Рис. 10 Схема образования структуры сплава.

Влияние формы. На рис. 11 сопоставлены отливки, полученные в песчаной (слева) и металлической (справа) формах 4 при прочих равных условиях. У отливки в песчаной форме тонкая литейная корка 1 и слабо развитая столбчатая зона 2, что обусловлено более слабым тепловым потоком. Столбчатые кристаллы имеют более крупное внутренне строение.

песчаная металлическая t’ _зал> t’’ _зал.

Влияние формы Влияние температуры заливки

Влияние сплава Влияние конфигурации отливки

Рис.11 Влияние различных факторов на образование кристаллической структуры: 1- корка, 2- столбчатая зона, 3- крупная структура 4- форма.

Влияние температуры заливки. При более низкой температуре заливки (рис. 11)справа столбчатая зона 2 оказывается менее выраженной, так как в этом случае равноосные кристаллы раньше прекращают рост, чем столбчатые, из-за относительно менее интенсивного теплового потока.

Влияние сплава. На рис. 11 сопоставляются сплав с большей склонностью к образованию зоны столбчатых кристаллов (слева) со сплавом с незначительной склонностью к образованию столбчатой зоны. Отливки из первого сплава имеют насквозь столбчатую зону 2. Большой склонностью к образованию столбчатой зоны отличаются сплавы, затвердевающие в узком интервале и обладающие низкой теплопроводностью.

Влияние конфигурации отливки. Конфигурация отливки также имеет определенное значение на кристаллизацию, потому что от нее зависит интенсивность теплового потока в разных частях отливки.

В равностепенной отливке столбчатые кристаллы образуются по схеме рис. 11 слева при равномерном тепловом потоке (показан стрелками). В отливке же с выступами тепловой поток неравномерен. На впадинах формы тепловой поток рассеивается и образуются «холодные» места формы. На выступах формы поток как бы фокусируется, образуя «горячие места формы (рис. 11, справа). В холодных местах образуются более крупные столбики с мелким внутренним строением, а в углублениях, где слабее тепловой поток, - меньшие столбики. Столбчатые кристаллы, как правило, образуются везде в направлении наибольшего теплового потока. Поэтому в острых наружных кромках и углах отливки, особенно в случае расплавов со склонностью к столбчатой кристаллизации, часто образуются непрочные соединения в местах встречи концов столбиков (рис. 11 , слева). Этот недостаток можно устранить путем соответствующего закругления кромок и углов (рис. 11, справа).

18. Сущность литья по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям

Литейная форма представляет собой неразъемную тонкостенную прочную оболочку, негазотворную, высокоогнеупорную, с гладкой рабочей поверхностью. Оболочку изготовляют из мелкозернистых формовочных материалов по разовым (выплавляемым или растворяемым) моделям. Разовые модели 3 (рис. 26 а) отливки 1 изготовляют в прессформах 2 путем заливки или запрессовки шприцем беззольных, легкоплавких или легко растворимых модельных составов, например ПС50-50 (50% парафина, 50% стеарина). Прессформы выполняют одноместными или многоместными. Модели, полученные в одноместных формах, припаивают паяльником 5 к модели 4 литниковой системы, изготовляемого из того же модельного состава в прессформе.

В многоместных формах получают звенья моделей. При сборке звенья моделей насаживают на металлический каркас-стояк, последнее звено прижимают навинчиванием колпачка (из того же модельного состава) на каркас-стояк. Соединенные в одно целое модели отливок и модели литниковой системы называют блоками моделей. Затем на поверхность блока моделей наносят (формируют оболочку) слой огнеупорной смеси (рис. 26 б). В отличие от песчано-глинистой смеси, смесь, используемая при литье по выплавляемым моделям, представляет собой жидкую суспензию, состоящую из пылевидного огнеупорного материала, например пылевидного кварца циркона, корунда и связующего коллоидного раствора двуокиси кремния. Связующий раствор изготовляют путем гидролиза этилсиликата.

Рис.26 Схема процесса литья по выплавляемым моделям.

Этилсиликат – это смесь эфиров кремниевых кислот. Этилсиликат характеризуется условно процентным содержанием двуокиси кремния. На практике широко распространен этилсиликат 40, содержащий 40+2% Si₂O.

Гидролиз – это процесс замещения в эфирах этоксиальных групп (C₂H₅OH) гидроксильными группами ОН, например:

2(C₂H₅O)₁₂Si₅O₄ + 17H₂O= 5H₂OSiO₂ + 24 C₂H₅OH

кремниевая спирт

кислота

Кремниевая кислота переходит в коллоидное состояние – золь двуокиси кремния. Собственно связующим в растворе является двуокись кремния, склеивающая зерна основы. Для получения необходимой прочности формы достаточно иметь 12-16% (по массе) SiO₂ в растворе. Так как этилсиликат содержит 40% SiO₂, то при гидролизе вводят растворители – спирты или ацетон, чтобы довести содержание SiO₂ в готовом растворе, например, до12-16% . Для ускорения гидролиза вводят катализатор – соляную кислоту (0,2-0,3 HCl на 1 кг этилсиликата).

Для приготовления суспензии в бак 6 с быстроходной пропеллерной мешалкой 7 наливают растворитель, воду и соляную кислоту, затем насыпают пылевидный материал. На один объем суммы жидких составляющих дают до двух объемов пылевидного материала и перемешивают 50-60 мин.

