Обработка (починка) вещей с помощью электрической отливки заключается в нескольких последовательных операциях, которые могут быть рассмотрены независимо одна от другой.
Эти операции суть:
1) механическое подготовление вещей;
2) формовка;
3) подогревание перед отливкой;
4) отливка;
5) обработка после отливки.
Механическое подготовление вещей, т. е. вырубание, выстрагивание, выдалбливание, высверливание и пр., вообще говоря, должно быть сделано с тем соображением:
1) чтобы последующая отливка могла быть произведена без затруднений, т. е. чтобы каждая точка обрабатываемой поверхности была доступна для вольтовой дуги, и
2) чтобы сварка и формовка вещи могли быть совершены с сохранением первоначальных размеров вещи. Для достижения первой цели необходимо, чтобы не было глубоких недоступных впадин, а для второй — чтобы была сохранена часть поверхностей излома вещи; при сборке и формовке эти части излома должны точно совпасть друг с другом.
Рассмотрим подготовление вещей отдельно для каждого рода работ (которые можно производить с помощью электрической отливки).
а) Для заливания пустот (раковин, непроварок и пр.) и сквозных отверстий в металлических вещах подготовление заключается в расчистке этих пустот, т. е.: 1) в придании им формы сегмента (фиг. 28) для того, чтобы не было недоступных впадин, или же формы цилиндра (или усеченного конуса) с закругленным дном (фиг. 29), потому что если оставить углы и выступы аа, то для вольтовой дуги останутся недоступные места, и жидкий металл, попав туда, застынет, не соединившись с металлом вещи; 2) в очистке заливаемой пустоты от шлака, земли, большого количества ржавчины и пр. с тем расчетом, чтобы оставшееся количество этих нечистот могло расплавиться при отливке; 3) в удалении рыхлых (пористых) мест металла, если они граничат с заливаемой пустотой. Рыхлость металла есть не что иное, как скопление хотя и очень малых, но недоступных для вольтовой дуги пустот, причем стенки этих пустот в большинстве случаев бывают покрыты посторонними веществами, нечистотами. Если произвести электрическую отливку на рыхлое место, то отлитый металл получится с пузырями, раковинами, которые происходят, по всей вероятности, от химической реакции нечистот на расплавленный металл.
б) Заливание трещин представляет самую трудную работу для электрической отливки, потому что при этой работе, более чем при всякой другой, следует опасаться вредных натяжений в металле, от которых легко может получиться новая трещина близ залитой, и притом новая трещина в большинстве случаев бывает длиннее старой. Если трещина выходит на край предмета (фиг. 30), то заливание ее не представляет особых затруднений: подготовление ее заключается только в расширении ее (выдалбливании, выстрагивании или высверливании) до такой ширины, чтобы расплавляемый стержень мог быть опущен до дна ее, т. е. до ширины 3/4 — 2, в зависимости от толщины вещи; чем вещь толще, тем шире должна быть приготовлена прорезь для заливания; при вещах, толщина которых менее 1/2 (12 мм), можно и прорезь приготовить уже 3/4 до 1/2; при очень тонких вещах (тоньше 1/4) можно залить трещину без всякого механического подготовления, если трещина новая, незагрязненная, так как на глубину около 1/4 можно всегда расплавить вещь во время самой заливки. Если же трещина не выходит на край предмета (фиг. 31), то она представляет самый опасный порок и наиболее трудно исправимый потому, что самое появление такой трещины указывает на существование вредных натяжений в металле, от которых она почти всегда и происходит; подготовление такой трещины к электрической отливке должно состоять не только в расширении ее, но и в обязательном удлинении до края предмета, так как только в таком случае можно надеяться на благоприятный результат заливки трещины; если же форма вещи не допускает этого, то можно попробовать еще залить с предварительным подогреванием вещи до очень высокой температуры, но лучше вовсе отказаться от этой почти невозможной работы. Все вышесказанное относится, конечно, к металлам нековким (чугун, сплавы меди); ковкие же (железо, сталь, красная медь) могут быть заливаемы с последующей легкой проковкой тотчас после заливки и потому не нуждаются в продлении трещины до края предмета.
в) Сливание друг с другом двух предметов или двух частей одной сломанной вещи не представляет никаких затруднений, если размеры вещи не должны быть строго соблюдены. Если длина после исправления может быть больше, чем она была до поломки, то подготовления никакого не требуется: стоит только заформовать две сливаемые части так, чтобы между ними остался необходимый зазор (см. предыдущую работу) для заливки. Если же вещь должна быть исправлена с соблюдением размеров, то подготовление может быть двоякого рода в зависимости от того, может ли вещь вообще быть исправлена с одного нагрева или же нет: 1) в первом случае надо расширить (выдалбливанием или выстрагиванием) все место излома, за исключением двух или более пунктов аа, где следует оставить неприкосновенными по возможности малые части излома (фиг. 32) для того, чтобы при формовке эти части строго совпадали друг с другом; 2) если же отливку нельзя произвести с одного нагрева, то для вещей, сравнительно с шириной и длиной их нетолстых, подготовление должно быть сделано так, как показано на фиг. 33, т. е. должна быть расширена та часть аа излома, которую предполагается залить с первого нагрева; тогда остальные части b излома и будут служить для сохранения размеров. Если же вещь сравнительно толстая, то можно выстрогать все место излома до половины толщины вещи (фиг. 34), оставив остальную половину для второго раза. Если одна часть сломанной вещи сравнительно с другой очень мала (напр., зубец шестерни, край или угол вещи) или излом очень трудно доступен, то часто бывает выгоднее бросить малую отломанную часть и вместо нее прилить все недостающее количество металла.
г) Приливание отломанных или недостающих частей вещи в большинстве случаев не требует никакого механического подготовления, разве только очистку места, к которому нужно прилить металл, от грязи и ржавчины, если этих нечистот очень много. Если отломанная часть очень велика и потеряна (напр., крыло от пароходного винта), то выгоднее приготовить отдельно эту часть без помощи электричества, а затем уже слить ее с вещью так, как вообще делается сливание частей сломанной вещи (см. предыдущий пункт). Если поверхность, к которой нужно прилить недостающую часть, очень велика для располагаемой силы тока, а наливать на нее отдельными участками неудобно, как например, при удлинении валов (наливанием металла на конец вала), то на этой поверхности можно сделать углубление в виде усеченного конуса с закругленным малым основанием (фиг. 35). Тогда при начале отливки площадь обработки будет небольшая, а затем, по мере заполнения углубления металлом, эта площадь все будет увеличиваться, но так как вместе с тем и температура обрабатываемой вещи будет возрастать, то работа станет возможной, т. е. теплоты, доставляемой данным током, будет достаточно для совершенного сливания отливаемого металла с металлом вещи.
д) Наливание слоя металла на изношенные поверхности или для какой-либо другой цели никакого механического подготовления, кроме очистки, не требует.
Вообще же механическое подготовление вещей к электрической отливке должно производиться так, чтобы дальнейшие работы можно было исполнить по возможности скоро, с возможно меньшим числом нагревов и наиболее удобно и легко для рабочих: случается, что работы, сами по себе нетрудные, не удаются единственно вследствие нехорошо обдуманного подготовления, которое заставляет потом производить отливку при тяжелых для рабочих условиях, например, при слишком сильном жаре, при неудобном положении вещи относительно питейщика и пр. Одним словом, к этой работе, как и ко всякому другому делу, мастер должен иметь некоторый навык.
Следует еще заметить, что наливание металла с помощью электрической отливки вообще тем удобнее, чем поверхность, на которую наливают, более приближается к горизонтальной. С вертикальной поверхностью сливание металла совершается гораздо труднее и требует большого внимания и навыка от мастера.
Обрабатываемая с помощью электрической отливки вещь во всяком случае должна быть заформована.
Формовка изготовляется из различных материалов и должна удовлетворять различным условиям, в зависимости от рода отливаемого металла и цели обработки.
