Производство отливок из сплавов цветных металлов

 
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 
Кафедра технологии литейных процессов
 
 
 
 
 
 
 
Производство отливок 
из сплавов цветных металлов 
 
 
 
Под общей редакцией профессора  
В.Д. Белова  
3-е издание, переработанное и дополненное 
 
 
 
Допущено учебно-методическим объединением  
по образованию в области металлургии в качестве учебника  
для студентов высших учебных заведений, обучающихся  
по направлению Металлургия 
 
Москва  2011 

УДК 621.74:669.2/.8 
 
П68 
Р е ц е н з е н т ы :  
зав. каф. ТМ и ЛП, проф. А.И. Батышев (МГОУ им. В.С. Черномырдина); 
зам. гл. металлурга, канд. техн. наук В.В. Гусева  
(ОАО «Авиационная корпорация «Рубин») 
Авторы: А.В. Курдюмов, В.Д. Белов, М.В. Пикунов,  
В.М. Чурсин, С.П. Герасимов, В.С. Моисеев 
 
 
Производство отливок из сплавов цветных металлов : 
П68 учебник / А.В. Курдюмов, В.Д. Белов, М.В. Пикунов [и др.] ; 
под ред. В.Д. Белова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Изд. Дом 
МИСиС, 2011. – 615 с. 
ISBN 978-5-87623-573-2 
Приведены физико-химические свойства цветных металлов и сплавов, 
изложены современные представления о взаимодействии металлических расплавов с газами, огнеупорными материалами, шлаками и флюсами. Даны 
сведения о рафинировании и модифицировании расплавов. Описаны оборудование и технология получения фасонных отливок и слитков из алюминиевых, магниевых, медных, никелевых, титановых, цинковых, оловянносвинцовых сплавов, а также сплавов на основе серебра, золота, платины, 
палладия. Рассмотрены вопросы охраны труда и защиты окружающей среды. 
При подготовке учебника к третьему изданию (второе издание 1996 г.) 
авторы переработали и дополнили материал практически всех разделов, внесли исправления и учли замечания сотрудников литейных кафедр ряда вузов 
России, Украины, Белоруссии и Казахстана. 
Учебник предназначен для студентов специальности «Литейное производство черных и цветных металлов» и бакалавров по профилю «Технология 
литейных процессов». Может быть использован при подготовке магистров 
по направлению «Металлургия» и аспирантов специальности «Литейное 
производство». 
УДК 621.74:669.2/.8 
ISBN 978-5-87623-573-2 
© Коллектив авторов, 2011 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие..............................................................................................7 
Введение....................................................................................................9 
Раздел I. Физико-металлургические и технологические основы 
плавки и литья сплавов цветных металлов ..........................................14 
Глава 1. Общие сведения о цветных металлах и сплавах...................14 
1.1. Цветные металлы........................................................................14 
1.2. Сплавы цветных металлов.........................................................16 
Глава 2. Физические свойства жидких металлов и сплавов...............22 
2.1. Температура плавления и плотность металлов и сплавов......22 
2.2. Поверхностная энергия и вязкость металлических  
расплавов. Диффузия в жидких металлах.......................................24 
2.3. Давление пара металлов и сплавов...........................................30 
2.4. Теплофизические и электрические свойства металлов  
и сплавов ............................................................................................31 
2.5. О строении металлических расплавов......................................35 
Глава 3. Взаимодействие жидких металлов с газами, материалами 
тиглей и футеровкой плавильных печей ..............................................37 
3.1. Общие закономерности взаимодействия металлических 
расплавов с газами.............................................................................38 
3.2. Взаимодействие жидких металлов с водородом,  
кислородом, азотом, сложными газами...........................................41 
3.3. Взаимодействие жидких металлов с материалами тиглей  
и футеровкой плавильных печей......................................................53 
Глава 4. Основы технологии плавки.....................................................58 
4.1. Основные положения разработки технологии плавки............58 
4.2. Защита расплавов от взаимодействия с атмосферой  
при плавке ..........................................................................................64 
4.3. Рафинирование металлических расплавов...............................68 
4.4. Раскисление металлических расплавов....................................75 
4.5. Модифицирование металлических расплавов.........................77 
Раздел II. Производство фасонных отливок из сплавов  
цветных металлов ...................................................................................80 
Глава 5. Печи для плавки цветных металлов и сплавов .....................80 
5.1. Классификация плавильных печей ...........................................80 
5.2. Пламенные плавильные печи....................................................85 
5.3. Электрические печи сопротивления.........................................91 
 
