Металлургические технологии : литейное производство

МИНИСТЕРСТВО ОБРА ЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

№ 1939

Кафедра технологии литейных процессов

Т.А. Базлова
С.В. Лактионов

Металлургические технологии

Литейное производство

Лабораторный практикум

Допущено учебно-методическим объединением
по образованию в области металлургии в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению 150100 – Металлургия

Москва  2011

УДК 621.74
 
Б17

Р е ц е н з е н т
канд. техн. наук, проф. В.А. Муравьев

Базлова, Т.А.
Б17  
Металлургические технологии : литейное производство : 
лаб. практикум / Т.А. Базлова, С.В. Лактионов. – М. : Изд. Дом 
МИСиС, 2011. – 90 с.
 

Основное внимание в лабораторном практикуме уделено работам, связанным с подготовкой металлических расплавов к литью и исследованию их технологических (литейных) свойств, а также разработке технологии получения 
отливок.
Практикум содержит лабораторные работы по основным разделам дисциплины «Литейное производство», являющейся частью курса «Металлургические технологии», предусмотренного учебным планом подготовки бакалавров 
по направлению 150100 «Металлургия».
Может быть полезен студентам, обучающимся по другим специальностям 
и направлениям подготовки при изучении курса «Технология металлов».

 
© Базлова Т.А.
Лактионов С.В., 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ..........................................................................................................4
Правила техники безопасности ...........................................................................5
Лабораторная работа 1. Разработка технологического процесса
 
изготовления отливки  .................................................... 7
Лабораторная работа 2. Изготовление отливки в разовой песчаной форме .... 20
Лабораторная работа 3. Определение литейных свойств сплава ...................28
Лабораторная работа 4. Изготовление отливок специальными
 
способами литья .........................................................39
Лабораторная работа 5. Рафинирование алюминиевых сплавов
 
от растворенных газов и неметаллических
 
включений ...................................................................55
Лабораторная работа 6. Модифицирование алюминиевых сплавов ..............65
Лабораторная работа 7. Раскисление меди .......................................................73
Лабораторная работа 8. Влияние интервала кристаллизации и скорости
 
охлаждения на усадочную пористость
 
и структуру отливок ...................................................80

Предисловие

Лабораторный практикум является составной частью дисциплины 
«Металлургические технологии» (раздел «Литейное производство») для 
бакалавров по направлению «Металлургия» и рассчитан на 32 часа. 
Целью практикума является закрепление знаний, полученных студентами на лекциях, и приобретение навыков изготовления разовых 
песчаных литейных форм по постоянным моделям, проведения технологических испытаний свойств формовочных и стержневых смесей, 
приготовления литейного сплава, включая выплавку, рафинирование и 
модифицирование, определения технологических (литейных) свойств 
сплавов, изготовления отливок в разовой песчаной форме и кокиле.
Выполнение лабораторных работ ведется в подгруппах численностью не более 12 человек с максимальной степенью самостоятельности решения задач конкретной работы. Целесообразно разделить студентов на бригады по два-три человека в каждой.
После ознакомления с порядком выполнения работ и инструктажа 
по технике безопасности студенты получают перечень работ и график 
их выполнения. Подготовкой к лабораторной работе студент занимается самостоятельно, прорабатывая теоретические вопросы, изучаемые в ней, и методику выполнения лабораторных опытов.
В начале каждого занятия студент должен представить отчет о выполненной работе и получить допуск к следующей, т.е. составить 
план ее выполнения и пройти контроль знаний ее теоретической и 
практической значимости.
Отчет по лабораторным работам выполняется в отдельной тетради 
и содержит, наряду с теоретической частью, первичные данные, расчеты, эскизы и выводы. Работа должна быть оформлена аккуратно, 
без сокращения слов, на одной стороне листа.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ 