Чугун, если желательно получить его более или менее мягким, требует формовки из кокса; для получения же твердого, белого чугуна формовка должна быть приготовлена из кварцевого песка1. Кокс употребляется ретортный хорошего качества (напр., английский), в виде готовых спрессованных плиток или стержней2, которые и отделываются в требуемую форму слесарной пилой с крупнонасечённым зубом (драчёвой пилой), или же в виде порошка; в последнем случае цементом может служить столярный клей, растворенный в воде, сахарный сироп и тому подобные вещества, обращающиеся при накаливании в уголь, но нелегко воспламеняющиеся (напр., смола не годится); цементирующей жидкости должно быть прибавлено в коксовый порошок столько, чтобы масса была лишь слегка влажная, едва сохраняющая свою форму после сильного сжатия в руке. Формовка не приготовляется вся из кокса, а для экономии только в тех местах, где она будет соприкасаться с расплавленным металлом, причем слой коксовой массы должен быть толщиной около 1/2 (10—15мм); остальное пространство опоки заполняется истолченной, бывшей в употреблении кварцевой формовкой или просто каким бы то ни было песком; то и другое в данном случае может быть сцементовано каким угодно веществом, например, глиной, фуксовым стеклом и пр.
Когда формовка готова, её следует осторожно подсушить и затем уже вещь может быть подвергнута нагреванию; но предварительно нужно насыпать в формовку мусора (порошка древесного угля), затем на мусор слой сухого песка, все это прикрыть чем-нибудь негорючим, напр., асбестовой бумагой, обрезком кровельного железа и т. п., и придавить грузом (кирпичом, куском чугуна и пр.); все это делается для того, чтобы при дальнейшем нагревании вещи кокс не выгорал; особенно тщательно нужно предохранять от действия воздуха формовку из коксового порошка, потому что она обгорает значительно легче, чем прессованные пластинки.
Если площадь, ограниченная формовкой, настолько велика, что при располагаемой силе тока не может быть обработана с одного раза, то ее следует разделить перегородками на участки, которые потом и заливать один за другим последовательно, удаляя перегородки. Эти перегородки должны быть приготовлены непременно из прессованных коксовых пластинок и иметь форму, показанную на фиг. 36; заплечиками аа перегородка будет лежать на краях формовки, как видно из фиг. 37
Железо и сталь требуют формовки из кварцевого песка, который удобнее всего сцементовывать жидким (фуксовым) стеклом. Песок приготовляется из белого кварца, который должен быть предварительно обожжен, после чего он уже легко размалывается под бегунами. Такой песок довольно дорог, он обходится на Урале ( в Перми) в 25 — 36 коп. за пуд, но формовка должна быть приготовлена из такого песка не вся, а лишь слой ее около 1/2" (10 — 15мм) толщиной в тех местах, где она будет соприкасаться с жидким металлом. Впрочем, весьма хорошей, т. е. достаточно прочной и трудно расплавляющейся под действием вольтовой дуги оказалась формовка, приготовленная из обыкновенного белого огнеупорного песка, сцементованного жидким стеклом. Формовка из кокса для отливки железа и стали не годится, потому что кокс растворяется в жидком железе и нежелательно изменяет его химический состав.
Количество жидкого стекла определяется на глаз подобно тому, как это было сказано в описании формовки для чугуна (около 13% по весу, предполагая, что употребляется раствор жидкого стекла такой густоты, как патока).
Если площадь обработки велика для данной силы тока, то ее можно или разделить перегородками, как это указано для чугуна, употребляя перегородки из прессованных и высушенных кварцевых пластинок (эти перегородки довольно трудно удалять, потому что они во время отливки частью расплавляются), или же заформовать так, чтобы можно было наливать металл участками в шахматном порядке. На фиг. 38 показана формовка длинной узкой щели: после заливки отделений 1, 1, 1 . . . и после остывания вещи выламывают формовую массу из участков 2, 2, 2 . . . , вновь заформовывают вещь, вторично нагревают и заливают эти последние участки. Таким образом, узкую полосу металла можно налить какой угодно длины с двух нагревов. На фиг. 39 показано разделение на участки большой площади: сначала заливают отделения 1,1..., потом 2,2..., затем 3,3,..., наконец 4, 4 . . . , т. е. на произвольно большую площадь можно налить слой металла с четырех нагревов.
Медь и медные сплавы могут быть отливаемы как в коксовую, так и в кварцевую формовку.
Формовка вообще может быть приготовлена или вовсе без опоки, или в неполной опоке, или же в полных опоках, которые можно разделить на коробчатые и трубчатые опоки.
Формовка без опоки вообще может быть применена или тогда, когда самая вещь имеет такую форму, что формовка может держаться на ней без опоки, или же при заливании пустот, раковин и приливании недостающей части у вещи очень толстой, которая ни в каком случае не может расплавиться насквозь. Примером могут служить: труба воздухонагревательного прибора, у которой залита раковина (фиг. 40), и станина ножниц, у которой прилиты обломанные края направляющего паза (фиг. 41), Особенно часто такая формовка применяется при заливании раковины в чугунных вещах; для этого достаточно просверлить в коксовой пластинке отверстие несколько большего диаметра, чем раковина (фиг. 42), сделать закругление краев этого отверстия на нижней стороне пластинки, положить ее над раковиной (когда вещь будет уже нагрета), придавить ее грузиками д, д и засыпать кругом сухим песком. Закругление нижних краев отверстия в формовке необходимо для того, чтобы получить галтель в месте слияния прибыльной части отлитого чугуна с металлом вещи; в противном случае у острых краев формовки может скопиться шлак, так что получится вокруг залитого чугуна кольцеобразное углубление (фиг. 43) — «канавка», которая останется после сострагивании прибыли а, если нельзя срезать слой металла со всей поверхности вещи. При отливке железа, стали и медных сплавов подобные «канавки» получаются иногда очень больших размеров и окончательно портят результат работы; но в этом случае «канавки» происходят, вероятно, от другой причины, а именно от усадки металла; во избежание этого неприятного явления служит так называемая металлическая формовка, о которой будет сказано ниже.
Формовка в неполной опоке применяется при исправлении недостатков в больших вещах в тех случаях, если эаформовать без опоки невозможно, а полная опока стоила бы слишком дорого. Эта формовка требует наибольшего навыка от формовщика, потому что довольно трудно установить неполную опоку так, чтобы при нагревании не отдуло формовку, т. е. чтобы вследствие расширения вещи не образовался между формовкой и вещью зазор, через который жидкий металл может убежать. Необходимо заметить, что если расплавленный металл убежит весь, т. е. обнажится дно формовки, отливку следует считать неудавшейся и переформовать вещь вновь потому, что хотя и возможно замазать щели и вновь налить металл, но в таком случае уже редко удается получить удовлетворительный результат, так как объем заливаемого участка значительно увеличится в сравнении с тем, что он был до отливки, вследствие утечки не только всего отлитого металла, но и расплавившегося металла самой вещи, и, таким образом, существующая формовка окажется не соответственной пороку или же в заливаемом участке получатся не доступные для вольтовой дуги впадины. Фиг. 44 — 46 показывают формовку до отливки, во время отливки и вид заливаемого участка после утечки металла; из последней фигуры ясно видно, что порок, принявший показанную форму, уже не может быть исправлен удовлетворительно прежде, чем не будут удалены выступы аа.
Неполная опока может быть устроена из кирпичей, из чугунных досок или из листового железа, изогнутого надлежащим образом. Кирпичная опока может быть применена только в таком случае, если исправляемая вещь может придавить собой формовку; на фиг. 47 показан подобный пример, где k — кирпичи, заменяющие опоку. В этом случае, если опока должна быть довольно большая, лучше приготовить ее из железа, примером чему может служить фиг. 48. Если же формовка по необходимости висячая, т. е. должна быть прикреплена к обрабатываемой вещи, которая не лежит на ней своей тяжестью, то опока непременно должна быть приготовлена из чугунной доски или лучше из железного листа. Такая висячая опока прикрепляется к вещи струбцинами, железными скобами, болтами (если есть подходящие отверстия) или привязываются проволокой. Примером неполной висячей опоки может служить изображенная на фиг. 49; вот такая-то висячая формовка и есть самая трудная и опасная, так как в ней легко может образоваться течь; во избежание этого следует всегда устраивать ее так, чтобы возможно было перед самой отливкой, когда вещь уже разогрета, прижать формовку к вещи клиньями или каким-либо другим способом или замазать образовавшуюся между формовкой и вещью щель; например, формовку, изображенную на фиг. 49, легко прижать клином е, если предварительно положен столбик из кирпичей K. Для замазки щелей, образовавшихся в формовке, может служить кварцевый песок, смоченный фуксовым стеклом.