3 

5.4. Индукционные тигельные печи ................................................95 
5.5. Индукционные канальные печи..............................................105 
5.6. Электрошлаковые печи............................................................112 
5.7. Плазменные печи......................................................................114 
5.8. Электродуговые и электронно-лучевые печи........................119 
5.9. Дуговые печи постоянного тока .............................................120 
Глава 6. Общая характеристика и классификация отливок..............126 
6.1. Требования к отливкам............................................................126 
6.2. Классификация отливок...........................................................138 
Глава 7. Производство отливок из алюминиевых сплавов...............148 
7.1. Состав и свойства первичного алюминия..............................148 
7.2. Состав и свойства алюминиевых сплавов..............................151 
7.3. Особенности плавки алюминиевых сплавов .........................169 
7.4. Особенности технологии производства фасонных отливок ....201 
Глава 8. Производство отливок из магниевых сплавов ....................234 
8.1. Состав и свойства первичного магния ...................................234 
8.2. Состав и свойства магниевых сплавов...................................236 
8.3. Особенности плавки магниевых сплавов...............................246 
8.4. Особенности технологии производства  
фасонных отливок ...........................................................................261 
Глава 9. Производство отливок из медных сплавов..........................274 
9.1. Состав и свойства меди............................................................274 
9.2. Состав и свойства медных сплавов ........................................278 
9.3. Особенности плавки меди и медных сплавов........................293 
9.4. Технология плавки медных сплавов.......................................304 
9.5. Технология производства фасонных отливок  
из медных сплавов...........................................................................322 
Глава 10. Производство отливок из никелевых сплавов ..................339 
10.1. Свойства никеля .....................................................................339 
10.2. Состав и свойства никелевых сплавов .................................340 
10.3. Особенности плавки никелевых сплавов.............................345 
10.4. Особенности технологии производства  
фасонных отливок ...........................................................................351 
Глава 11. Производство отливок из титановых сплавов...................363 
11.1. Состав и свойства титана.......................................................363 
11.2. Состав и свойства титановых сплавов..................................365 
11.3. Особенности плавки титановых сплавов .............................374 
11.4. Плавильно-заливочное оборудование..................................380 
 
4 

11.5. Особенности технологии производства  
фасонных отливок ...........................................................................390 
Глава 12. Производство отливок из сплавов тугоплавких  
металлов.................................................................................................420 
12.1. Свойства тугоплавких металлов ...........................................420 
12.2. Свойства ниобиевых и молибденовых сплавов...................423 
12.3. Особенности плавки тугоплавких сплавов ..........................425 
Глава 13. Производство отливок из сплавов легкоплавких  
металлов.................................................................................................433 
13.1. Состав и свойства цинковых сплавов...................................433 
13.2. Особенности плавки цинковых сплавов...............................440 
13.3. Состав и свойства оловянных сплавов .................................444 
13.4. Особенности плавки оловянных сплавов.............................450 
13.5. Состав и свойства свинцовых сплавов .................................451 
13.6. Особенности плавки свинцовых сплавов.............................457 
13.7. Состав и свойства кадмиевых сплавов.................................459 
13.8. Особенности технологии производства фасонных  
отливок из легкоплавких сплавов..................................................461 
Глава 14. Производство отливок из сплавов  
благородных металлов .........................................................................463 
14.1. Состав и свойства золотых сплавов......................................463 
14.2. Состав и свойства серебряных сплавов................................466 
14.3. Состав и свойства платиновых сплавов ...............................469 
14.4. Состав и свойства палладиевых сплавов..............................471 
14.5. Производство отливок из сплавов благородных 
металлов ...........................................................................................472 
Раздел III. Производство слитков из сплавов цветных металлов ....473 
Глава 15. Основы производства слитков............................................473 
15.1. О качестве слитков.................................................................474 
15.2. Особенности получения слитков различными 
способами.........................................................................................479 
15.3. Непрерывное литье заготовок малых сечений.  
Гранульная технология...................................................................509 
Глава 16. Производство слитков из сплавов легких  
цветных металлов .................................................................................539 
16.1. Производство слитков из алюминиевых сплавов................539 
16.2. Производство слитков из магниевых сплавов .....................555 
 
