Результаты производства промышленных отливок

Категория:
Жаропрочное стальное литье


Результаты производства промышленных отливок

Снижение предела текучести наблюдалось на образцах, взятых только от незначительной части деталей. Образцы, взятые от остальных деталей той же плавки, не показали понижения предела текучести, поэтому можно предполагать, что это связано с не совсем благоприятным, с технологической точки зрения, расположением приливных планок, в которые поступал более холодный металл, в результате чего затруднялось нормальное питание этих планок в процессе кристаллизации.

Детали цилиндра низкого давления (внутренняя и внешняя части газовпуска), обладающие технологичной конструкцией с четко выраженной направленностью затвердевания, практически не имели литейных пороков.

Детали же цилиндра высокого давления (верхняя и нижняя части улитки), наиболее сложные по конструкции, имели небольшое количество пороков.

В отличие от первых отливок паровой турбины СВК-150, почти во всех рассмотренных выше деталях газовой турбины ГТ-12-3 удавалось почти полностью предупредить образование внутренних пороков в виде раковин и рыхлот усадочного происхождёния, окисных плен и заворотов.

В отдельных деталях — верхней и нижней части улитки и некоторых обоймах, со стенками различной толщины, с резкими переходами наблюдались неглубокие поверхностные горячие трещины и рыхлота. Повышение температуры металла при заливке деталей турбины ГТ-12-3 в значительной степени послужило причиной образования горячих трещин. Это подтверждается результатами исследования двух опытных отливок, залитых при высоких температурах (1570—1600°).

Опыт показывает, что приварка различных платиков и бобышек является более целесообразной, чем отливка их совместно с деталью, так как эти местные утолщения способствуют образованию усадочных раковин и рыхлот, требующих вырубки и последующей заварки.

Для получения положительного температурного градиента, являющегося главным фактором, обеспечивающим необходимую плотность крупногабаритных отливок, необходимо применение двух-и трехъярусной литниковой системы с последовательным подводом металла в форму, начиная с самых нижних частей ее и кончая прибыльными частями. Для этой цели необходимо применение двух-стопорных и даже трехстопорных разливочных ковшей и отдельных стояков для каждого яруса литниковой системы.

Сифонный подвод металла может быть применен только в отдельных случаях. Так, например, в детали внешней части газовпуска с четко выпаженной констпуктивной направленностью затвердевания высотой не более 500 мм даже при сифонной заливке положительный температурный градиент не нарушается и пороки практически отсутствуют.

В отливках больших размеров, например, внутренняя часть газовпуска, с четко выраженной конструктивной направленностью и отсутствием различных приливов, резких переходов и утолщений, ввиду большой высоты (h = 1300 мм) сифонный подвод металла неприемлем. Применение двух- и трехъярусного подвода металла создает необходимые условия для направленного затвердевания металла и обеспечивает хорошее качество отливок.

Попытка использовать до>й некоторых деталей воздушное давление от сети для повышения эффективности работы прибылей не дает положительных результатов ввиду систематического прорыва верхней литейной корки прибыли, несмотря на наличие специального железного холодильника толщиной до 10 мм.

Применение аргона в качестве безокислительной среды в полости форм всех опытных и промышленных отливок следует рассматривать как вспомогательное средство, так как наряду с аргоном применяется наиболее мощный фактор борьбы с окисными пленами и заворотами — высокая температура металла при заливке.

Применение хромомагнезитовых формовочных и стержневых смесей в связи с заливкой форм при повышенной температуре металла полностью оправдывает себя и может быть рекомендовано для широкого применения.

Наиболее существенным недостатком данных отливок является наличие пороков в виде мелких трещинок на поверхностях отливки, которые появляются после заварки и последующей термической обработки. Наличие этих трещин связано с природой применяемой стали ЛА1, и борьба с ними должна вестись по линии корректирования химического состава. Например, по последним данным, наличие в аустенитной стали некоторого количества ферритной фазы предупреждает появление трещин указанного типа.

Выводы

1. Результаты изготовления первых опытных и промышленных крупногабаритных отливок из жаропрочной аустенитной стали убедительно показали, что при накоплении соответствующего производственного опыта и проведении дальнейших исследований изготовление высококачественных отливок из этой стали является вполне разрешенной задачей.

2. Главным условием получения плотных аустенитных отливок без раковин и рыхлот усадочного происхождения является создание направленного затвердевания жидкого металла в литейной форме. Поэтому при конструировании необходимо создавать технологичные сварнолитые конструкции, а при разработке литейной технологии предусматривать соответствующие напуски и уклоны.