Формовка в полной опоке применяется в тех случаях, когда требуется опока небольших размеров. Полные опоки могут быть коробчатые и трубчатые. Те и другие имеют цилиндрический или призматический вид, но коробчатыми названы такие, ось которых при установке и отливке приблизительно вертикальна, а у трубчатых она горизонтальна. На фиг. 50, 51 изображены коробчатые опоки, а на фиг. 52 — трубчатая; очевидно, что у последней должно быть в стенке отверстие, через которое и производится отливка. Фиг. 52 представляет формовку в трубчатой опоке вала, который предполагается нарастить (удлинить) с помощью электрической отливки, а фиг. 53 — формовку вала в трубчатой опоке для исправления изношенной его поверхности, т. е. для наливания слоя металла на стертую поверхность вала; это наливание, как нетрудно понять из чертежа, предполагается произвести участками в шахматном порядке по схеме фиг. 39: после заполнения всех показанных на фиг. 53 восьми участков нужно будет снять формовку, очистить вещь от шлаков и вновь заформовать, повернув опоку на угол, равный углу между двумя соседними участками (в данном случае на 45°); при третьей формовке ту же опоку придется подвинуть вдоль вала на длину участка и, наконец, в четвертый раз опять повернуть на 45°. Тогда вся поверхность будет облита слоем металла. Для установки коробчатой опоки на обрабатываемой вещи в большинстве случаев приходится делать в стенках опоки вырезы соответственно форме вещи; для примера показана на фиг. 54 установка опоки на зубчатом колесе для отливки недостающих зубьев.
Полная опока приготовляется почти всегда из листового железа; если она должна служить только один раз, то из кровельного железа (можно из старого), а если несколько раз, то из более толстого; тонкое железо соединяется в замок, а толстое на заклепки, которые должны быть по возможности непрочные, потому что почти всегда после отливки приходится опоку расшивать для скорейшей и более удобной очистки залитого участка.
Получение отливки с готовыми отверстиями или пустотами возможно, если при формовке будет установлена на требуемом месте так называемая «шишка» (сердечник), т. е. соответственной формы кусок огнеупорного вещества. При отливке чугуна очень легко получать готовые отверстия, и шишки приготовляются из кокса так же, как и самая формовка; если отверстие должно быть небольшого диаметра, то очень удобно может служить шишкой прессованный угольный стержень1 надлежащей толщины. При отливке же стали редко бывает выгодно получать готовые отверстия (кроме больших), потому что очень трудно приготовить достаточно огнеупорную шишку (из кварца, так же, как и формовка); малые отверстия почти невозможно получать потому, что тонкая шишка во время отливки расплавится и может испортить отливку.
Последующая формовка. Так как электрическая отливка при исправлении вещей производится непосредственно в формовку и, как выше было указано, необходимым условием для совершенного слияния отливаемого металла с металлом исправляемой вещи является возможность доступа вольтовой дугой до всех точек обрабатываемой поверхности, то очевидно, что предварительная перед отливкой формовка должна иметь поперечные сечения или снизу доверху одинаковые, или же снизу кверху возрастающие, т. е. вертикальный разрез формовки может иметь вид, подобный фиг. 55 — 58 и т. п. Впрочем, небольшое уменьшение кверху поперечного сечения формовки можно допустить при условии, чтобы расплавляемый стержень мог проникнуть в самые отдаленные углы формовки. Если же верхнее поперечное сечение отливаемой части должно быть значительно меньше нижележащих, то необходима так называемая «последующая формовка», т. е формовка после того, как «предварительная» формовка уже вся заполнена. Последующую формовку надо устроить всегда так, чтобы возможно было установить ее быстро, и затем немедленно продолжать отливку. Так, например, положим, что требуется слить сломанный стержень таврового сечения; это можно сделать двояко. 1) заформовать его, как показано на фиг. 59, и залить обыкновенным способом; 2) если нельзя наливать со стороны а, но можно только со стороны в, то потребуется сделать предварительную формовку с левой стороны доверху, а с правой до уровня cd (фиг. 60), и когда она до этого уровня будет заполнена, поставить последующую формовку, которая в данном случае будет иметь вид бруска (фиг. 61). Куски последующей формовки должны быть заготовлены и высушены из той же формовой массы, которая служит для приготовления предварительной формовки, и при установке на место придавливаются грузиками (подобно фиг. 42) и обмазываются для непроницаемости кварцевой замазкой.
Ступенчатая формовка представляет одну из разновидностей «последующей» формовки. Она применяется в том случае, когда требуется залить пустоту на наклонной поверхности вещи, причем вещь невозможно положить так, чтобы эту поверхность сделать горизонтальной. Примером может служить пустотелая станина, изображенная на фиг. 62, в которой требуется залить трещину от а до b. Если эта вещь легкая, удобоподвижная, то ее можно заформовать обыкновенным способом, разделить перегородками на отделения 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 и в положении, показанном на фиг. 62, залить горизонтальные участки 1 и 2; затем поднять немного левый край вещи или опустить правый так, чтобы участок 3 стал горизонтален, залить его, опять изменить положение вещи, чтобы следующий участок 4 стал горизонтален, и т. д. Но если вещь очень тяжелая, такая работа была бы очень трудна или даже совсем невозможна; тогда приходится применить ступенчатую формовку, устройство которой понятно из фиг. 63, изображающей разрез взятой для примера станины вдоль по залитой уже трещине, сплошной черной краской показаны бруски последующей ступенчатой формовки. Польза такой формовки очевидна. При обыкновенной формовке пришлось бы налить большое количество металла до горизонтальной линии cb при показанном положении вещи или же, по крайней мере, до прямой, соединяющей точки а и b, если возможно положить вещь так, чтобы прямая ab стала горизонтальной. Понятно, что отливку со ступенчатой формовкой необходимо вести так, что, начавши с нижних участков 1,2..., постепенно переходить к верхним, устанавливая по одной ступеньке формовки на залитом уже участке; в противном случае, т. е. если начать отливку с верхнего участка (7-го), то при заливании нижележащих металл верхних участков, расплавляясь, будет стекать вниз.
Излишек отлитого в виде ступеней лестницы металла можно впоследствии, если это нужно, сострогать.
Металлическая формовка применяется при работах, требующих особенной чистоты и тщательности исполнения, и, как было сказано выше (см. формовку без опоки), дает возможность избежать кольцеобразной усадки вокруг отлитого металла (названной рабочими «канавкой») при отливке железа, стали и медных сплавов. При чугуне металлическая формовка не применяется, так как канавок можно избежать другим, более простым путем (см. формовку без опоки). Металлическая формовка должна быть приготовлена из металла, приблизительно одинакового с наливаемым металлом, и может состоять из следующих частей: 1) нижняя (донная) часть (а на фиг. 64) приготовляется обыкновенно из куска листового металла, а за неимением его может состоять из рядом положенных обрезков от расплавляемого стержня; толщина этого металлического дна должна быть такая (от 1/4 до1/2"), чтобы во время отливки оно не расплавилось насквозь, потому что в противном случае жидкий металл придет в непосредственное соприкосновение со сравнительно холодной нижележащей песчаной формовкой и от нее может вскипеть и затем быстро застыть, результатом чего будет пузыристая отливка; 2) боковые части (bb на фиг. 64 и 65) приготовляются из кусков полосового и листового металла; ширина и толщина их должны быть такие (толщина от 1/8 до 1/4", а ширина вдвое или втрое более), чтобы при отливке .хотя бы небольшая часть (наружный край) их осталась нерасплавленной. Тому же условию должны удовлетворять и из тех же материалов приготовляются: 3) верхние части металлической формовки, обозначенные на фиг. 64— 67 буквой с. Из этих фигур легко понять, что нижняя (донная) часть металлической формовки необходима для заливания сквозных пустот, боковые — при пустотах, выходящих на боковой край обрабатываемой вещи, а верхние — во всех случаях. Внутренние края частей металлической формовки должны приблизительно совпадать с краями заливаемой пустоты и во время отливки непременно должны расплавляться; только в таком случае металлическая формовка исполнит свое назначение, т. е. канавка, вместо того чтобы образоваться на поверхности обрабатываемой вещи, образуется на поверхности металлической формовки. Очевидно, что при металлической формовке обрабатываемая вещь должна быть заформована еще в кварцевую так, как показано на фиг. 68, изображающей разрез фиг. 64 по линии АВ; верхние части металлической формовки не должны быть совершенно закрыты кварцем, и ширина уступов е при отливке железа и стали должна быть такова (около 1/4"), чтобы металл не расплавлялся под кварцем, потому что в противном случае там получатся раковины (см. прожигание железных и стальных отливок).
