Литье - это технологический процесс, суть которого состоит в заполнении литейной формы расплавленным материалом (литейным сплавом, пластмассой, поддающимся плавке и формообразованию горными породами) и дальнейшей обработке принявших твердую форму изделий. Говоря проще, литьем называется процедура изготовления отливок.
Существуют следующие разновидности литья:
Литье в песчаные формы;
в стержневые формы;
в оболочковые;
в многократные;
Центробежное литье;
По выплавляемым моделям;
По замораживающим ртутным моделям;
В кокиль;
Литье под давлением;
Вакуумное литье;
Литье с утеплением;
Электрошлаковое литье;
По газифицируемым моделям.
Каждый отдельный взятый вид литья отличается от другого целым рядом параметров, поэтому часто признаются комбинированные варианты классификации - одно из них, например, электрошлаковое литье в кокиль.
Наиболее популярным и распространенным является литье в песчаные формы, когда модель (пластиковая, полученная методом быстрого прототипирования) литья копирует будущую деталь. Она засыпается песком или формовочной смесью (песок и связующий материал), которая заполняет пространство между моделью и двумя опоками (открытые ящики). Отверстия в детали получаются посредством размещенных в форме литейных песчаных стержней, которые копируют форму отверстия. Формующая смесь уплотняется встряхиванием, или же прессованием, или же она затвердевает в сушильной печи. Образовавшаяся полость заливается сплавами металла через литники - специальные отверстия. После остывания форма разбивается и извлекается отливка. Затем отделяется литниковая система (получается, как правило, обрубка), проводится термообработка.
Литье - это также продукция литейного производства, изделия народных промыслов и художественные изделия, изготовленные с помощью литья.
Рассмотрим подробнее каждый вид литья.
Литье в песчаные формы. Это, пожалуй, один из самых дешевых, и, в тоже время, грубых и массовых видов литья. Существуют и более современные направления литья в песчаные формы - они характеризуются применением вакуумируемых форм из сухого песка без связующего материала. Для получения отливки могут использоваться различные материалы, в том числе и песчано-глиняная смесь, песок в смеси со смолой и т.д. В качестве формы используют опоку, представляющей собой металлический короб без дна и крышки. Она состоит из двух полуформ - коробов.
Литье в кокиль. По сравнению с литьем в песчаные формы является более качественным способом получения отливки. Специально изготавливается кокиль - разборная форма, чаще всего из металла. В нее и производится литье. После того, как произойдет застывание и охлаждение материала, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Кокиль можно использовать повторно для копирования деталей. Литье в кокиль осуществляется из чугуна, стали, магниевых и алюминиевых сплавов. Особенно эффективно использовать для литья в кокиль алюминиевые и магниевые сплавы.
В работе ставилась задача уточнить влияние добавок H2O и CO2 на ход восстановления агломератов окисью углерода при переменной температуре в слое материалов и при массовой скорости газового потока, приближающейся к наблюдаемой в доменных печах.
Опыты проводили по описанной выше методике на установке в интервале температур 400 900°С с тремя типами железорудных материалов крупностью 2 3 мм. Материалы при прочих равных условиях опытов восстанавливали сухой смесью 40% СО+60% N2 и влажными смесями, содержавшими 1,4; 3,0; 5,0 и 10,0% H2O. Водяной пар вводили в смесь за счет азота при постоянной во всех случаях концентрации восстановителя (40% 00).
Из работы следует, что эффект торможения добавками H2O и CO2 существенно снижается с ростом температуры. Такой вывод закономерен в опытах с применением вакуумной методики, когда торможение процесса обусловлено главным образом адсорбционными явлениями. Температура и концентрация H2O по-разному сказываются на изменении интенсивности восстановления различных материалов.
Небольшие добавки водяного пара (до 5%) мало влияют на результаты восстановления окатышей с высоким содержанием гематита в начальных стадиях процесса (при 400 600°С), когда протекает преимущественно превращение Fe20, Fe3C4. Скорость восстановления агломерата В гораздо ниже, чем для материалов А и Б, и она растет непрерывно вплоть до 900°С, при которой скорости восстановления всех материалов нивелируются.
