Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
При литье в вертикальную изложницу, когда первая струя металла падает вниз и ударяет в донную ее часть, происходит разбрызгивание металла (рис. 125,а). Брызги отскакивают в стороны к стейкам изложницы и при отсутствии на ее поверхности смазки затвердевают на ней.
При наличии на поверхности изложницы жирной смазки отброшенные от поддона брызги металла попадут на смазку. Tax как температура брызг значительно выше температуры перегонки смазки, то под брызгами, отброшенными к стенкам изложницы, смазка выделит большой объем летучих, которые отбросят металл от стенок снова вниз.
Если смазка на поверхности изложницы полусухая или сухая, возможность отбрасывания от стенки изложницы капель брызг меньшая, чем в случае, если смазка жирная.
По мере того как уровень металла в изложнице, поверхность которой лишена смазки, поднимается, он достигает капель металла, образовавших настыли на стенках изложницы вследствие разбрызгивания в первые моменты литья. Так как эти настыли благодаря соприкосновению с холодными стенками изложницы успели охладиться, то металл слитка с ними не сварится. По поверхности слитка будут обнаруживаться включения брызг. Эти затвердевшие капли иногда могут быть легко отделены от основного тела слитка, в котором будут оставаться отпечатки в форме углублений.
Если изложница имела полусухую или сухую смазку, то некоторая часть брызг может не удержаться на стенках изложницы и будет падать вниз. В этом случае количество упомянутых дефектов в нижней части слитка будет меньше, чем в случае отсутствия смазки.
Если смазка жирная, поднимающийся уровень металла не будет встречать на стенке изложницы приставших брызг, так как они были отброшены продуктами перегонки смазки снова в расплавленный металл, где и сами расплавились. На месте удара брызг в стенку изложницы в этом случае останется смазка с несколько пониженным содержанием летучих, поэтому в таких участках будут происходить те же явления, что и при наличии полусухой или сухой смазки, а именно: в этих местах могут прибиваться к стенке плавающие на поверхности металла включения шлака, кусочки угля и т. п. Обычно это наблюдается при большой высоте падения струи или при недостаточном количестве летучих в смазке на поверхности изложницы.
Струя, падающая внутрь изложницы на жидкий металл, уже не будет давать такого количества брызг, как при ударе в твердый поддон изложницы. Жидкий металл в изложнице служит своего рода буфером, смягчающим удар падающей струи металла (рис. 125,б), следовательно, даже при отсутствии смазки в верхних частях слитка не будет наблюдаться включений затвердевших капель из-за разбрызгивания металла, как это имеет место в нижней части слитка.
Ha границe соприкосновения уровня металла со стенкой изложницы, в случае, если смазка жирная, будет происходить интенсивная ее перегонка (рис. 125, б). Верхняя часть поднимающегося в изложнице металла будет со всех сторон окружена мешком газообразных продуктов перегонки смазки. Посторонние тела — древесный уголь, частицы футеровки, коксообразный остаток от смазки и т. и. — потоком продуктов перегонки смазки будут отгоняться от стенок изложницы в направлении к центральным областям слитка, где вместе с поверхностью жидкого металла поднимутся вверх.
В тех случаях, когда смазка имеет излишне большое количество летучих или когда скорость перегонки смазки слишком мала, то летучие не будут успевать выделяться из смазки на границе соприкосновения металла со стенкой изложницы. Смазка будет задерживаться и окажется ниже уровня металла, где будет продолжать перегоняться, причем продукты перегонки будут проходить через металл (рис. 1.25, г). Так как у стенки изложницы металл охлаждается и становится вязким вследствие появления твердых кристалликов, то путь прохождения продуктов перегонки смазки через металл будет фиксироваться кристаллизующимся металлом в виде закругленных суживающихся от периферии внутрь слитка полостей, которые на слитке называют поверхностными свищами (рис. 126,а).
Твердые тела, а также шлак, в этом случае, как и при нормальном количестве летучих в смазке, будут отгоняться от стенок изложницы к средине, так как перегонка смазки у поверхности уровня металла будет происходить не менее интенсивно, чем при нормальном процессе. Посторонних включений по поверхности слитка не будет.