Всякая вещь, подлежащая обработке с помощью электрической отливки, во всяком случае должна быть предварительно более или менее подогрета, Это необходимо по следующим причинам.
1. Потому, что при отливке на холодную поверхность первые капли отливаемого металла будут немедленно застывать, а так как все малоуглеродистые и безуглеродистые металлы (все металлы, кроме чугуна) при расплавлении электрическим током пережигаются, т. е. от чрезмерно высокой температуры плавления сильно окисляются действием воздуха, то эти застывшие капли, сами по себе плохого качества, так как состоят из пережженного металла, кроме того, еще плохо сливаются с металлом вещи, отделяются от него прослойками окислов; если же обрабатываемая вещь была предварительно настолько подогрета, что не только капли отливаемого металла не успевают застывать, но еще и соприкасающийся с ними металл вещи более или менее глубоко расплавляется, тогда тот и другой металл сливаются совершенно, и во все время отливки под вольтовой дугой будет огнежидкая металлическая ванна, с которой можно проделывать какие угодно металлургические операции и, между прочим, очищать от окислов, т. е. пережженный металл обращать в доброкачественный.
2. Подогревание необходимо еще потому, что отлитый жидкий металл, находясь почти в непосредственном соприкосновении с холодным металлом, вследствие большой разницы в температурах дает при застывании большую относительную усадку (т. е. сильно сжимается при застывании, тогда как рядом лежащие частицы холодного металла остаются почти неподвижными), иначе сказать, в отлитом металле получаются сильные вредные натяжения: вследствие этих натяжений нековкие металлы (чугун, бронза) при застывании дают трещины, а ковкие много теряют в своей прочности; проковкой можно уничтожить или, вернее сказать, уменьшить вредные натяжения в ковких металлах, но, очевидно, только тогда, когда отлит тонкий слой металла, а электрическая отливка, как увидим ниже, должна быть производима не тонкими слоями, а непрерывно, до потребной толщины. Если же обрабатываемая вещь подогрета настолько, что некоторый слой ее под отлитым металлом расплавляется, то тогда переход от жидкого металла до сравнительно холодного является постепенным, и в таком случае даже самые хрупкие металлы, как, например, чугун, твердая белая бронза и др., выдерживают застывание без трещин.
Температура, до которой должна быть подогрета обрабатываемая вещь, может быть различная, в зависимости от ниже указанных обстоятельств, но, вообще говоря, должна быть достаточно высока для того, чтобы поверхность участка, на которой производится отливка, могла расплавиться на глубину 1/4 — 1/2". Слишком сильного нагревания следует избегать: 1) потому, что оно затруднительно и может испортить вещь, и 2) потому, что если обрабатываемая вещь расплавится слишком глубоко, отлитый металл трудно будет получить без раковин. Впрочем, если вещь случайно подогрета выше, чем следует, можно в большинстве случаев избежать расплавления ее на слишком большую глубину, как это увидим ниже, в описании самой отливки.
Подогревание обрабатываемой вещи должно быть от темнобурого до светлокрасного цвета, в зависимости от следующих обстоятельств: 1) от величины обрабатываемой вещи или, вернее сказать, от толщины окружающих обрабатываемое место частей ее; чем эта толщина более, тем более будет поглощаться теплота из наливаемого металла, и потому температура подогревания вещи должна быть выше; 2) от величины заливаемых участков; чем они крупнее, тем труднее поддерживать в жидком виде отлитый металл и потому тем более должна быть подогрета вещь. Таким образом, очевидно, что если почему-либо нельзя нагревать обрабатываемую вещь до высокой температуры, можно нагреть до более низкой и соответственно уменьшить площадь каждого участка, т. е. разделить обрабатываемую поверхность на большое число участков; при очень мелких участках можно производить отливку даже и на холодную вещь (конечно, из ковкого металла); 3) чем сила располагаемого тока меньше, тем выше должна быть подогрета вещь при одной и той же площади обрабатываемого участка; 4) подогревание обрабатываемой вещи зависит еще от рода металла ее и должно быть тем выше, чем более металл трудноплавок и чем лучше он проводит теплоту; так, чугун может быть подогрет до более низкой температуры, чем сталь; также сталь по сравнению с железом, латунь и белая бронза по сравнению с обыкновенной бронзой и, наконец, бронза в сравнении с красной медью.
Электрическая отливка требует подогревания не всей вещи, а только части ее, непосредственно прилегающей к обрабатываемому месту; так и следует поступать со стальными и железными вещами. Чугунные вещи приходится подогревать различно, в зависимости от формы их, и в большинстве случаев полезно всю вещь слегка подогреть, и только обрабатываемое место нагреть докрасна, чугунные же вещи очень сложной формы, которые могут легко лопнуть от неравномерного нагревания, необходимо нагревать очень осторожно в специальной выше описанной печи и по возможности до одинаковой температуры во всех их частях. При обработке вещи из меди или медных сплавов полезно нагревать ее если не всю, то по возможности большую ее часть, потому, что если нагрето только обрабатываемое место, оно очень быстро остывает вследствие хорошей теплопроводности меди.
Когда заформованная обрабатываемая вещь нагрета до надлежащей температуры, следует по возможности немедленно приступить к отливке, потому что продолжительное нагревание, а в особенности попеременное охлаждение и нагревание очень вредно влияет на прочность и непроницаемость формовки, т. е. может повлечь за собой разрыхление коксовой формовки и образование трещин и зазоров между вещью и кварцевой формовкой. В трещины и зазоры может произойти утечка расплавленного металла, а при разрыхленной коксовой формовке отливка затрудняется большим количеством сора и шлака, образующихся от быстрого разрушения формовки.
Имея источник электричества (батарею аккумуляторов или динамомашину) известной силы, можно производить отливку расплавляемыми стержнями различного диаметра, не превышая, конечно, возможного наибольшего. Но обыкновенно бывает выгодно употреблять стержень этого наибольшего диаметра, исключая те случаи, когда обрабатываемая вещь очень мала или же когда требуется налить очень малое количество металла.
Наибольшими диаметрами расплавляемого стержня следует считать: 3/8" (10 мм) при силе тока в 400 а, 1/4" (6,3 мм) при 200 а и т. д., соблюдая пропорциональность площади поперечного сечения расплавляемого стержня с силой тока (при стержне в 3/8" фунта (400 г) чугуна расплавляется приблизительно в 1 мин.; сталь — несколько медленнее). Напряжение тока (разность потенциалов) во всех случаях должно быть не менее 50 в при отливке одной вольтовой дугой и не менее 100 в при отливке двумя последовательными вольтовыми дугами.
Площадь заливаемого участка должна быть такой величины, чтобы наполняющий его металл было легко поддерживать в жидком виде, и потому эта величина зависит от величины вещи и температуры, до которой она подогрета (т. е. от степени поглощения ею теплоты), а также от того, металлические или неметаллические боковые стенки участка; при расплавляемом стержне в 3/6, т. е. при силе тока 400 а, площадь заливаемого участка не должна быть более 9 кв. дюймов (6 000 мм2), а обыкновенно бывает от 4 до 6 кв. дюймов (2 500 — 3 500 мм2), если боковые стенки металлические.
Для получения различной требуемой силы тока, в зависимости от диаметра расплавляемого стержня, следует в цепь ввести реостат соответствующего сопротивления, затем присоединить проводники к приборам и обрабатываемой вещи, как показано на фиг. 4, и, наконец, установить с помощью коммутатора надлежащее направление тока, после чего можно приступить к самой отливке, если заливаемый участок предварительно очищен от песка, угольного мусора, пыли и пр. Литейщик и его помощник должны находиться во время отливки в таком положении относительно обрабатываемой вещи, чтобы тот и другой вместе могли видеть всю внутренность формовки, т. е. части обрабатываемого участка, невидимые одному, должны быть видимы другому.
Отливка производится при различных условиях, в зависимости от рода обрабатываемого металла, от формовки и от свойств заливаемого участка.
Отливка чугуна почти всегда должна производиться при таком направлении тока, чтобы расплавляемый стержень был положительным полюсом (фиг. 69), а формовка (обрабатываемая вещь)— отрицательным. Обратное направление тока (фиг. 70) применяется только в таком случае, если нужно, чтобы отлитый чугун получился твердый, белый.
