Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Метод литья при непосредственном охлаждении слитка водой имеет довольно много разновидностей, но принципиально этот метод в настоящее время может считаться лучшим для большинства сплавов цветных металлов.
Он состоит в том, что охлаждаемая водой изложница, которая в данном случае иногда (без достаточных оснований) называется кристаллизатором, имеет малую высоту, а нижняя часть слитка, расположенная непосредственно под изложницей, тотчас приходит в соприкосновение с водой.
Это достигается следующими способами: а) слиток по выходе из изложницы сразу погружается в бак с водой (рис. 120); б) в изложнице у нижней кромки устраиваются наклонные отверстия пли сплошная щель, из которых вода с большой скоростью направляется на слиток (рис. 121); в) вода на слиток подается с помощью отдельного спринклера.
Первый способ охлаждения наименее эффективный, так как замещение воды у поверхности слитка происходит медленно, кроме того, у нагретой поверхности слитка образуется паровая рубашка, препятствующая быстрому отводу теплоты от слитка.
Другие способы охлаждения, при которых вода с большой скоростью направляется на поверхность слитка, производят охлаждение более интенсивно, так как образующийся пар удаляется струями воды. Чем с большей скоростью движется вода в струях, тем быстрее отводится теплота от слитка. Путем регулирования давления можно регулировать и скорость движения воды в струях, а следовательно, и скорость охлаждения.
При этом методе литья пpoцесс кристаллизации только начинается при соприкосновении металла со стенкой изложницы, а большая часть металла затвердевает уже далее вследствие соприкосновения с водой. Нa горизонте, где начинается охлаждение слитка водой, только с поверхности имеется сравнительно небольшой толщины затвердевшая корка сплава, а вся внутренняя часть занята еще расплавленным металлом.
В зависимости от рода сплава между окончательно затвердевшей коркой и еще полностью жидким металлом располагается большее или меньшее количество кашеобразной смеси твердых кристаллов с жидким сплавом. Твердый металл образует углубление или лунку, заполненную жидким кристаллизующимся сплавом. В зависимости от скорости литья, которая должна точно соответствовать скорости вытягивания или опускания слитка, глубина лунки может меняться значительно. При одинаковых условиях литья и охлаждения один и тот же сплав образует одинаковой глубины лунку. Для получения доброкачественной отливки стараются лунку держать не слишком глубокой, так как выход газов и неметаллических включений, а также питание слитка при кристаллизации затрудняются при наличии глубокой лунки.
Среди разновидностей непрерывного и полунепрерывного литья с не-посредственным охлаждением водой имеются такие, когда изложница делается из мало теплопроводного материала. Это вызывает такое изменение формы лунки, при котором у поверхности слитка остается очень тонкая настыль, резко переходящая в довольно плоское пологое дно. Taкая форма лунки обусловливает преимущественную кристаллизацию в направлении, близком к направленно оси слитка.
В некоторых случаях такая мало теплопроводная изложница с наружной стороны поливается водой, так как без этою она при продолжительном литье слишком перегревается, и металл начинает вытекать в зазор между внутренней поверхностью изложницы и охладившимся, а потому давшим усадку слитком.
Для устранения возможности прилипания металла слитка к изложнице, в одних случаях изложнице дается колебательное перемещение во время литья в осевом направлении, в других — применяется смазка, которая вводятся на внутреннюю поверхность изложницы на некоторой высоте над поверхностью уровня металла в изложнице и оттуда затекает до границы соприкосновения зеркала металла с изложницей и даже несколько ниже.
При массовом производстве слитков, в особенности из алюминиевых сплавов, обычно одновременно отливается не один слиток, а несколько. Для этой цели применяются литниковые воронки со стопорами, которые дают возможность регулировать подачу сплава к каждой изложнице самоcтoятeльнo (рис. 122).