5 

Глава 17. Производство слитков из сплавов тяжелых  
цветных металлов.................................................................................561 
17.1. Производство слитков из медных и никелевых сплавов....561 
17.2. Производство слитков из цинковых сплавов.......................574 
17.3. Производство слитков из сплавов благородных 
металлов ...........................................................................................576 
Глава 18. Производство слитков из титановых сплавов...................578 
18.1. Печи для производства слитков............................................578 
18.2. Технологический процесс изготовления слитков 
в вакуумных электродуговых печах..............................................586 
18.3. Производство слитков с использованием гарнисажной 
плавки...............................................................................................592 
Глава 19. Охрана труда и окружающей среды в производстве  
отливок из сплавов цветных металлов ...............................................594 
19.1. Общая характеристика федерального закона 
«Об охране окружающей среды». Сведения о других законах 
и подзаконных актах экологического законодательства.............594 
19.2. Правила безопасной работы при плавке сплавов 
цветных металлов............................................................................597 
19.3. Защита от вредных (токсичных) веществ ............................600 
19.4. Опасные и вредные факторы при плавке сплавов 
цветных металлов и меры защиты от них.....................................602 
Библиографический список.................................................................608 
Приложения ..........................................................................................611 
 
6 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Практически вся масса производимых цветных металлов перерабатывается в слитки и фасонные отливки. Исключение составляют 
редкие тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден), заготовки из которых в основном получают методами порошковой металлургии. 
По данным Ассоциации литейщиков России в 2010 г. производство отливок из цветных сплавов в стране составило 400 тыс. т, в том 
числе из алюминиевых сплавов (включая слитки) – 300 тыс. т,  
из магниевых сплавов – 15 тыс. т, из медных сплавов – 60 тыс. т,  
из цинковых сплавов – 10 тыс. т и из других сплавов – 15 тыс. т. 
При этом производство отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов распределяются следующим образом (%): 
Литье в сырые песчано-глинистые формы...........................................50 
Литье в разовые формы из ХТС.............................................................29 
Литье в кокиль........................................................................................5,0 
Литье под давлением .............................................................................8,0 
Центробежное литье ..............................................................................5,0 
Литье в оболочковые формы.................................................................0,5 
Литье по выплавляемым моделям........................................................1,0 
Литье по газифицируемым моделям....................................................0,3 
Непрерывное литье ................................................................................0,8 
Другие технологии литья ......................................................................0,4 
В период 2006–2010 гг. в России на фоне общего экономического 
кризиса наметился некоторый рост производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, которые в ряде случаев заменяют литые детали из чугуна и стали. 
Литейная отрасль является основой машиностроения, участвуя в 
формировании более 90 % ее финальной продукции. Без качественных отливок невозможно производство продукции тяжелого и железнодорожного машиностроения, электро- и судостроения, авиа- и 
автопрома и других отраслей. 
В последние годы литейное производство в России развивается 
преимущественно на базе импортируемых технологий, материалов и 
оборудования. При этом формирующаяся в России рыночная экономика требует не только производства конкурентноспособной продукции, но и организации ее выпуска в кратчайшие сроки. 
В связи с этим подготовка специалистов для литейной отрасли 
должна осуществляться на качественно более высоком уровне. Это 
 
7 

касается не только модернизации материальных баз литейных кафедр в вузах, но и пересмотра учебных планов и содержания учебных курсов. 
При подготовке учебника к 3-му изданию (2-е издание 1996 г.) авторы переработали и дополнили материал практически всех разделов, внесли исправления и учли замечания сотрудников литейных 
кафедр ряда вузов России, Украины, Белоруссии и Казахстана. 
В 3-м издании учебника «Производство отливок из сплавов цветных металлов» предисловие и главы 6, 7, 8, 13 и 16 написаны 
В.Д. Беловым, который в их основу положил материал, написанный 
ранее А.В. Курдюмовым. Введение и главы 2, 3, 4 и 15 написаны 
М.В. Пикуновым, главы 1, 9, 14, 17 и 19 – В.М. Чурсиным и переработаны и дополнены С.П. Герасимовым, главы 5, 10, 11, 12 и 18 – 
В.С. Моисеевым. В подготовке материалов к переизданию принимали участие Т.А. Базлова, Н.А. Названова, Е.А. Герасименко и 
С.А. Таволжанский (глава 15). 
 