Тут кстати будет указать, каким образом можно отличить положительный полюс от отрицательного по внешнему виду вольтовой дуги, потому что иногда приходится прибегать к этому средству, если почему-либо явится сомнение в правильности направления тока. Для этого следует вставить в плавильник угольный электрод («пропарку», см. главу I) и замкнуть вольтову дугу между коксовым стержнем и коксовой пластинкой; тогда, если стержень служит отрицательным полюсом, вольтова дуга будет иметь вид фиг. 68 и на глаз будет казаться, что раскаленные частицы вольтовой дуги как бы движутся с большой быстротой от стержня к пластинке, т е. обратно предполагаемому в практике направлению тока. В обратном случае, т. е. когда стержень — положительный полюс, вольтова дуга будет иметь вид фиг. 69, и поддерживать ее непрерывной в последнем случае значительно труднее, чем в первом. При металлических электродах гораздо труднее определить направление тока по внешнему виду вольтовой дуги.
Литейщик и его помощник должны во все время отливки зорко следить за температурой отливки и за тем, чтобы отливаемый чугун сливался с чугуном обрабатываемого предмета, что легко обнаруживается по внешнему виду поверхности жидкого металла. Если температура отливки нормальная, отливаемый чугун почти всегда хорошо сливается с чугуном вещи, и тогда заливаемый участок в разрезе будет иметь вид фиг. 71, т. е. в углах аа пересечения поверхности жидкого металла с нерасплавившимся металлом стенок заливаемого участка будут заметны как бы галтели (закругления) наподобие того явления, которое замечается в жидкостях, смачивающих стенки сосуда (от волосности). Если же замечается обратное закругление, как у жидкостей, не смачивающих стенки сосуда (фиг. 72), то это означает, что отливаемый металл не сливается (аа) с металлом вещи; такое явление может произойти от двух причин: 1) от дурного качества чугуна, из которого приготовлена обрабатываемая вещь, и 2) от слишком низкой температуры отливки.
Капли расплавляемого вольтовой дугой металла в момент плавления вообще всегда имеют определенную и очень высокую температуру. Под именем «температуры отливки» здесь разумеется не эта высокая температура плавления, а некоторая средняя температура расплавленного металла и металлических стенок, окружающих его и еще не расплавленных. Таким образом, «нормальной температурой отливки» будет такая, при которой без излишнего перегрева происходит хорошее сливание отливаемого металла с окружающими его металлическими стенками, если этому не мешают другие побочные причины.
На практике, хотя и очень редко, но случалось иметь дело с таким чугуном, который очень трудно сливается, и, повидимому, причиной этого служит то, что он заключает в себе весьма большое количество землистых примесей или окислов; таков, например, горелый чугун, (подвергавшийся многократному нагреванию до очень высокой температуры). Такой чугун при электрической отливке выделяет из себя много шлака и очень плохо сливается с отливаемым чугуном, какова бы ни была температура отливки; чем выше эта температура, тем более такой нечистый чугун «разгорает» (расплавляется), но все-таки не сливается с наливаемым чугуном, отделяясь от него прослойкой шлака; при обработке подобного чугуна следует по мере надобности прибавлять в жидкий металл по нескольку кусочков ферромарганца; величина кусочков должна быть приблизительно равна величине мелких гороховых зерен. Однако следует остерегаться присадки излишнего количества ферромарганца, потому что он способствует переходу чугуна в твердую, белую разновидность.
Если шлака получается немного, но он прилипает к чугуну обрабатываемой вещи и упорно держится у твердых металлических стенок, несмотря даже на непосредственное действие на него вольтовой дуги, то это служит признаком, что температура отливки низка; в таком случае обрабатываемую вещь следует еще подогреть или уменьшить площади заливаемых участков, увеличив их число (число перегородок).
Признаком слишком высокой температуры отливки служит сильное разгорание стенок обрабатываемого участка, т. е. он будет иметь вид фиг. 73. В таком случае нужно, не прерывая отливки, подбрасывать в металлическую ванну по возможности больше кусков чугуна, наблюдая, впрочем, чтобы эти куски немедленно расплавлялись, и чтобы металлическая ванна не застывала.
Глубину жидкого чугуна в обрабатываемом участке нужно поддерживать во все время отливки от 1/2" до 2" (до 50 мм), что достигается подбрасыванием кусков холодного чугуна (разбитых на куски огарков расплавляемого стержня) в достаточном, но не чрезмерном количестве, или, если ванна слишком глубока, остановкой отливки на некоторое время. Слишком большая глубина может испортить качество чугуна тем, что по окончании отливки отлитый чугун начнет застывать сверху тогда, когда внизу он еще жидок, и отлитый металл получится рыхлый, слишком мягкий и раковистый; впрочем, если по невниманию литейщика ванна получится слишком глубокая, то можно еще исправить работу так называемым «прожиганием», о котором будет сказано ниже, в главе об обработке после отливки.
Материалом для электрической отливки чугуна служат стержни, отлитые из следующей шихты:
Серого литейного чугуна... 1 пуд (100%)
Ферросилициума............. 5 фунтов (1,25%)
Эту шихту следует расплавить в графитовом тигле и затем отлить в высушенную обыкновенную земляную формовку, причем удобно заформовать по нескольку стержней на один литник (фиг. 74). Химический анализ этих стержней дает следующий состав:
С... 3,5%
Si .... 3%
Химический анализ чугуна, полученного помощью электрической отливки, переплавлением этих стержней, дает содержание
С .... 3,5% и более
Si .... 1%
Чугун этот имеет серый цвет, весьма мелкозернистое строение и обладает довольно большой прочностью, выдерживая при пробе на разрыв 1200—1600 атмосфер (12— 16 килограммов на кв. миллиметр).
Отливка железа и стали требует значительно высшей температуры, чем отливка чугуна, и потому ее следует вести при таком направлении тока, чтобы обрабатываемая вещь была положительным полюсом, так как на этом полюсе отделяется большее количество тепла, чем на отрицательном.
Необходимое условие хорошей отливки железа и стали заключается в том, чтобы отлитый жидкий металл по возможности скорее покрылся шлаком и чтобы во все время отливки был им закрыт. Для достижения этого следует в самом начале отливки, когда дно обрабатываемого участка только что покрылось жидким металлом, подбрасывать в формовку битое стекло, которое немедленно расплавляется. Толщина слоя шлака, покрывающего жидкий металл, должна быть небольшая, не более 1/4" (5 — 6 мм) — такая, чтобы не препятствовала прохождению тока; если шлака слишком много, что бывает при отливке большого количества стали или железа, то этот избыток шлака следует удалять помощью черпака (см. фиг. 21). Если шлак сделается очень густым и вязким, что происходит от слишком сильного разгорания стенок формовки, т. е. от расплавления кварца, то полезно этот густой шлак вычерпать и затем немедленно бросать на жидкий металл битое стекло и расплавлять его до тех пор, пока вся поверхность металла не покроется жидким, кипящим мелкими пузырьками шлаком.
Когда глубина металлической ванны достигнет 1/2—1" (15 — 25 мм) и металл вещи хотя немного расплавился, следует подбрасывать кусочки железа или стали (можно холодные, но лучше нагретые докрасна) или стружку этих металлов, по возможности большое количество, но с тем, чтобы они немедленно сполна расплавлялись и чтобы ванна не загустела от излишнего охлаждения. Однако следует заметить, что подброшенный кусочек металла может от полученной живой силы при падении утонуть в жидком металле и припаяться к застывающему нижнему его слою, последствием чего явится моментальное застывание некоторого количества металла вокруг этого кусочка; кусочек останется нерасплавленным, а застывший вокруг него металл будет пузыристый. Поэтому безопаснее и лучше, если возможно, не подбрасывать холодные кусочки металла, а взамен этого держать в жидком металле металлический стержень, который, охлаждая ванну, будет довольно быстро плавиться; но если будет замечено, что стержень начинает плавиться медленно (причем и металлическая ванна загустевает), то следует немедленно этот стержень вынуть.