Наиболее частыми видами травм при выполнении работ в литейной лаборатории являются ожоги, поражение током и ушибы. Причинами ожогов в большинстве случаев являются выброс расплавленного 
металла при загрузке в него влажной шихты в процессе плавки, брызги расплавленного металла при небрежной разливке, выброс жидкого 
металла при заливке в холодную металлическую или влажную песчаную форму, неосторожное обращение с горячими отливками. Поражение электрическим током возможно при соприкосновении с токонесущими частями различных лабораторных установок, при замыкании 
на корпус электрических печей и двигателей, при нарушении заземления, при самовольном подсоединении лабораторного оборудования 
к источникам питания. Основной причиной ушибов является неосторожность и небрежность в обращении с инструментом и литейными 
формами при их перемещении.
При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности.
Не допускать самовольного включения приборов и установок 
1. 
в сеть.
Перед началом работы на оборудовании проверить его заземление.
2. 
Включать и выключать плавильные печи только в присутствии 
3. 
лаборанта.
Загрузку тигля в печь и извлечение его из печи производить 
4. 
только при отключенном напряжении, надев рукавицы, защитные 
очки и головные уборы.
Загружать в жидкий металл только подогретые шихтовые мате5. 
риалы и флюсы.
Любые манипуляции с расплавленным металлом в печи (загруз6. 
ка шихты, замер температуры, рафинирование, съем шлака, перемешивание, отбор проб металла и др.) проводить только при отключенном 
напряжении. При работе использовать только окрашенный и просушенный плавильный инструмент. При работе пользоваться защитными 
очками, рукавицами и надевать спецодежду и головной убор.
Подогревать металлические формы перед их заполнением жид7. 
ким металлом.
При заливке литейных форм металлом и переливе металла из 
8. 
печи в ковш работать в спецодежде и головном уборе и пользоваться 
рукавицами, защитными лицевыми щитками или очками.

Извлечение отливок из литейных форм производить не менее 
9. 
чем через 10...15 минут после заливки.
При подготовке формовочных и стержневых смесей материалы 
10. 
загружать только в неработающие бегуны.
Травление макро- и микрошлифов проводить только в вытяж11. 
ном шкафу, используя спецодежду и резиновые перчатки.
При приготовлении травителей строго соблюдать правила сме12. 
шивания химических реактивов.
Литейные формы и грузы массой более 16 кг перемещать толь13. 
ко под наблюдением лаборанта.
К выполнению работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности, о чем должна быть отметка в журнале 
по технике безопасности с росписью инструктора и самого студента.
Выполнение каждой лабораторной работы должно начинаться со 
специального инструктажа, учитывающего особенности конкретной 
работы.

Лабораторная работа 1

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 
ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ

1.1. Цель работы

Научить студента по чертежу детали определять положение отливки в форме, плоскость разъема формы и модели, разрабатывать чертеж отливки, модели и стержневого ящика, рассчитывать литниковопитающую систему и конструировать ее. 

1.2. Общие сведения

Для получения качественной литой детали ее конструкция должна 
быть технологичной, т.е. простой, легкой и дешевой в изготовлении, 
обеспечивающей необходимую прочность, наиболее полное использование металла и наименьшие затраты на отливку и механическую обработку.
Качество литой детали зависит не только от свойств металла, но 
и от качества отливки. Конструктивную прочность детали снижают 
такие дефекты литья, как газовые, шлаковые и песчаные раковины, 
усадочные раковины и рыхлоты, трещины, внутренние напряжения 
и другие, которые часто обусловлены неправильной конфигурацией 
отливок литниковой системы или неправильным подводом жидкого 
металла в полость формы. Литым деталям следует придавать обтекаемую форму, простую конфигурацию без резких изменений толщины 
стенок и разветвлений внутренних полостей, затрудняющих заполнение формы металлом. Резкие переходы от тонких стенок к толстым 
ведут к появлению внутренних напряжений, короблению, образованию трещин. Местные скопления металла провоцируют образование 
термических узлов и требуют установки прибылей и холодильников 
во избежание усадочных раковин и пористости. На рис. 1.1, а показаны случаи местного скопления металла, вызывающего образование 
раковин 1. Применение холодильников 2 (рис. 1.1, б) и изменение конструкции (рис. 1.1, в) делает эти дефекты менее выраженными  3 или 
полностью устраняет их. Массивные стенки и приливы следует заменять коробчатыми и реб ристыми конструкциями. Сопряжения стенок 
отливки должны быть выполнены с закруглениями – галтелями.

Рис. 1.1. Образование усадочных дефектов в зависимости
от конструкции отливки:
а – образование усадочных раковин в тепловых узлах;
б – применение холодильников; в – изменение конструкции отливки

Разработка технологии изготовления отливки выполняется с учетом решения следующих основных задач:
– технологичность конструкции и характеристика отливки;
– проектирование и изготовление модельного комплекта;
– выбор формовочных и стержневых смесей;
– разработка технологии изготовления форм;
– разработка технологии изготовления стержней;
– расчет литниково-питающих систем;
– сборка и заливка форм, охлаждение отливок в формах и финишные операции.
Разработка технологии изготовления отливки начинается с анализа чертежа и конструкции детали. В результате с учетом усадки 
сплава выбирают способ формовки, расположение отливки в фор