8 

ВВЕДЕНИЕ 
Литейное производство – одно из древнейших ремесел, освоенных человечеством. Первыми литейными материалами были медь и 
ее сплавы – бронзы. Древние бронзы содержали 1...15 % мышьяка, 
3...12 % олова, до 3 % свинца и цинка, примеси серы, сурьмы, серебра. Выплавка меди, бронз, а также золота, серебра и сплавов на их 
основе и получение литых изделий (оружия, украшений, посуды и 
др.) в разных регионах Европы и Азии начались в IV–II тысячелетиях 
до н.э. На территории восточно-европейской части Российской Федерации развитое литейное ремесло появилось в середине IV тысячелетия до н.э. на Северном Кавказе и несколько позже в степной зоне 
между Волгой и Доном. 
Отливки из бронзы получали литьем в каменные и обожженные 
глиняные (керамические) формы. Каменные формы делали из мягких 
пород известняка или песчаника. В каменной плите вырезали рабочую полость. Такие формы сразу после заливки накрывали плоской 
плитой, так что одна сторона отливки оказывалась плоской. Позже 
стали использовать керамические формы, состоявшие из двух частей. 
Их изготавливали из сырой смеси глины и песка, используя модели 
будущих литых изделий. Затем формы сушили, обжигали для придания прочности, скрепляли две половины и заливали. Полученные 
таким образом отливки имели всестороннюю фасонную поверхность. 
Еще позже в литейную форму между двумя ее половинами стали закладывать керамические вставки (стержни), что позволило изготавливать полые отливки. Именно таким образом отливали топоры с 
проушиной для рукояти – один из наиболее распространенных в те 
времена видов оружия. 
Мелкие литые украшения (кольца, подвески, серьги) из бронзы, 
золота, серебра получали «литьем по воску». В этом случае сначала 
изготавливали восковые модели как точные копии будущих изделий. 
Эти модели погружали в жидкоподвижную глинисто-песчаную массу, которую затем высушивали и обжигали. Воск выгорал, и в образовавшуюся полость заливали металл. 
Бронзы и позже латуни (сплавы меди с цинком) на протяжении 
многих веков были главным материалом для изготовления художественных отливок, памятников и скульптур. До наших дней сохрани 
9 

лась бронзовая конная статуя римского императора Марка Аврелия 
(II век н.э.). 
Большой шаг в развитии бронзового литья был сделан с началом 
литья колоколов и пушек в ХV–ХVI вв. Русские мастера-умельцы 
изготовили знаменитые отливки: «Царь-пушку» массой 40 т (Андрей 
Чохов, 1586), и «Царь-колокол» массой 200 т (Иван и Михаил Моторины, 1736). Широко известны отлитые из бронзы памятники Петру I 
в Петербурге (1775) и «Тысячелетие России» в Новгороде (1862).  
В наше время был изготовлен литой бронзовый памятник Юрию 
Долгорукому – основателю Москвы (1954). 
В XVIII в. в Европе на первое место по массовости и универсальности использования выходит новый литейный материал – чугун, 
послуживший основой развития машинной индустрии в первой половине XIX в. В Китае литые изделия из чугуна известны за несколько столетий до н.э. 
К началу XX в. литейное производство цветных металлов и сплавов заключалось в получении фасонных отливок из оловянных бронз 
и латуней, а также слитков из меди, бронзы и латуней. Фасонные отливки изготовляли только литьем в песчаные формы (тогда говорили 
и писали «земляные формы», «литье в землю»). Слитки получали 
массой не более 200 кг литьем в чугунные формы-изложницы. 
Следующий этап развития литейного производства цветных металлов и сплавов начался примерно с 1920–1930 гг., когда начали 
применяться новые сплавы цветных металлов, прежде всего на основе алюминия. Одновременно началось освоение фасонного и заготовительного литья из специальных бронз и латуней – алюминиевых, 
кремниевых, марганцевых. В 1935–1945 гг. разворачивается литье 
под давлением из цинковых сплавов, затем из алюминиевых сплавов 
и латуни, содержащей 40 % цинка. Период 1950–1970 гг. был ознаменован разработкой технологии плавки и литья титана и его сплавов, циркония и сплавов на его основе, молибдена, вольфрама, хрома, ниобия, редкоземельных металлов, урана. 
Освоение новых сплавов потребовало коренной перестройки технологии плавки и плавильного оборудования, применения новых материалов для литейных форм и новых способов их изготовления. 
Массовый характер производства способствовал разработке новых 
принципов организации производства, основанных на широкой ме 
10