До и после Победы. Книга 1 (СИ)

Чем плохи пламенные печи - в них выгорают элементы. И если для выделки стали из чугуна этот процесс полезен, то для расплавления стальных чушек это вредно, так что приходится добавлять примеси. Так, углерода выгорает 15-25%, кремния - 25-35%, марганца - 30-45%. Да и сам металл выгорает - до 7%. Поэтому в первый период, когда поверхность еще не покрылась шлаками, стараются давать как можно менее окислительное пламя. А вот углерод продолжает выгорать и после покрытия расплавленного металла шлаком - за счет окислов, содержащихся в самих шлаках - если хотят уменьшить его выгорание, то первые шлаки, насыщенные окислами железа, сливают, и заводят свежий шлак - песок и известь - ее добавляют, чтобы повысить жидкотекучесть шлака - собственно, как и при выделке стекла, когда известь снижает температуру плавления кварца. А вот если количество углерода хотят уменьшить - например, для переделки чугуна в сталь - то наоборот - в шихту добавляют руду, которая распадением своих окислов и поставляет в расплав кислород - углероду есть с чем соединяться и он удаляется в виде углекислого газа. Ну и глубина ванны влияет на процессы - чем мельче - тем больше выгорание. Так что, без добавок более концентрированных сплавов - типа ферромарганца, феррохрома, получить тот же состав металла не получится. Хорошо хоть никель, молибден и кобальт не выгорают - вместо них это делает железо и еще более сродственные кислороду элементы, так что броня немецких танков после переплавки хотя и меняла состав за счет частичного выгорания хрома, но в остальном была очень даже ничего - и свариваемость - из-за меньшего количества хрома - повышалась - он ведь выгорает и при сварке, из-за чего сваривать такие стали всегда тяжелее. В общем - чем ближе к руде, тем больше химии. А чем дальше от руды - тем больше физики. Хотя и при выплавке металла физика важна - так, с повышением температуры вязкость шлаков существенно уменьшается - они легче выходят из сплава, соответственно, он лучше очищается. Но бесконечно температуру загонять вверх нельзя - тут уже мешают законы химии, как та же смена местами железа и фосфора, когда уже железо становится раскислителем фосфора. Нужен баланс. Впрочем, и при дальнейшей обработке - забыть о химии - зачастую значит запороть всю работу.

ГЛАВА 21.

Например, литье металла - это не просто плюхнуть расплавленный металл в абы как слепленную из всего что нашлось под ногами форму. Фиг там. Это сложный процесс взаимодействия горячего металла с материалом формы, взаимодействия не только механического, но и химического, и термического - многочисленность факторов просто зашкаливает за всякие разумные пределы. Ну, на мой непосвященный взгляд - когда я послушал рассказы литейщиков, некоторое время я смотрел на них как на шаманов. Или волшебников, магов, колдунов - в общем, как на каких-то запредельных созданий, владеющих такими же запредельными знаниями. Мой-то опыт отливки был еще детским, когда мы пытались отливать солдатиков из свинца - биты ведь для игры в пробки отливались нормально, пусть и в дно баллончиков - так отчего не попробовать так же отливать и солдатиков ? Правда, отливали их уже в сырую глину, на которой был оттиск вожделенных фигурок, а потом эту корявую массу дорабатывали до более-менее похожего состояния стамесками, ножами и напильниками. Делали и составные формы, чтобы получить более объемные фигурки - результат выходил еще хуже, несмотря на то, что в этих формах мы делали даже каналы для отвода вытесняемого воздуха - с принципом-то мы были знакомы. Под конец стало понятно, что форму надо бы сушить - но тут лето закончилось и все разъехались, а на следующий год к этому интересному делу уже не возвращались - нашлись другие интересные дела. Хотя, как я подозреваю, даже с просушкой формы у нас скорее всего ничего бы не получилось.