3. Для создания более благоприятного температурного перепада в литейной форме, обусловливающего направленное затвердевание металла, необходимо применять двух- и трехъярусную литниковую систему с подводом металла в самые массивные части отливки.

4. Сифонный подвод металла может быть рекомендован только для деталей высотой не более 400—500 мм с четко выраженной «конструктивной» или «технологической» направленностью затвердевания.

5. Для сокращения пороков в отливках в виде окисных плен, заворотов и рыхлот необходима повышенная температура металла при заливке (1540—1560°), причем, верхний предел (1560°) относится к тонкостенным отливкам (40 мм), нижний (1540°) к толстостенным (60—100 мм).

6. Чрезмерно высокая температура металла при заливке (1600— 1570°) способствует появлению в отливках значительного количества горячих трещин. Для предупреждения их необходима заливка металла при возможно низких температурах.

7. Для изготовления форм и стержней целесообразно применение непригорающих хромомагнезитовых смесей, обеспечивающих чистую без пригара поверхность отливки.

Прочие виды аустенитного литья

Наряду с крупногабаритным литьем для паровых и газовых турбин из жаропрочной стали аустенитных марок изготовляется значительное количество мелкогабаритного тонкостенного литья задвижек, фланцев, патрубков, крышек, корпусов насосов, крыльчаток и др. со стенками толщиной 10—12 мм.

Для обеспечения высокого качества указанного литья требуется разработка соответствующей литейной технологии.

Практика производства описываемых ниже литых деталей из стали 1Х18Н9Т-Л со стенками переменной толщины (4—15 мм) показывает, что оптимальная температура металла при заливке таких деталей должна находиться в пределах 1560—1580°, что приблизительно на 50° выше, чем для крупногабаритного литья. Однако и при оптимальной температуре металла при заливке обеспечение плотности в тонкостенной отливке с отдельными массивными «тепловыми» узлами возможно только при условии рационального сочетания всех этих узлов и стенок отливки.

Необходимо при этом создавать условия для направленного затвердевания жидкого металла в литейной форме. Соблюдение этого условия особенно важно, так как затвердевание жидкого металла мелких (5—100 кг) и к тому же тонкостенных отливок происходит почти мгновенно. Поэтому в случае наличия хотя и положительного, но недостаточно четко выраженного направленного затвердевания металла в форме необходимое перераспределение температур для образования положительного температурного градиента не успеет произойти и в отливке будут образовываться раковины и рыхлота усадочного происхождения.

Положительные результаты заливки таких деталей достигаются при скорости подъема металла в форме не менее 18—20 мм/сек, однако данная скорость приемлема только в том случае, когда заливка форм производится при оптимальной температуре металла порядка 1560—1580°.

В конструкции содержатся резкие переходы от тонких стенок к массивным частям ее, образующие тепловые узлы. Отсутствуют элементарные условия для направленного затвердевания жидкого металла. Технологическим процессом предусматривается установка четырех массивных прибылей, симметрично расположенных над двумя вертикальными цилиндрическими стенками, соединенными между собой шестью перемычками. На верхнйх стенках улитки также предусмотрены сплошные незначительной высоты прибыли (25 мм).

Принимая во внимание сложность конфигурации отливки и незначительную высоту ее, применялся сифонный подвод металла в вертикальные цилиндрические стенки отливки через четыре питателя, по два в каждую стенку, с целью равномерного распределения металла в форме.

Учитывая опыт производства отливок из стали аналогичных марок тля турбин и значительно меньшую металлоемкость формы рассматриваемой отливки, заливка ее производилась при температуре 1520—1530°. Для изготовления формы применялась хромомагнези-товая облицовочная смесь на сульфитной барде, обеспечивающая поверхность отливки без пригара. Наружные части формы и стержней выполнялись из смеси следующего состава: 100% хромомагне-зитового порошка, 2% едкого натра, 7% жидкого стекла (модуль 2,3—2,5), 2—3% воды. Для внутренних частей форм и стержней применялась смесь, состоявшая из: 100% хромомагнезитового порошка, 5—6% сульфитной барды (удельный вес 1,25—1,30), 2—3% воды. Толщина облицовочного слоя составляла приблизительно 10 мм. На облицовочный хромомагнезитовый слой накладывалась вначале песчано-глинистая смесь на жидком стекле, затем наполнительная. Для внутренних стержней в целях обеспечения лучшей податливости и газопроницаемости к песчано-глинистой смеси, предназначаемой для второго слоя, добавляли гарь или опилки.

