Производство слитков из цветных металлов и сплавов : наполнительное литье слитков из цветных металлов и сплавов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

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

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2272 

Кафедра технологии литейных процессов

С.А. Таволжанский 
 
 

Производство слитков 
из цветных металлов и сплавов 

Наполнительное литье слитков  
из цветных металлов и сплавов 

Учебное пособие 

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

Москва  2013 

УДК 621.74.047 
 
Т13 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук С.В. Шокин 

Таволжанский, С.А. 
Т13  
Производство слитков из цветных металлов и сплавов : наполнительное литье слитков из цветных металлов и сплавов : 
учеб. пособие / С.А. Таволжанский. – М. : Изд. Дом МИСиС, 
2013. – 58 с. 
ISBN 978-5-87623-540-4 

Приведены общие сведения по технологии производства слитков из 
цветных металлов и сплавов литьем в изложницы, требования, предъявляемые к слиткам, основные типы изложниц, конструкции и материалы изложниц, рекомендации и зависимости по выбору толщин стенок изложниц и основных параметров литья, основные типы и составы красок и смазок, применяемых при литье, виды дефектов и способы их устранения. Рассмотрены 
основные особенности процесса заполнения изложницы расплавом и затвердевания слитка. 
Содержание учебного пособия соответствует программе курса «Производство слитков из цветных металлов и сплавов». 
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Металлургия» (150100). 
УДК 621.74.047 

ISBN 978-5-87623-540-4 
© С.А. Таволжанский, 2013 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение....................................................................................................4 
1. Требования, предъявляемые  к слиткам.............................................5 
2. Изложницы для литья слитков цветных металлов и сплавов.........11 
2.1. Разновидности, конструкции и материалы неохлаждаемых 
массивных изложниц ............................................................................ 11 
2.2. Выбор толщины стенки неохлаждаемой массивной  
изложницы.............................................................................................. 17 
2.3. Разрушение неохлаждаемых массивных изложниц................... 20 
2.4. Разновидности, конструкции и материалы  
водоохлаждаемых изложниц................................................................ 21 
2.5. Особенности теплоотвода в водоохлаждаемых изложницах.... 26 
2.6. Требования к качеству воды, охлаждающей изложницу........... 29 
3. Особенности процесса формирования слитка в изложнице...........31 
3.1. Особенности процесса заполнения изложницы расплавом....... 31 
3.2. Особенности процесса затвердевания слитка в изложнице ...... 34 
3.2.1. Естественные причины направленности процесса 
затвердевания слитка в изложнице...............................................34 
3.2.2. Искусственные способы создания направленного  
процесса затвердевания слитка в изложнице...............................35 
3.3. Выбор скоростей наполнительного литья слитков..................... 39 
3.4. Применение смазок и красок при литье слитков  
в изложницы........................................................................................... 40 
4. Специальные методы наполнительного литья слитков ..................47 
4.1. Метод погружения изложницы в воду......................................... 47 
4.2. Метод бесструйного литья ............................................................ 48 
Заключение................................................................................................. 50 
Библиографический список...................................................................... 51 
Приложения ............................................................................................... 52 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Производство слитков литьем в изложницы или наполнительное 
литье является довольно старым технологическим процессом. Из названия метода понятно, что заполнение изложниц происходит сверху, но в ряде случаев (в основном при литье стальных слитков) применяют и сифонную заливку расплава. Несмотря на широкое распространение наиболее современных и производительных методов непрерывного литья, отличающихся к тому же и лучшим качеством 
получаемых заготовок, на сегодняшний день наполнительным литьем получают довольно значительное количество слитков. В первую 
очередь это связано со сравнительной простотой технологии наполнительного литья, не требующей дорогостоящего капиталоемкого 
оборудования и оснастки. 
Литьем в изложницы получают слитки при отработке промышленных технологий как в заводских, так и в лабораторных условиях, 
когда в достаточно короткие сроки необходимо изготовить небольшие партии слитков, отработать технологии плавки, литья и последующей деформации сплавов. Также данная технология литья оказывается конкурентоспособной в случае мелкосерийного и индивидуального характера производства, когда при довольно большой номенклатуре сплавов и типов слитков, потребность в их производстве 
оказывается сравнительно небольшой. В качестве примера здесь 
можно привести производство высокотемпературных припоев и сварочной проволоки из медно-цинковых сплавов, потребность в которых в отечественной промышленности на сегодняшний день не превышает 100 т в год при использовании более чем 20 марок припойных сплавов. 