Когда глубина жидкого металла достигнет 1 1/2—2" (40—50 мм), следует принять меры к охлаждению нижних слоев его, для чего может служить поливание водой обрабатываемой вещи вокруг залитого участка (с помощью лейки (см. фиг. 11) или прибора (см. фиг. 13)), и таким образом поддерживать глубину жидкого металла постоянной; но еще лучше, если вся обрабатываемая вещь или же часть ее близ заливаемого участка будет предварительно заключена в железный ящик С (см. фиг. 76), который, по желанию можно наполнять водой (лучше всего проточной); тогда можно будет достигнуть желаемой быстроты застывания залитого участка (см. главу о прожигании, уплотнении стали). Во избежание взрыва, на дне ящика непременно должен быть слой песка.
Железо и сталь никогда не следует наливать до верхних краев формовки, потому что при дальнейшей обработке (уплотнении) шлак и даже металл будут выползать на края формовки и этим чрезвычайно затруднять работу.
При отливке железа и стали необходимо прибавлять различные примеси (если отливаемая сталь мягкая и не особого специального состава. Сталь же, содержащая около 1% C и 2% Cr, может быть отливаема без всяких вспомогательных реагентов и дает в результате металл с 0.4% Cr весьма хорошего качества), те же, что употребляются при отливке стали из обыкновенных металлургических печей, а именно:
Ферромарганец, который, как известно, имеет свойство восстановлять окислы железа, растворенные в расплавленном металле (и выделять из него сернистые соединения). Поэтому ферромарганец следует употреблять во время электрической отливки стали и железа в следующих случаях: 1) в начале работы, потому что пока обрабатываемое место не покрылось жидким металлом, в свою очередь, покрытым шлаком, до тех пор окисление металлической поверхности происходит весьма значительное, почему без присадки ферромарганца в месте соприкосновения расплавленного металла с нерасплавленным получится слой перегорелого железа, т. е. металл, содержащий много растворенных окислов; 2) во все время работы полезно прибавлять понемногу ферромарганца (или отчасти заменяющего его чугуна или феррохрома) попеременно с кусками железа и, наконец, 3) по окончании отливки, во время последующей обработки «прожигания», о котором будет сказано ниже. Во всех этих случаях довольно трудно определить заранее, какое количество ферромарганца должно быть прибавлено, потому что оно зависит от химического состава отливаемого металла и должно быть тем более, чем он беднее углеродом. За среднее количество присадки ферромарганца можно положить при отливке железа 5% по весу отливаемого металла (если ферромарганец содержит марганца около 80%), а при отливке стали средней твердости около 1% и при том полезно прибавлять его побольше в начале отливки и в конце ее; в продолжение же всей отливки ферромарганец нужно подбрасывать в металлическую ванну тогда, когда замечается, что она сама густеет или покрывается как бы плохо расплавленным шлаком. Вообще следует наблюдать, чтобы шлак все время был совершенно жидкий и как бы кипящий мелкими пузырьками; если он сделается густой, и выделяющиеся из него пузырьки газа станут крупные и медленно уничтожающиеся, то следует присаживать ферромарганец.
После каждой присадки ванна должна быть размешана щупалкой (см. фиг. 23).
Феррохром как сплав, содержащий большое количество углерода (феррохром, приготовляемый в Пермских пушечных заводах, содержит углерода 2,5 — 3,5% и хрома около 60%), может отчасти заменить ферромарганец, но замечено, что он восстановляет окислы железа значительно медленнее ферромарганца (т. е. ванна не делается так быстро жидкой после присадки феррохрома, как после ферромарганца). Произведенные до настоящего времени опыты показывают, что для получения мягкого металла при отливке из железа следует прибавлять феррохрома (60% Cr) не более 5% всего отливаемого металла, если не присаживается вовсе ферромарганец; в противном случае количество феррохрома должно быть соответственно уменьшаемо. Хороший результат дала отливка из сварочного (3/8" круглого) железа с присадкой 5% феррохрома; химический состав полученного металла оказался следующий:
С .... 0,20%
Сг .... 0,94%
Si .... 0,08%
Замечено еще, что присадка феррохрома способствует покрыванию поверхности жидкого металла шлаком, если во время присадки вольтову дугу поддерживать у стенок формовки, передвигая ее вокруг, по окраинам отлитого металла.
Феррохром (как и другие примеси) следует прибавлять понемногу, а не все желаемое количество сразу по окончании отливки, потому что в последнем случае он как бы профильтровывается сквозь жидкий металл и оказывается в наибольшем количестве в нижних слоях отлитого металла.
Ферросилициум (феррокремний) не следует употреблять при стальной электрической отливке, потому что кремний, как известно, ухудшает качество стали. Иногда приходится прибегать к нему для повышения температуры отлитого металла, когда замечается, что он очень быстро застывает, не успевая слиться с металлом обрабатываемой поверхности, но такая отливка во всяком случае будет сомнительного качества.
Ферроалюминия также следует избегать и употреблять только в крайнем случае, когда отлитый металл по неопытности литейщика (от внезапного охлаждения большого количества жидкого металла или от плохой формовки (если есть трещины в нижней части формовки, то замечается очень бурное кипение железа, происходящее, вероятно, от химического действия проникающего в трещины воздуха на жидкий металл)) начинает кипеть слишком бурно, так что можно опасаться, что он утечет через край формовки; тогда прибавление ничтожного количества ферроалюминия моментально успокаивает ванну, но вслед затем нижние слои ее почти всегда тотчас же и застывают.
Ферросилициум и ферроалюминий употребляются вообще в сталелитейном деле для устранения пузырей (раковин) в стальных отливках, но при этом, как известно, небольшой избыток этих примесей значительно ухудшает качество стали. При электрической же отливке пузыри (и усадочная раковина) устраняются особой обработкой — «прожиганием» (см. ниже об обработке после отливки), и потому эти реагенты для такой цели употреблять нет надобности, кроме вышеуказанного случая чрезмерного кипения металла.
Не следует забывать, что результатом электрической отливки железа или стали является литой некованый металл, и потому нельзя и требовать от него несоответствующих качеств, т. е. чтобы прочность его равнялась прочности кованой стали. Таким образом, при исправлении с помощью электрической отливки литых некованых стальных вещей можно требовать, чтобы исправленное место было так же прочно, как металл во всех остальных местах вещи. Если же исправляется стальная кованая вещь, то могут быть следующие два случая: 1) если эта вещь сломалась не вследствие недостаточных своих размеров, но по причине какого-либо скрытого в ней порока, и притом размеры этой вещи таковы, что она была бы достаточно прочна, если бы была приготовлена в месте излома из хорошего некованого металла, то исправление ее с помощью электрической отливки, без последующей проковки, можно считать вполне надежным; 2) если же вещь из кованой стали не имеет запаса прочности по своим размерам, то после исправления ее с помощью электрической отливки она должна быть в исправленном месте прокована.
Отливка красной меди. При отливке какого бы то ни было металла на красную медь направление тока должно быть таково, чтобы обрабатываемая вещь была положительным полюсом, потому что при обратном направлении тока отливка будет идти слишком холодно вследствие большой теплопроводности красной меди. По этой же причине исправляемую вещь из красной меди необходимо подогревать довольно сильно (до тёмнокрасного цвета). При отливке красной меди на красную же медь и на другие металлы (сталь, железо, бронза) должно быть такое же, вышеуказанное направление тока, исключая чугун и легкоплавкие малотеплопроводные металлы, которые требуют обратного направления тока.
Медный электрод при электрической отливке весьма сильно перегорает (угар достигает 15%), дает много чрезвычайно трудноплавких шлаков (окись меди), почему необходимо тотчас по расплавлении обрабатываемой поверхности опустить в жидкий металл (по выражению рабочих «подсунуть») стержень из красной меди, который очень быстро плавится и почти не дает никакого угара, а затем отлитый металл восстановлять с помощью фосфористых веществ. Очень удобен «фосфористый очиститель Лаврова», который и следует присадить в ванну немедленно по окончании отливки, пока весь расплавившийся металл жидок, и тотчас же тщательно размешать металл медной проволокой; фосфористый очиститель полезно прибавлять понемногу и во время самой отливки.
Если же отливается очень небольшое количество меди, которое обыкновенно очень быстро застывает, так что невозможно успеть произвести его очищение, то фосфористый очиститель следует положить в формовку предварительно, перед отливкой (см. ниже приготовление труб из листовой красной меди).
При некотором навыке можно получать электрической отливкой медь превосходных качеств.
Отливка бронзы производится так же, как и отливка красной меди. Материалом для отливки служат стержни, отлитые из следующей шихты:
Cu .... 85%
Sn .... 10 —12%
Zn.... 3%
Цинк не должен содержаться в расплавляемых стержнях в большем количестве потому, что он весь сполна сгорает при электрической отливке.
Можно даже вовсе не употреблять цинка при составлении шихты на отливку этих стержней, т. е. приготовлять ее из следующего состава:
Cu .... 35 1/3 частей
Sn .... 4 1/2 части
Свинец следует избегать потому, что пары его очень ядовиты. При отливке стержней из последней шихты очищение металла можно производить фосфористым очистителем Лаврова, а если отливаются стержни, содержащие цинк, то очистителем может служить металлический алюминий в ничтожном количестве (не более 1/2%).
Если желательно, чтобы отлитый металл содержал цинк или свинец (и т. п.), то эти металлы можно присадить в жидкую ванну немедленно после очистки ее фосфористым очистителем, но не ранее очистки, потому что цинк с фосфором образует соединение, ухудшающее качество металла.
Отливка легкоплавких медных сплавов (латуни, белой бронзы и пр.) должна быть производима при обратном направлении тока, т. е. положительным полюсом должен быть расплавляемый стержень ввиду того, что теплопроводность этих сплавов сравнительно невелика. Отливка эта довольно затруднительна: она должна производиться по возможности быстро, в металлическую формовку (см. выше) и с присадкой холодного металла немедленно после начала отливки.
Отливка латуни производится из бронзовых стержней с присадкой во все время отливки кусков латуни (вместо чего можно держать латунный стержень в жидком металле) или с присадкой цинка после отливки.
Отливку белой бронзы (содержащей большое количество олова и свинца) нужно производить из стержней следующего состава:
Cu .... 40 частей
Sn ... 10
Zn . .. 6
Pb .... 2 части
с присадкой металла такого же состава.
Налить белую бронзу или же латунь на какой-либо другой металл (на обыкновенную бронзу, железо, сталь) можно также из обыкновенных бронзовых стержней с последующей присадкой олова и других легкоплавких составных частей.
Отлитый с помощью электрической отливки металл для придания ему желаемых качеств должен быть подвергнут соответственной обработке.
Чугун. Если отливка производилась с целью получить белый чугун, т. е. в кварцевую формовку и при таком направлении тока, что обрабатываемая вещь составляет положительный полюс, то после отливки не требуется никакой металлургической обработки.
Если же желательно получить серый более или менее мягкий чугун, т. е. отливка производилась при обратном направлении тока в коксовую формовку, то по степени желаемой мягкости чугуна и в зависимости от свойства формовки следует различать следующие случаи:
1. Если большая часть стенок формовки коксовая и лишь небольшую часть их составляет поверхность (чугунная) обрабатываемой вещи и отливка шла достаточно горячо, то после отливки нет надобности в особой обработке; при этих условиях прямо получается мелкозернистый серый чугун, нужно только засыпать поверхность жидкого металла древесноугольным порошком, чтобы поверхность не быстро охлаждалась, но не ранее, как жидкий металл перестанет быть ослепительно белым. Если насыпать угольный порошок на ослепительно белый чугун, то произойдет быстрое растворение угля в металле, и некоторой толщины верхний слой его получится очень рыхлый.
2. Если при тех же условиях отливка шла слишком горячо и глубина жидкого металла более 1" (25 мм), то можно опасаться получения слишком мягкого рыхлого металла; тогда необходима обработка, названная «прожиганием». Прожигание (уплотнение) производится следующим образом. По окончании отливки следует подождать, пока поверхность жидкого металла начнет густеть, и когда застывающий верхний слой только с некоторым небольшим усилием можно будет протыкать чугунной палочкой, тогда нужно вновь замкнуть вольтову дугу и отлить несколько капель металла по всей поверхности, до полного расплавления застывающей коры; после этого нужно тотчас же смерить чугунной палочкой глубину жидкого металла и, если она не менее 1", опять повторить ту же операцию и т. д. Таким образом будет достигнуто постепенное застывание отлитого металла снизу вверх, и он получится совершенно плотный.
3. Если значительная часть стенок формовки (заливаемого участка) металлическая, то может получиться закалка чугуна на поверхностях соприкосновения жидкого металла с твердым. Во избежание этого нужно применить обработку, названную рабочими «пропариванием», которая есть не что иное, как обогащение жидкого чугуна углеродом. Пропаривание производится так: вместо расплавляемого чугунного стержня нужно вставить пропарку (см. фиг. 25) с закрепленным в ней коксовым стержнем и замкнуть вольтову дугу между этим стержнем и поверхностью жидкого металла, когда она потеряет ослепительно белый цвет (замечено, что при ослепительно белом цвете вольтову дугу трудно поддерживать непрерывной) так, чтобы положительным полюсом был коксовый стержень, т. е. при том же направлении тока, при котором производилась отливка. Тогда произойдет быстрый перенос частиц угля со стержня в металлическую ванну, где они и растворяются, обращаясь в графит, и чугун получится тем мягче и чернее, чем долее продолжалось пропаривание. Длина вольтовой дуги при пропаривании очень мала и имеет вид фиг. 75. Угольный стержень должен быть в оконечности только слегка закруглен, потому что если его заострить, то острие немедленно отрывается током и мешает работе. Небольшого навыка достаточно, чтобы в каждом данном случае безошибочно определить, нужно ли пропаривание и насколько оно должно быть продолжительно; это легко определить по виду поверхности чугуна, которая представляется тем более матовой и как бы покрытой пылью, чем чугун мягче, и тем медленнее застывает; слишком мягкий чугун кажется густым, очень медленно застывающим, а белый твердый чугун имеет поверхность совершенно чистую и застывает почти мгновенно, после достижения температуры застывания.
После пропаривания, а также и после прожигания, одним словом, во всех случаях отливки серого чугуна, полезно засыпать его поверхность сухим просеянным древесноугольным порошком для того, чтобы от действия холодного воздуха не образовалась с поверхности хотя и тонкая, но очень твердая корка.
Железо и сталь во всех без исключения случаях требуют после отливки «прожигания» (уплотнения). Если отлитый металл предоставить самому себе, то верхняя поверхность его застынет от охлаждающего действия воздуха тогда, когда внутри, под этой поверхностью, будет еще находиться жидкий металл. Так как железо и сталь выделяют из себя растворенные газы в момент застывания, то при существовании на верхней поверхности твердой коры эти газы не будут иметь возможность выделиться и останутся под корой, станут поднимать ее кверху, и металл получится пузыристый. Цель прожигания и заключается в том, чтобы расплавлять образующуюся кору на верхней поверхности металла и таким образом заставить металл застывать постепенно по направлению снизу вверх; тогда все газы будут по мере застывания выделяться на поверхность, усадочные пустоты своевременно заполнятся, и металл получится плотный, беспузыристый и без усадочных пустот (на уплотнение таким же путем больших отливок, произведенных обыкновенными металлургическими способами, взята особая привилегия). Во время прожигания нужно почаще измерять глубину жидкого металла щупалкой (см. фиг. 23) и в то же время следить за степенью густоты расплавленного металла, за состоянием поверхности дна и стенок металлической ванны и за тем, чтобы застывание шло как можно равномернее. Металлические дно и стенки залитого участка на ощупь должны быть гладкие, без глубоких впадин, и глубина жидкого металла по возможности одинаковая во всем участке; если будет замечено, что в некоторых местах глубина значительно меньшая, чем в других, то следует подержать подольше вольтову дугу в наиболее мелких местах. Не застывший еще металл должен быть совершенно жидкий, а дно и стенки, к которым он прикасается, гладкие; если случится, что металл начнет густеть, причем обыкновенно дно и стенки ванны делаются шероховатыми, то следует немедленно присадить ферромарганец и обработать всю поверхность вольтовой дугой; при этом металл очень быстро делается снова жидким. Случается, что шлак, покрывающий металл, начинает как бы притягиваться к кварцевым стенкам формовки, и поверхность жидкого металла обнажается; в таком случае нужно присадить немного ферромарганца или феррохрома (а если это нельзя из боязни получить слишком твердый металл, то простого битого стекла) и прогреть вольтовой дугой места соприкосновения жидкого металла с кварцевой формовкой (берега металлической ванны). Когда глубина жидкого металла станет очень небольшой (менее 1/4"), прожигание может быть продолжаемо замыканием вольтовой дуги на один момент в тех местах, где будут показываться из-под шлака пузыри металла; тогда эти пузыри от действия вольтовой дуги будут немедленно исчезать. Если литейщик опытный, то он может легко вести прожигание так, что поверхность металла после окончательного застывания будет почти совершенно ровной и горизонтальной, или же по желанию может сделать ее несколько наклонной, с углублением или с возвышением в середине залитого участка и т. п. Возможность такого результата работы обусловливается свойством застывающего металла стремиться или как бы притягиваться к наиболее холодным местам обрабатываемой ванны и удаляться от наиболее горячих, т. е. от вольтовой дуги; таким образом, если всегда поддерживать вольтову дугу в наиболее холодных местах, то поверхность металла после застывания получится ровной и горизонтальной; если один край участка держать горячее другого, поверхность металла получится наклонной; если, наконец, держать вольтову дугу неподвижно в каком-либо месте обрабатываемой поверхности, в этом месте после застывания будет углубление и т. д.