Рис. 1. Технологическая схема отливки нижней половины корпуса насоса (первый вариант): 1 — литниковый стояк диаметром 50 мм; 2 — промежуточный литниковый канал диаметром 50 мм; 3 — питатели щелевые 15X30 мм; 4 — прибыли.

По аналогии с крупногабаритными аустенитными отливками для турбин, мелкие тонкостенные отливки также подвергаются всем видам контроля, включая обдирку, шлифовку, полировку, керосиновую пробу и гамма-дефектоскопию.

Рис. 2. Отливка нижней половины корпуса насоса, первый вариант технологии.

После выбивки и очистки от формовочной смеси на поверхности всей отливки как с наружной, так и с внутренней стороны обнаруживалась волнистость, переходящая в завороты металла. Деталь отливалась по первому варианту литейной технологии при 1520—1530°. На рис. 78 представлена верхняя часть этой отливки в увеличенном масштабе с еще более выраженной волнистостью, являющейся результатом низкой температуры металла при заливке.

Рис. 3. Верхняя часть нижней половины корпуса насоса.

Просвечивание гамма-лучами этой отливки после снятия литейной корки и дальнейшей подготовки ее к контролю выявило значительное количество пороков усадочного происхождения в виде раковин и рыхлот, которые размещаются в тепловых узлах мин, а также в местах перехода от горизонтальной стенки к вертикальной. В месте соединения внешней цилиндрической стенки а с внутренней стенкой наблюдалось по всей окружности значительное количество газовых раковин.

Они возникли в результате скопления газа, выделяющегося из тонкого кольцевого стержня, располагающегося между стенками а и б в процессе заливки формы и последующей кристаллизации жидкого металла. Вывод же газа из этого стержня затруднителен, так как он имеет толщину 30—40 мм, а знаковая часть его занимает нижнее положение.

Рис. 4. Технологическая схема отливки нижней половины корпуса насоса (сварнолитой вариант): 1 — литниковый стояк диаметром 50 мм; 2— промежуточный литниковый канал диаметром 50 мм; 3 — питатели 25 X 50; 4 — прибыль кольцевая; 5 — прибыли по контуру отливки.

В новом сварнолитом варианте корпус изготовляется отливкой, а внешняя цилиндрическая часть — из листового проката с последующей приваркой его к корпусу отливки.

По второму варианту литейной технологии корпус отливается в том же положении, что и по первому варианту. Для усиления питания вместо четырех отдельных прибылей применяется одна более массивная кольцевая прибыль 4. Что касается прибылей по контуру отливки, то они увеяичиваются по высоте до 80 мм вместо 25 мм по первому варианту. Цилиндрическая стенка, обозначаемая в первом варианте буквой, выполняется с четко обозначенной конусностью по направлению к главной кольцевой прибыли. Для лучшего обеспечения направленного затвердевания жидкого металла в форме заливка по второму варианту производится не через сифонный литник, а непосредственно через нижнюю кромку центральной кольцевой прибыли, с таким расчетом, чтобы первые порции металла поступали в самую нижнюю кольцевую часть отливки, затем в горизонтальную часть и, наконец, в самую последнюр очередь, благодаря наклонному положению питателей, непосредственно в главную кольцевую прибыль отливки. Относительно спокойное поступление металла в форму достигается благодаря подводу металла к питателям снизу вверх. Оптимальная температура металла при заливке находится в установленных пределах — 1550—1580°.

Рис. 5. Отливка нижней половины корпуса насоса: а — вид с наружной поверхности; б — вид с внутренней поверхности.

После механической обработки и комплексного контроля качества отливки, изготовленной по второму варианту литейной технологии, выявилось полное отсутствие литейных пороков и высокие механические свойства материала отливки.

Рис. 6. Корпус после чистовой механической обработки и проверки качества поверхности.

Образцы для механических испытаний вырезались из специально отлитых пробных планок, которые подвергали термической обработке вместе с отливкой. Термическая обработка состояла из закалки при температуре — 1150° и стабилизации — 850 °С.

Опробование рассмотренных выше литейных технологических процессов при производстве тонкостенных отливок незначительных габаритов подтверждает целесообразность широкого использования их в промышленности при производстве подобных литых деталей ответственного назначения. Так, например, отливка корпуса из стали 1Х18Н9Т-Л, изготовленная по описанному выше принципу, характеризуется полным отсутствием литейных пороков в виде раковин и рыхлот усадочного происхождения, спаев, заворотов, окисных плен и др.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум