование, большая часть их попадает в отливку.
Одновременно с окислением происходит насыщение расплав­ленной меди водородом. Взаимодействие с газами тем интенсивнее, чем выше температура перегрева расплава.
Как защитный покров при плавке меди широко используют древесный уголь; для сплавов на медной основе применяют раз­личные флюсы (1—2% веса металла): буру, стекло, соду, фториды (CaF₂+ MgF₂) и др.
Однако и при соблюдении всех мер предосторожности окисле­ние все же происходит; некоторое количество кислорода обнару­живается в меди после расплавления. Для удаления кислорода медь раскисляют. Существует несколько способов очистки расплавленной меди от кислорода: «дразнение», вакуумная переплавка, раскисление, пропускание жидкой меди через слой раскаленного древесного угля.Удаление кислорода «дразнением» является обязательной опе­рацией в процессе огневого рафинирования меди как на заводах первичной металлургии, так и при переплавке лома и отходов.
Плавка в вакууме, используемая для получения бескислородной меди, позволяет за счет повышения упругости диссоциации закиси меди, снизить содержание кислорода до 0,001%.
Раскисление введением элемента, имеющего большее сродство к кислороду, чем медь, является обязательной операцией при плавке большинства медных сплавов на воздухе. Этот способ очистки используют наиболее широко. В большинстве случаев в качестве раскислителя применяют фосфор, который вводят в виде лигатуры медь—фосфор (7—10% Р) в количестве (0,1—0,15% веса расплава), зависящем от содержания кислорода в меди. Восстановление меди может сопровождаться образованием пара фосфорного ангидрида Р₂0₆ и одновременно фосфорнокислой соли закиси меди CuP0₃, находящейся при температурах рафинирова­ния в жидком состоянии, т. е. образующиеся окислы и соли легко удаляются из расплава
Проведение работы
3. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И МАТЕРИАЛЫ
Плавильная электри­ческая (силитовая, высокочастотная) печь; переносной гальвано­метр с термопарой; металлографический микроскоп; графито- шамотный тигель емкостью 1—2 кг; графитовая изложница для отбора проб на излом; набор инструмента для плавки и заливки металла; графитовый стержень для перемешивания расплава; уста­новка для полирования шлифов; набор инструмента и материалов для изготовления микрошлифов; электролитная медь 1—2 кг; лигатура медь—фосфор (9—11% Р); фотореактивы; пластинки и фотобумага; древесный уголь (35—50 г); рукавицы, защитные очки, фартук или халат.
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Определить содержание кислорода в исходной меди метал­лографическим путем.
   
2. 
   Навеску исходной меди (0,5—0,7 кг) расплавить под слоем древесного угля, перегреть на 100° С выше температуры плавления и выдержать в течение 10 мин.
   
3. 
   Залить пробу на излом. Оставшуюся медь разлить в металли­ческие изложницы.
   
4. 
   Сломать образец и охарактеризовать излом, сделав соответ­ствующую запись в рабочую тетрадь.
   
5. 
   Приготовить микрошлиф по излому образца и определить процентное содержание закиси меди. Процент закиси меди опреде­ляется по количеству ее в поле зрения шлифа при увеличении в 100 раз. Изготовить снимок микроструктуры.
   
6. 
   Расплавить медь вторично без угольного покрова и, сохра­няя тот же порядок работы, определить содержание закиси меди после второго переплава.
   
7. 
   Определить количество фосфора, необходимого для связы­вания всего кислорода (после второго переплава плюс окисление, которое произойдет при третьем расплавлении). Третий переплав произвести под слоем древесного угля. Степень возможного окисле­ния при этом оценивают по данным первого переплава.
   
8. 
   

5. ПРИМЕР РАСЧЕТА.
Исходная медь содержала 0,05% закиси меди. После первого переплава содержание закиси возросло до 0,1%, т. е. за время плавки и выдержки под углем содержание Cu₂0 возросло на 0,05%. После второй плавки содержание закиси возросло на 0,15% и стало 0,25%. С учетом дополнительного окисления при третьем переплаве общее количество закиси меди в расплаве будет 0,3%. В этом случае в 100 г меди будет содер­жаться 0,3 г Cu₂О или ¹⁽|₄g'³= 0,033 г кислорода.
Во всей навеске (700 г) количество кислорода 7-0,033 = 0,231 г.
Чтобы связать весь кислород в Р₂0₅, необходимо затратить фосфора 62г-0.18г
Примечание. Атомный вес кислорода 16, меди 63,5, фос­фора 31. Молекулярный вес закиси меди 143.
Для обеспечения полноты раскисления фосфор берется в из­бытке (на 15—20%). Тогда необходимое количество фосфора составит 0,21 г. В пересчете на 10%-ную лигатуру потребуется ввести 2,1 г лигатуры.
Расплавить под слоем угля медь, оставшуюся после второго переплава, перегреть ее на 100° С и после выдержки 10 мин ввести в нее лигатуру, тщательно перемешивая расплав графитовой палочкой.
Залить образец на излом. Определить полноту раскисления. Если медь полностью раскислена, расплав разлить в изложницы.
Приготовить микрошлиф и оценить степень раскисления (см. п. 4). Сделать снимок микроструктуры.
6. РАСЧЕТ ШИХТЫ ДЛЯ ПЛАВКИ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Для получения того или иного с определенным химическим составом необходимо перед тем как начать плавку произвести расчет шихты. От правильности проведения этой технологической операции зависит соответствие полученного сплава требованиям соответствующего ГОСТа 613-79; 493-79; 17711-80. Для составления и расчета нужно иметь следующие данные:
1) требования, предъявляемые к годному литью, для которого составляется шихта по содержанию легирующих элементов и примесей;
2) характеристику имеющихся материалов по их виду, источнику поступления, состоянию и готовности к плавке, массе и содержанию основных легирующих компонентов и примесей;
3) величину угара компонентов, входящих в шихту при плавке и литье, массу годного конечного литого изделия, для получения которого составляется шихта и коэффициент выхода годного.
При составлении шихты необходимо учитывать влияние шихтовых материалов на себестоимость литого изделия, которая по возможности должна быть минимальной.
Наиболее дорогие составляющие шихты – первичные металлы и лигатура, а наиболее дешевые шихтовые материалы – отходы производства лом. Поэтому количество первичных металлов и сплавов должно быть в шихте минимальным, а количество отходов собственного производства и лома со стороны должно быть максимальным.
Количество возвратных металлов и сплавов в шихте определяется показателем выхода годного литья и расходом металла на его изготовление с учетом снабжения производства исходным сырьем.В отдельных случаях, когда приготовляемый сплав предназначен для неответственного литья, шихту для его производства можно составлять без применения первичных металлов и сплавов, т.е. полностью из возвратных шихтовых материалов, прошедших соответствующую подготовку к плавке. Однако при этом следует иметь в виду, что многократная переплавка возвратного шихтового материала без освежения шихты первичными металлами и сплавами приводит к обогащению рабочих металлов и сплавов вредными примесями, что, безусловно, нежелательно.
При составлении шихты также необходимо учитывать свойства компонентов, входящих в шихту, их поведение при высоких температурах и их взаимодействие друг с другом, печной атмосферой и материалами футеровки печи в процессе плавки. Различные металлы, входящие в сплав, обладают неодинаковым сродством к кислороду и температурой испарения и, следовательно, при повышенных температурах дают различные величины безвозвратных потерь.
На величину металлургических угаров и других потерь металлов существенное влияние оказывает степень отработанности технологического процесса, тип плавильных печей и степень их исправности, техническое совершенствование плавильно-литейного оборудования и выполнение плавильно-литейных работ.
В зависимости от сочетания исходных шихтовых материалов возможны следующие четыре варианта составления и расчета шихты.
1. Составление и расчет шихты из первичных материалов.
2. Составление и расчет шихты из первичных или вторичных сплавов и лигатур.
3. Составление и расчет шихты из отходов своего производства с применением первичных металлов и лигатур.
4. Составление и расчет шихты только из отходов своего производства или только из вторичных металлов.
В заводской практике чаще всего имеет место третий случай составления шихты.
Расчет шихты ведут, как правило, на 100 кг сплава. Это значительно упрощает расчет. При расчете следует брать средний химический состав на данный сплав или оптимальный химический состав в пределах ГОСТа, при котором сплав имеет наилучшие свойства.
Расчетное содержание того или иного элемента в шихте определяют по формуле:
Э_lll = ∙ 100(1)
где Э_lll – расчетное содержание элемента в шихте, %;
Э_ж– содержание элемента в жидком сплаве, %;
У – угар элемента при плавке, %.
Определив среднее содержание элемента в шихте, рассчитывают процентное содержание составляющих шихты.
6. .РАСЧЕТ ШИХТЫ ИЗ ПЕРВИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
Задано приготовить 600 кг бронзы марки Бр. ОЦ4-3
Исходные данные
Средний химический состав бронзы: 3,75% Si; 3,0% Zn, остальное медь.
Шихтовые материалы: медь марки М1; Цинк марки Ц1, Олово марки О1.
Плавильный агрегат – индукционная высокочастотная печь.
Угар компонентов сплава составляет: 1,0% Cu; 2,5% Zn; 1,5% Sn.
Методика расчета
Расчет потребляемого количества каждого компонента производят по формуле:
Э_lll = ∙ 100
Меди = 94,192%
Цинка = 3,077%
Олова = 3,807%
Определяем количество исходных шихтовых материалов на загрузку (600 кг) по каждому компоненту с учетом угара:
Меди марки………………….. 565,152 кг
Цинка марки……………….... 18,468 кг
Олова марки…………………. 22,842 кг
________________________________
Всего на загрузку ……………. 606,456 кг

7. ЛИТЕРАТУРА

1. Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Яку­шев А. М. Общая металлургия: Учебник для вузов. Изд. 6-е. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.
2. А.А. Юсупходжаев. Металлургия чугуна. Ташкент, ТГТУ, 2005г.
3.А.А.Юсупходжаев, И.В.Синяшина. Производство стали, Ташкент, ТГТУ, 2002 г.
4. БигеевА. М., Бигеев В. А. Металлургия стали: Учебник для вузов. Изд. 3-е. — Магни­тогорск: МГТУ, 2000. — 544 с.
5. Лисин В. С., Юсфин Ю. С. Расчет шихты для плавки литейных сплавов. — Казахстан. Караганда: 2003. — 158 с.
8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Классификация цветных сплавов
2. Что такое латунь и бронза?
3. Какие требования лежат в основе выбора технологической схемы для получения сплавов из цветных металлов?
4. В какой очереди проводится подготовка шихтовых материалов?
5. Что такое лигатура?
6. Что такое плавка в индукционных печах?
7. Какие продукты получают в электроплавильных печах?
8. Как маркируют цветные сплавы?
9. Какие способы вы знаете для получения отливки?
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. 
   Описание технологии плавки меди.
   
2. 
   Описание методики определения содержания кислорода по микроструктуре.
   
3. 
   Полный расчет необходимого количества раскислителя.
   
4. 
   Описание изломов технологических проб.
   
5. 
   Описание микроструктуры и ее снимок.