ме, плоскость разъема модели и формы, количество стержней, место 
подвода металла, конструкцию и размеры литниковой системы, размеры опок.
После разработки технологического процесса изготовления литой 
детали выполняют чертежи отливки, модели, собранной формы в разрезе и вид сверху на раскрытую форму. При выполнении чертежей 
руководствуются ГОСТ 3.1125–88.
При выборе технологии изготовления отливки в разовой песчаной 
форме разработка процесса ведется с учетом определенных условий.
Способ формовки зависит от конфигурации и размера литой детали и от выбранной конструкции модели (разъемной, неразъемной, с 
отъемными частями, применения шаблонов и т.д.).
При выборе расположения отливки в форме следует руководствоваться правилами:
– всю отливку или ее основную часть размещать в одной, желательно нижней, полуформе;
– большие горизонтальные поверхности отливки располагать внизу формы, так как верхнее их расположение приводит к обгоранию 
и осыпанию смеси верхней полуформы, затрудняет выход газов и загрязняет металл всплывающими шлаковыми включениями;
– обрабатываемые поверхности отливки располагать в нижней или 
боковых частях формы;
– отливки из сплавов, дающих большую усадку (сталь, цветные 
сплавы), размещать так, чтобы обеспечить направленное затвердевание (тонкие части отливки – внизу, массивные – вверху), либо предусматривать установку прибылей.
Следует избегать сложных криволинейных разъемов формы и модели и предусматривать минимальное количество стержней, так как 
они снижают точность отливок и удорожают стоимость модельного 
комплекта.
При выборе места подвода металла в форму руководствуются 
следующими правилами:
– для длинных отливок металл следует подводить в направлении 
длинной оси отливки;
– при наличии в отливке ребер, питатели подводить против ребер, 
чтобы обеспечить заполнение их более горячим металлом;
– стремиться подводить металл в необрабатываемую часть отливки, так как в случае размыва формы неметаллические включения не 
обнаружатся при механической обработке;

– не подводить металл таким образом, чтобы струя падала с большой высоты и разбрызгивалась;
– для одновременного затвердевания разностенной отливки металл 
подводить в более тонкую часть, а для направленного затвердевания – 
в более массивную часть отливки.
Размеры опок определяются габаритами отливки, расположением 
литниковой системы и статическим напором металла, зависящим от 
высоты отливки. Практикой установлена толщина литейной формы, 
необходимая для формирования в ней отливки (рис. 1.2, табл. 1.1).

Рис. 1.2. Схема литейной формы

Таблица 1.1
Рекомендуемые параметры расположения отливки в форме

Характер отливок
Размеры, мм
а*
б
в
Мелкие
30...50
40...70
40...70
Средние
50...90
70...120
75...150
Крупные
100...200
150...350
150...310
* Параметры а, б, в см. на рис. 1.2.

На чертеже детали наносят припуски на механическую обработку, выполняют галтели и указывают способ изготовления отверстий: 
литьем или механической обработкой.
Величины припусков на механическую обработку в зависимости 
от габаритов и положения отливки в форме, а также от применяемого 
сплава назначают в соответствии с ГОСТ 26645–85.
Радиусы галтелей R при сопряжении стенок отливки, в зависимости от толщины сопрягаемых стенок а и b, приведены в табл. 1.2.

Отверстия, пазы и уступы, которые не должны отливаться, на чертеже литой детали зачеркивают тонкими линиями.
Диаметр литых отверстий зависит от состава сплава и толщины 
стенки отливки. В табл. 1.3 приведены рекомендуемые минимальные 
диаметры отливаемых отверстий. 

Таблица 1.2
Радиусы R галтелей при сопряжении стенок отливки

 a + b
_____ , мм
    2
R, мм
 a + b
_____ , мм
    2
R, мм

До 12
6
60...80
30
12...16
8
80...110
35
16...20
10
110...150
40
20...27
12
150...200
50
27...35
15
200...250
60
35...45
20
250...300
80
45...60
25
300
100
 Таблица 1.3
Минимальные диаметры отливаемых отверстий

Вид отливки
Толщина стенки,
мм
Минимальный диаметр
отливаемого отверстия, мм

Отливки из серого чугуна
8...10
20...25
40...50

10
12
15

Отливки из стали
До 40
40...60
60...80

25
30
35

Отливки из алюминиевых сплавов
До 20
20...50
50...80

10
15
20

Затем на чертеже детали указывается плоскость разъема, формовочные уклоны, форма и величина стержневых знаков. Необходимо 
учесть тот факт, что модель отливки при извлечении ее из формы не 
должна разрушать последнюю. В противном случае для модели назначают свою плоскость разъема. При этом желательно избегать криволинейных сложных разъемов.
Для облегчения удаления модели из формы необходимо предусмотреть на вертикальных ее стенках формовочные уклоны (рис. 1.3). 
Если поверхность обрабатываемая, то уклоны создают за счет увеличения размера А (см. рис. 1.3, а); если поверхность необрабатываемая, то делают усредненные уклоны (см. рис. 1.3, б).