Одновременно с торможением восстановления водяной пар существенно замедляет реакцию распада окиси углерода, которую наблюдали, как и в исследованиях, при 500 и 600°С. Начиная с 700°С отложившийся ранее сажистый углерод участвовал в восстановлении окислов железа, но вплоть до 900°С обычно успевало реагировать не более 50 60% этого углерода. Подобная картина наблюдалась и на противоточной установке.
Роль реакции водяного газа: В предварительном исследовании установлено, что при 500°С и выше агломераты оказывают заметное каталитическое действие на реакцию водяного газа. Каталитическая активность материалов возрастает с увеличением восстановимости.
С повышением содержания паров воды в исходном газе степень их превращения по реакции уменьшается. Для каждого материала при одинаковой температуре отношение "констант скорости реакций сравнительно постоянно и мало зависит от концентрации водяного пара в исходном газе. Следовательно, выражение в какой-то мере характеризует отношение действительных констант скоростей реакций. Во всех случаях константы скорости для реакции значительно больше, чем для реакции.
Иначе говоря, из двух параллельно протекающих конкурирующих процессов восстановления паров воды и окислов железа окисью углерода первый в среднем развивается значительно быстрее второго. С повышением температуры (для окатышей А и агломерата Б от 400 до 700°С, а для агломерата В от 400 до 900°С) отношение констант скоростей уменьшается. Это свидетельствует о том, что скорость реакции растет с повышением температуры слабее, чем скорость реакции, и кажущаяся энергия активации третьей реакции меньше, чем у первой.
Свойства отливки определяются прежде всего ее структурой. В жидком состоянии сплав обычно представляет собой однородное вещество, затягивающееся, правда, с поверхности при соприкосновении с воздухом каким-либо другим жидким или твердым покровом, но само по себе содержащее лишь небольшое количество включений. Затвердевшая отливка состоит из многочисленных мелких кристаллитов, форма и расположение которых могут оказывать значительное влияние на ее свойства.
Один и тот же сплав может обнаруживать весьма различные свойства в зависимости от структуры, определяемой этими кристаллитами. Наипростейший мыслимый случай соответствует состоянию, при котором все эти кристаллиты были бы однородны, как этого можно ожидать для химически чистого металла. Подобный случай практически почти не имеет значения, так как все технические металлы содержат посторонние элементы, иногда, впрочем, в исчезающе малых количествах.
Но как раз многие металлы и сплавы в литом состоянии весьма чувствительны к некоторым из таких примесей, причем последние оказывают часто очень сильное влияние на их структуру. На влиянии подобных примесей мы подробно остановимся в дальнейшем. Здесь же на простейшем примере мы должны будем выяснить, насколько различна может быть структура металла, принимаемого нами за практически чистый, и какое влияние это обстоятельство оказывает на свойства отливки. Этот вопрос имеет значение также и для сложных сплавов.
Если рассматривать структуру сплава при малом увеличении после соответствующего травления, т. е. так называемую макроструктуру, то на первый взгляд кажется странным, что она часто оказывается совершенно сходной с макроструктурой чистого металла. Законы, регулирующие образование структуры чистых металлов, доминируют в известном смысле также и в случае сложных сплавов.
При очень медленном литье объем усадочной раковины может быть значительно уменьшен. Подобная зависимость объема усадочной раковины от условий литья связана в первую очередь с тем, что и температурное состояние определяется теми же условиями. Если литье производится настолько медленно, что значительная часть расплава успевает затвердеть в процессе самого литья, то усадка при затвердевании компенсируется поступающими непрерывно порциями жидкого расплава во время заполнения формы.
Усадочная раковина образуется, следовательно, лишь в местах, затвердевающих последними. Длительность затвердевания весьма различна для различных сплавов. Сталь, например, затвердевает гораздо медленное меди. Это объясняется, очевидно, тем, что отношение теплопроводностей этих металлов в жидком состоянии, определяющих тепловой поток, приблизительно то же, что и в твердом.
Образование структуры, зависящее от характера сплава, проявляется обычно менее резко; микроструктура сплавов может быть поэтому очень различной, хотя бы макроструктура их и выглядела внешне одинаково. Значение макроструктуры для свойств сплава еще очень неясно. Необычная, часто самая различная макроструктура, обнаруживаемая, при травлении шлифов слитков, заставляет нередко придавать ей большое значение.