В обратном случае, если летучих в смазке малое количество или они удаляются слишком быстро, при той же скорости литья уровень металла будет входить в соприкосновение со стенкой изложницы, смазка которой в значительной мере уже отдала свои летучие вследствие нагревания смазки теплотой радиации от металла. В этом случае посторонние твердые и жидкие тела, которые плавают на поверхности металла, не будут отбрасываться к средине продуктами перегонки смазки, так как их остается к этому времени уже недостаточное количество; они будут отходить к стенкам изложницы, прилипать к кристаллизующемуся металлу и заливаться новыми порциями его (рис. 125,д). По поверхности слитка будут наблюдаться включения твердых веществ, главным образом коксообразного остатка смазки (рис. 127,а). Такие дефекты в малых размерах могут наблюдаться в нижней части слитка (рис. 127,6), где смазка со стенки изложницы была удалена брызгами падающего на дно металла. При большой высоте падения струи металла (в случае слитков большой длины) в изложницу включения коксообразного остатка смазки внизу слитка наблюдаются чаще и в большем количестве.
В случае литья металла в изложницы без смазки, если на поверхности его присутствовали посторонние включения, они будут поднимающимся металлом оттесняться к стенкам изложницы, в результате чего также будут по поверхности слитка оставаться дефекты в виде засора или неметаллических включений. Совершенно очевидно, что вид этих включений будет таким же, как и в случае недостатка летучих в смазке или слишком быстрого их удаления при перегонке смазки (рис. 127,а).
Нередко свищи по поверхности слитка наблюдаются и при литье в изложницу без применения смазки (рис. 126, б, г). Их образование может вызываться различными причинами, как-то:
1. Поверхность изложницы адсорбирует газы и влагу. При повышении температуры адсорбированные вещества удаляются с поверхпости не мгновенно, а с некоторой определенной скоростью. При литье металла в изложницу без смазки удаление веществ, адсорбированных поверхностью, происходит на границе соприкосновения уровня металла со стенкой. Газ или водяной пар, удерживаемые поверхностью изложницы адсорбцией, часто удаляются с меньшей скоростью, чем перегоняется жирная смазка, поэтому при сохранении одинаковой скорости литья адсорбированный газ может долгое время оставаться у поверхности изложницы. Уровень металла будет продолжать подниматься, и газ окажется расположенным между металлом слитка и поверхностью изложницы, ниже его свободной поверхности. При нагревании от кристаллизующегося слитка этот газ будет расширяться и проходить внутрь слитка, образуя свищи. Некоторая часть газа успеет пройти в жидкий металл и через него выйти в атмосферу, а часть останется в слитке в виде свищей, которые в этом случае по своей форме отличаются (см. рис. 126, г) от свищей, получившихся в результате прохождения продуктов перегонки смазки через металл (рис. 126,в). Причина этого отличия заключается в количестве газа. В случае перегонки жирной смазки летучих образуется большое количество, поэтому угол между касательными к поверхности слитка и поверхности свища в этом случае тупой (рис. 126 о, в), тогда как количество адсорбированного газа небольшое, и он собирается в пузырек постепенно. В то время, когда пузырек, дающий начало свищу, мал, металл у самой поверхности соприкосновения с изложницей затвердевает быстро, и поперечник свища у поверхности будет малого размера. Ho мере накопления газа и его разогревания объем пузырька, образующего свищ, увеличивается; с другой стороны, затвердевание последующих слоев металла слитка тоже замедляется, почему газ легче его раздвигает. Таким образом, свищ в этом случае получается расширяющимся внутрь слитка. Касательная, проведенная у поверхности свища, даст острый угол с касательной к поверхности слитка (см. рис. 126, б, г).
Это отличие в профиле свищей, получившихся в результате избытка смазки и в результате адсорбции газа или водяного пара, дает возможность легче устанавливать причину дефектов слитка и, следовательно, быстрее их ликвидировать.