1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ  
К СЛИТКАМ 

Слитком называется отливка простейшей формы (параллелепипед, призма, цилиндр и полый цилиндр), предназначенная главным 
образом для дальнейшей обработки давлением на деформируемые 
полуфабрикаты – листы, прутки, профили, трубы, проволоку, фольгу, а также поковки и штамповки – прокаткой, прессованием, ковкой. 
В некоторых случаях слитки предназначаются и для других целей. 
Из небольших цилиндрических слитков механической обработкой 
изготавливают втулки, гайки, шайбы, уплотнительные кольца, поршни цилиндров внутреннего сгорания. Иногда небольшие по диаметру 
слитки, преимущественно из алюминиевых сплавов, используются в 
виде прутковых модификаторов и лигатур при производстве отливок 
и более крупных непрерывно-литых заготовок. 
В настоящее время литьем в изложницы получают слитки преимущественно из тяжелых цветных сплавов сравнительно небольших 
габаритов: цилиндрические слитки диаметром не более 200 мм и высотой, не превышающей 1000 мм, а также плоские толщиной 
50…100 мм и длиной, не превышающей 5000 мм. Наиболее востребованные промышленностью деформируемые медные сплавы представлены в прил. 1 (табл. П1.1, П1.2, П1.3) [1, 8, 13]. 
К качеству слитков, определяющих их пригодность для последующей обработки давлением и получения деформированных заготовок с заданным уровнем свойств, предъявляется ряд жестких требований: 
– заданный химический состав; 
– требование по плотности тела слитка; 
– требование к качеству поверхности слитка; 
– отсутствие неметаллических включений в теле слитка; 
– требование к макро- и микроструктуре слитка; 
– требование к однородности химического состава по сечению 
слитка; 
– допустимый уровень напряжений; 
– габаритные размеры. 
Слиток, кроме заданного химического состава, должен иметь высокую плотность. В нем не должно быть газовой или усадочной пористости, усадочной рыхлости и раковин. Если в фасонных отливках 
допускается некоторая пористость, оговоренная специальными эта

лонами, то в слитках этот допустимый максимум в несколько раз 
меньше. По сравнению с углеродистыми сталями данные дефекты 
при деформации в цветных металлах не завариваются. Несплошности подобного рода при обработке давлением раскатываются, вытягиваются и проявляются на деформируемых полуфабрикатах в виде 
пленок, складок, трещин и расслоений, которые пагубно сказываются на механических свойствах и герметичности металла. При обработке давлением эти дефекты поражают полуфабрикаты на большую 
длину и плохо выявляются в силу малой толщины. По этим причинам технологию литья строят так, чтобы обеспечить надежное питание слитка при затвердевании и избежать пористости, усадочной 
рыхлости и раковин. Кроме того, предпринимают меры для снижения растворенных газов, главным образом водорода. 
Поверхность слитка должна быть чистой, без неслитин, засоров, 
раковин и ликвационных наплывов. Чем выше требования к полуфабрикатам, тем чище должна быть поверхность слитков. Часто 
слитки подвергают механической обработке для удаления поверхностного слоя на глубину 5…10 мм и более. В некоторых случаях начинают сначала деформацию, чтобы сгладить неровности, а затем 
удаляют поверхностный слой. 
Шлаковые, флюсовые и оксидные включения могут попасть не 
только на поверхность слитков, но и в их тело. Наличие данных дефектов приводит к резкому колебанию механических свойств в деформируемых полуфабрикатах в поперечном сечении и появлению 
местных расслоений. Оксидные включения вообще тяжело выявить в 
литом слитке и их пагубное влияние проявляется лишь после деформации слитков. Кроме того, инородные включения могут являться 
центрами газовыделения во время промежуточных отжигов и в ходе 
прокатки, что в свою очередь может быть причиной появления газовых пузырей на листах. 
Значительное влияние на процессы последующей обработки давлением оказывает макро- и микроструктура слитков. В слитках наполнительного литья встречаются четыре основных типа макроструктуры (рис. 1.1). 
Транскристаллитная макроструктура (рис. 1.1, а), состоящая из 
двух зон столбчатых кристаллов, выросших от противоположных 
сторон, является наиболее непригодной для деформирования, так как 
после обработки давлением в заготовке наиболее вероятно появление 
центральных трещин по линии стыка. На рис. 1.1, б представлен случай, когда большое число зерен возникло у стенки формы, но лишь