Из всего вышесказанного о прожигании легко понять, почему необходимо избегать во время отливки расплавления стенок заливаемого участка на слишком большое расстояние, дальше вертикальных линий аа (фиг. 76), т. е. под кварцевой формовкой: очевидно, что если под кварцем будет находиться жидкий металл, то газы, которые будут выделяться этим металлом при застывании его, не будут иметь возможности совершенно выделиться и останутся под кварцем, почему в этих местах должен получиться пузыристый металл.
Так как прожигание должно продолжаться до полного застывания металла, то очевидно, что бывает очень невыгодно, если по окончании отливки, т. е. перед прожиганием, жидкая металлическая ванна слишком глубока (глубже 2") тогда прожигание будет очень продолжительно. Во избежание этого следует по возможности ускорить застывание нижних слоев металла, как во время самой отливки, так и во время прожигания; выше было описано, как это достигается поливанием обрабатываемой вещи водой или погружением ее в воду (наливанием воды в ящик, заключающий в себе обрабатываемую вещь или ее часть).
Прожигание можно производить как металлическим, так и угольным электродом, но первый предпочтительнее, особенно при глубоких ваннах, потому что он доставляет большее количество тепла, а угольный иногда полезно употреблять, когда ванна уже не глубока, если желательно поскорее окончить прожигание, т. е чтобы металл скорее застыл. При употреблении угольного электрода необходимо, чтобы он был отрицательным, а металлический электрод (железный или стальной стержень) приходится обыкновенно делать положительным полюсом.
При прожигании, а в особенности перед окончанием его, когда приходится периодически замыкать ток на один момент, сила тока может быть значительно меньшая, чем при отливке, и потому машину следует пускать на тихий ход, что вместе с тем и очень для нее полезно, так как умышленное, часто повторяемое замыкание и размыкание тока, отражаясь в машине толчками, может ее испортить.
Если отлито железо, то тотчас по окончании прожигания, когда металл еще совершенно белый, мягкий, полезно слегка проковать его с помощью набойки (см. фиг. 27) и молотка (сталь, исключая самую мягкую, при белом цвете ковать нельзя) Когда металл уже окончательно затвердеет, можно проковать его сильнее, балдой с набойкой или без набойки, смотря по тому, как удобнее.
После этого, разломав формовку, необходимо обработанное место вещи отжечь, т. е. нагреть до светлокрасного цвета и дать затем медленно охладиться, а потом полезно закалить в масле или воде, смотря по твердости отлитого металла, с последующим надлежащим отпуском.
Вышеописанных манипуляций достаточно, чтобы получить металл, одинаковый по качеству с хорошей литой некованой сталью, причем различные степени твердости достигаются большим или меньшим прибавлением ферромарганца, феррохрома и прочих металлургических реагентов. При определении шихты, т. е. требуемого количества этих реагентов, нужно иметь в виду, что при электрической отливке происходят следующие приблизительные угары составных частей шихты:
Углерода около.............. 50%
Марганца..................... » 25%
Хрома .......................... » 25%
Железа..........................» 20%
Если же требуется получить металл, не уступающий в качестве хорошей кованой стали, то после отжига необходимо обработанную часть вещи проковать, что представляет трудную работу, если отлитый электрическим путем металл значительно разнится по твердости с кованым металлом обработанной вещи, потому что действие проковки на тот и другой металл будет неодинаковое, более мягкий будет изменять свою форму (сжиматься) под влиянием ударов при проковке сильнее, чем более твердый или более плотный, и потому может произойти как бы сдвиг одного металла по другому, трещина по поверхности их соприкосновения. Проковка без удара, т. е. не под паровым молотом, а с помощью ковального пресса, или же прокатка в валках не были еще испытаны, но по всей вероятности более легко исполнимы. Чтобы проковка под паровым молотом стали, прилитой с помощью электрической отливки к вещи из кованой (более плотной) стали, была возможна, электрическая отливка должна быть произведена при некоторых условиях, способствующих равномерности влияния проковки на два различных по качеству соприкасающихся между собой металла; эти условия очень трудно обобщить для всех возможных случаев, но их можно пояснить следующими примерами.
1. Если требуется удлинить стальной кованый вал, т. е. налить на конец его некоторое количество стали и затем проковать этот конец, то прежде всего следует высадить (утолстить) этот конец и сделать в центре углубление, как показано на фиг. 77; затем заформовать и налить желаемое количество стали А; тогда, если налитая сталь хорошо слилась с металлом вещи и не очень много отличается от него по твердости, проковка будет вполне возможна, так как при ударе молотом по окружности аа сжиматься будут одновременно и равномерно оба металла; если же было бы налито так, как показано на фиг. 78, то при ударе по окружности aa подвергался бы сжатию один лишь налитый металл А, что неминуемо повлекло бы за собой отделение (срезывание) его от металла В по площади aa.
2. На основании предыдущего примера легко понять, почему сливание двух частей сломанного вала, если требуется последующая проковка, должно быть произведено так, как показано на фиг. 79, а не так, как на фиг. 80. На фиг. 79 цифрой 1 обозначены те части металла, которые следует налить при вертикальном положении обеих частей вала; наливать при таком положении полезно для возможно лучшего соединения наливаемого металла с металлом вещи (так как по горизонтальной поверхности сливание происходит лучше и легче, чем по вертикальной); затем обе части вала заформовываются вместе и заливается участок 2 и, наконец, уже 3, или же оба эти участка зараз.
Если же отливаемый металл по твердости, которую он будет иметь после отливки, приближается к металлу обрабатываемой вещи, то сливание сломанной вещи может быть произведено с одного нагрева, как показано на фиг. 81, где aa и bb означают кольца и донную часть металлической формовки; после отливки эта вещь будет иметь вид фиг. 82; затем нужно срезать излишек налитого металла так, чтобы вещь приняла вид фиг. 83, после чего ее можно проковать без всяких особых предосторожностей; если отлитый металл слился с металлом вещи совершенно, то проковка будет безукоризненна, и вещь в исправленном месте будет обладать прочностью целой вещи.
Медь и ее сплавы после отливки требуют только очищения от окислов, что достигается немедленным присаживанием в жидкую металлическую ванну фосфористых реагентов (если сплав не содержит железа и цинка) или алюминия (см. отливку) и затем в случае надобности желаемых составных частей сплава (цинк, олово, свинец и пр.). Если полученная жидкая металлическая ванна глубока (глубже 1"), следует произвести прожигание во избежание усадки и пузырей, так же, как это было описано выше, в статье об обработке отлитого чугуна. Когда отлитый металл (красная медь или обыкновенная бронза) застыл и охладился до тёмнокрасного цвета, полезно замочить всю вещь в воде (если она не очень сложной формы) с целью закалки, т. е. получения в данном случае более мягкого металла.
К последующей обработке после электрической отливки можно отнести также и механическую отделку исправленной вещи, т. е. сострагивание или стачивание избытка налитого металла, и очистку загрязненной и покрытой окалиной (от нагревания) поверхности вещи. Эта работа не представляет никаких особенностей; ее надо иметь только в виду при отливке, т. е. во избежание излишней работы не наливать металла более, чем это необходимо (фиг. 84), а во избежание порчи поверхности вещи от окалины покрывать часть поверхности, ближайшую к обрабатываемому участку, в том месте, где он будет нагреваться до каления, самым мелким песком, разболтанным в жидком стекле до густоты масляной краски. Такая окраска очень крепко пристает к поверхности даже полированного металла (слегка подогретого) и в значительной мере предохраняет его от образования окалины.