А ведь дать воздуху, находящемуся в полостях формы, выйти через специальные каналы - это полдела. Надо еще что-то делать с газами, которые образуются при заливке формы металлом. Вот про это-то мы и не знали - видимо, именно эти газы и водяные пары и портили наши отливки, придавая им очень корявый вид. Это мне рассказали уже здесь, да и я потом вспомнил прочитанное еще в моей истории, как немцы попытались наладить производство печек-буржуек на Таганрогском металлургическом заводе. Так наши рабочие стали очень сильно уплотнять формовочную смесь, газы не находили выхода, и металл получался рваным. Немцы пытались было обвинить наших в саботаже, но те все делали как надо - ну, внешне - знающих у фрицев по рукой не нашлось. Так что борьба с газами при отливке - возможно, самое наипервейшее дело.

А газов может образоваться немало. Ведь расплавленный металл - очень горячая штука, от нее испаряется влага, находящаяся в стенках формы, с образованием пара, металл нагревает до высоких температур органические частицы, находящиеся в материале формы, так что они начинают соединяться с кислородом - попросту - сгорать, образуя углекислый газ, а находящиеся в материалах формы карбонаты кальция и магния своим разложением от того же горячего металла лишь поддают еще больше газку. И все это создает в форме внутристенное давление, которое давит в том числе и на еще не застывший металл. Пока на его поверхности не появится корка, газы прорываются внутрь жидкого металла и проходят сквозь него - тот кипит пузырями, да еще не все успевают выйти до застывания наружных слоев - и тогда появляются внутренние раковины. Да и после начала образования корки эти газы давят на нее, и даже если уже не могут ее продавить, то все-равно оставляют на ее поверхности наружные раковины, а если стенки литейной формы недостаточно крепкие, то газ вдавливает в металл частицы материала, из которого сложена форма - появляются так называемые плены, или, по-другому - ужимины - врастания материала формы в металл.

Правда, образующиеся газы могут быть и полезны - когда на поверхности металла образуется корка, газы давят на нее и поверхностный слой становится плотнее и прочнее. Только надо, чтобы газы начали образовываться именно после появления этой корки. Этому способствуют графит и трудоновоспламеняющиеся угли, которые либо подмешивают в формовочную смесь, либо наносят на внутренние поверхности формы - после подачи расплавленного металла они загораются не сразу, соответственно, газы появляются с задержкой. А вот если в материале формы будут присутствовать легковоспламенимые вещества - угли такого типа, краска подобного состава, да и вообще любая органика, которая легко загорается - вот тогда газы однозначно вредны. От таких материалов надо избавляться. А уж если не получается - ну нет нормальных материалов! - то применяют разные законы физики, вплоть до того, что прикрывают газовые каналы - воздух остается в форме, давление повышается и не дает газам идти через металл, вытесняя их вглубь массива формы. Особенно это актуально для легких сплавов алюминия - если само по себе тяжелое железо зачастую может сопротивляться газам своим внутренним давлением, то давления более легкого алюминия может просто не хватить для удержания давления газов.

Но воздействие газов на металл не заканчивается только физикой. Газы мало того что образуют давление, они ведь могут и распадаться, меняя химический состав металла. Те же пар и углекислый газ могут распасться - и тогда в металле появятся лишние кислород, водород и углерод, которые поменяют состав металла в незапланированную сторону.

Материал формы также воздействует на металл, причем не только выделением газа. Так, если он начнет расплавляться под действием горячего металла, размягченные частицы формовочной смеси привариваются к поверхности отливки - появляется термический пригар. И, хотя основные составляющие формовочных смесей - песок и глина - довольно огнеупорны, большое влияние на способность противостоять жару металла оказывают примеси, которые находятся в глине и песке. Например, окислы калия или натрия вкупе с кальцием понижают температуру плавления кварца - грубо говоря, образуют стекольные смеси, которые и расплавляются. Так что если в песке или глине содержатся примеси слюды или полевого шпата - получение качественной поверхности отливки будет проблематичным - либо надо применять другую смесь, либо быть готовым к существенной мехобработке поверхности.