2. Если изложница изготовлена из чугуна или из стали, то при чередовании процессов нагрева и охлаждения изложницы, ее поверхность может окисляться. При последующей заливке металла окисленная поверхность снова разогреется. При этом будут идти реакции:
Реакция (124) является более существенной причиной для выделения газа, чем реакция (125). В результате этик реакций также между слитком и изложницей образуется газ, который будет порождать свищи в слитке. Так как количество газа и в этом случае сравнительно небольшое, то форма свища будет близка к его форме, получающейся в результате адсорбции газа или пара поверхностью изложницы, т. с. свищ получается с острыми краями.
3. Если изложница вблизи поверхности се соприкосновения со слитом имеет рыхлоты или раковины, сообщающиеся с полостью изложницы, в которую заливается металл, то заполняющий их газ при разогревании от залитого металла станет расширяться и выходить в зазор между слитком и изложницей, что послужит причиной образования свищей. Форма свищей в этом случае (см. рис. 126, д) чаще приближается к форме их при образовании в результате наличия адсорбированного газа, но иногда, если количество газа в раковинах изложницы большое, а стенка, отделяющая раковину от слитка, тонкая, газ разогревается внутри раковины быстро и образует свищи, похожие на свищи, получившиеся в результате избытка летучих в жирней смазке.
Во всех случаях, когда при кристаллизации металлов у поверхности присутствует и газ, будут образовываться свищи, аналогичные литейным поверхностным свищам. При электролитическом выделении металла из водных растворов, в случае одновременного выделения водорода, между кристаллами отлагающегося на катоде металла будут находиться пузырьки. По мере роста кристаллов будут расти и пузырьки, и поверхность катода окажется покрытой свищами.
При литье сплавов, дающих на поверхности прочные пленки окислов, например алюминиевых сплавов, адсорбированный газ, разогревающийся и расширяющийся в зазоре между слитком и изложницей, не в состоянии пройти в металл, поэтому он остается между стенкой изложницы и слитком, образуя в последнем углубления.
При литье алюминия и его сплавов в наклонные изложницы адсорбированный газ или другие газообразные продукты, образующиеся между слитком и стенкой изложницы (от масла, оставшегося на поверхности после строжки и подшабривания изложницы, и др.), постепенно пробираются между затвердевающим металлом и стенкой изложницы вверх. На поверхности слитка остаются от этого следы в виде полос. В течение всего времени при повороте изложницы направление таких следов соответствует нормали к поверхности уровня в каждый данный момент времени. При литье плит в наклонные изложницы в углу слитка, который начинал заливаться при неподвижном состоянии изложницы, следы от выхода адсорбированного газа имеют вид параллельных полос (рис. 128, а). В той части слитка, которая образована металлом, залитым при непрерывном поворотеe изложницы около горизонтальной оси, следы выхода газа имеют вид дуг, идущих в направлении, нормальном по отношению к лучам, являющимся фиксированными временными поверхностями уровней металла в последовательные моменты времени. При малой скорости поворота изложницы (на рис. 128, б средина слитка) газ успевает уходить, и дуги менее ярко выражены; при большей же скорости весь газ остается между стенкой изложницы и слитком, и дуги проявляются более резко (краевые участки на слитке рис. 128, б).
При непрерывном (полунепрерывном) литье слитков полосы, похожие на предыдущие, получаются при неравномерной подаче смазки в изложницу. В этом случае там, где смазки скопляется больше, поверхность металла будет отодвигаться от поверхности изложницы дальше, поэтому полосы образуются более глубокие (рис. 128, в).
Полосы, образующиеся и при литье алюминиевых сплавов в наклонные изложницы и при непрерывном литье тех же сплавов, имеют сравнительно небольшую глубину. В средней части она измеряется долями миллиметра (до 1 мм), а к краям постепенно уменьшается. Особого вреда для производства такого рода полосы не представляют, если они не сопровождаются трещинами, которые иногда получаются в глубине таких полос вследствие замедленного охлаждения этих участков слитка из-за наличия теплоизолирующей газовой прослойки. Обычно трещины по местам образования таких полос появляются в слитках сплавов, особенно склонных к образованию литейных трещин.