Алюминиевые сплавы обладают большой склонностью к пенообразованию. Пена образуется даже при падении струи с высоты 100—150 мм. Для улавливания ее, а также для равномерного распределения поступающего из разливочной печи горячего металла струя направляется в пеноулавливающий и распределительный резервуар, имеющий отверстия в нижней части боковой поверхности.
Для литья алюминиевых сплавов этот резервуар изготовляется из листового железа; при литье он погружается в металл воронки настолько, чтобы отверстия, подводящие расплавленный, сплав, находились под поверхностью металла в изложнице, а пена оставалась у поверхности а пеноуловителе и в изложницу не попадала.
Для поддержания постоянной скорости литья наклоняющаяся разливочная печь (которую не вполне правильно иногда называют миксером) или ковш снабжается электрическим или гидравлическим приводом, позволяющим достаточно точно регулировать скорость наклонения.
Основным преимуществом непрерывного и полунепрерывного метода литья при непосредственном охлаждении слитка водой является возможность получать быструю кристаллизацию слитка, особенно в зонах, близких к поверхности.
Значительное повышение свойств слитка удается получить при литье сплавов, представляющих двух- или многофазные системы, образующие в твердом состоянии сравнительно мягкую основу с включениями некоторого количества хрупких составляющих. При быстром охлаждении эти хрупкие составляющие распределяются в основном твердом растворе в виде мелко раздробленных частиц, что вызывает повышение прочности и пластичности слитка. Кроме того, преимуществом этого метода являются: 1) возможность получать слитки свободные от дефектов, возникающих в результате образования брызг и пены при литье; 2) возможность получать слитки с малым количеством газовых и усадочных раковин, а также неметаллических включений; 3) малые затраты па изготовление изложниц и их хорошая стойкость в работе.
Основным недостатком этого метода литья считается возникновение вследствие очень резкого охлаждения больших напряжений в слитке, вызывающих иногда образование в них трещин, в особенности в случае литья сплавов, которые обладают особо большой склонностью к образованию литейных трещин. Однако правильным подбором важнейших параметров технологического процесса литья, как-то: скорости литья, температуры металла, соотношения размеров слитка и других, дающих возможность регулировать скорость охлаждения в весьма широких пределах, можно значительно ослабить вредное влияние факторов резкого охлаждения и уменьшить напряжения в слитке.
При современном состоянии научных знаний метод литья слитков с применением непосредственного охлаждения водой в том виде, как он применяется для литья алюминиевых сплавов на отечественных заводах, разработанный лауреатами Сталинской премии Ливановым, Беловым, Москаленко и другими, является наилучшим из всех известных методов. Научные исследования А.А. Бочвара, Добаткина, Ливанова, С.М. Воронова и других еще раз доказывают, насколько наша отечественная наука опередила и превзошла зарубежную.
Можно с уверенностью сказать, что этот метод в ближайшее время будет распространен на все виды технических сплавов и вытеснит при массовом производстве другие методы литья слитков.
Метод литья проволоки при непосредственном охлаждении водой, предложенный лауреатом Сталинской премии Головкиным, также должен быть причислен к рассматриваемой группе методов непрерывного литья.
Алюминиевый сплав из печи по желобу подводится к проволочной матрице, в начале процесса закрытой отрезком такой же проволоки (рис. 123). С другой стороны матрицы направляются струи воды, которые охлаждают проволоку и приварившийся к ней закристаллизовавшийся металл в матрице. Проволоку начинают тянуть с определенной скоростью. По мере того как затвердевший в матрице сплав вытягивается, он попадает под водяные струи. Таким образом, б литом состоянии этим процессом может быть получена проволока любой длины.
В продольном направлении такая проволока показывает особо высокие свойства, которые часто превосходят свойства проволоки, полученной из большого слитка путем прокатки или прессования.
Если литая проволока применяется для заклепок, то она с целью измельчения зерна подвергается волочению с высокой степенью деформации и последующему отжигу.