Процесс формирования оболочки состоит в следующем. На поверхность модельного блока окунанием в бак 6 наносят суспензию, которую немедленно закрепляют сухим зернистым огнеупорным материалом (размер зерна равен 0,25 мм). Обычно огнеупорный материал наносится при спускании блока в бак 7 с «кипящим» песком. Через слой песка продувают воздух, песчинки находятся во взвешенном состоянии, а поверхность песка похожа на кипящую воду. В «кипящий» песок тело входит так же легко, как в воду. Затем образовавшийся слой оболочки толщиной около 1 мм сушат при комнатной температуре в течение 3 часов. При сушке испаряется растворитель, слой оболочки твердеет вследствие необратимого процесса перехода коллоидного раствора двуокиси кремния из неустойчивого состояния – золя в устойчивое – гель. Гель цементирует зерна основы и сообщает слою оболочки прочность. Для получения оболочки необходимой толщины на блок наносят последовательно 4- 6 слоев и более. Таким образом, цикл нанесения оболочки длится 12-18 часов. Из оболочки моделей отливок и литниковой системы удаляют выплавлением паром или в горячей воде, помещая блок в бак 8 с водой. Получают прочную неразъемную с гладкой рабочей поверхностью оболочковую литейную форму 9. Оболочка 9 после выплавления из нее моделей пропитана водой и частично модельным составом. Для удаления всех веществ, которые могут быть источниками газов, оболочку прокаливают при температуре 900- 1000С. Для прокаливания оболочки засыпают сухим песком в ящиках 10 из жаростойкой стали (рис. 26 в). После прокаливания в печи формы заливают жидким сплавом 11. Отливки с литниковой системой называют блоками отливок 12.

Литниковая система в отличие от обычного способа литья называется литниковопитающей. Она является несущей конструкцией от момента укрепления на ней моделей до момента отрезки отливок, обеспечивает заполнение полостей формы сплавом и служит прибылью в период затвердевания отливок. Поэтому металл подводят в наиболее массивные части отливок. После охлаждения блока оболочка легко отстает от наружных поверхностей, но прочно удерживается в полостях и отверстиях. Из последних ее удаляют химическим способом – выщелачиванием. (Выщелачивание – извлечение отдельных составляющих твердого материала с помощью растворителя). Отливки, отдельные от литников, загружают в переносный перфорированный барабан вместе со стальной дробью диаметром 1 мм. Барабан погружают в 45%-й водный раствор едкого натра, нагретый до 150С и вращают 30-40 мин. со скоростью 20-30 об/мин. Едкий натр взаимодействует с пленками геля в оболочке, образуя раствор силиката натрия. После выщелачивания отливки промывает в подогретой до 50- 80С воде, затем пассивирует (пассивация- перевод поверхностного слоя металла из активного (в химическом отношении) состояния в пассивное с целью придания ему коррозионной устойчивости) в водном растворе соды с 0,3% натриевой селитры и сушат.

Очищенные отливки подвергают термической обработке в печах с защитной атмосферой и контролируют.

Особенности способа и его применение. Жидкая суспензия пылевидного огнеупорного материала прочно прилипает к модели и точно воспроизводит ее очертания и поверхность. После выплавления моделей из жесткой прочной оболочки образуется неразъемная форма с гладкой рабочей поверхностью и точными размерами, что способствует получению точных по размерам (II квалитет с чистой поверхностью R_а=2,5 мкм) отливок из всех известных сплавов. Форма после прокаливания не содержит газотворных составляющих. Это уменьшает вероятность образования газовых раковин в отливках. Заливка же в горячие формы дает возможность изготовлять тонкостенные сложнейшие отливки. В горячей форме отливка затвердевает медленно, что способствует фильтрации жидкого металла из литниковопитающей системы в отливку и получению металла в ней.

Отмеченные особенности литья по выплавляемым моделям дают возможность получать отливки, сложные по конфигурации с толщиной стенки 1-3 мм и массой до 300 кг.

Стоимость 1 тонны отливок, получаемых по выплавляемых моделям, в 3- 10 раз выше, чем изготовляемых другими способами.

В приборостроении литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления отливок в основном из сталей. Обычно отливки бывают сложные небольших размеров с тонкой стенкой и чистой поверхностью. Изготовить сложную тонкостенную стальную деталь другими способами литья не представляется возможным, а изготовление из куска дороже, чем литье по выплавляемым моделям.

20. Литейные магниевые сплавы

Магниевые сплавы

Отливки из магниевых сплавов широко применяются главным образом там, где они позволяют снизить массу изделия. Магниевые сплавы в 4-4,5 раза легче стали, их плотность колеблется от 1,7 до 1,9 кг/см³. Область применения сплавов непрерывно расширяется, что обусловлено их относительно высокими механическими и эксплутационными качествами, а также снижением стоимости. Последнее обстоятельство определяется постепенным снижением стоимости электроэнергии, являющейся основной статьей расходе при производстве металлического магния.

По ГОСТу магниевые сплавы обозначают: Мл1, Мл2, ... Мл27 (числа- порядковый номер).

По химическому составу литейные магниевые сплавы делят на следующие группы сплавов: 1 – системы магний-марганец (Мл2); 2 – магний-алюминий-цинк (Мл3, Мл4, Мл5, Мл6, Мл7-1); 3 – магний-цинк-цирконий (Мл-12, ВМл-3); 4 – легированные редкоземельными металлами (Мл9, Мл10, Мл11); и 5 – содержащие торий (Мл14, ВМл1).

Для изготовления отливок чаще других используют сплавы второй группы. Лучшими литейными свойствами из них обладают Мл5 и Мл6. Эти сплавы предназначены для производства высоконагруженных отливок, работающих в тяжелых атмосферных условиях с высокой влажностью.

Сплав Мл3 используют при изготовлении отливок простой конфигурации с повышенной герметичностью для работы при средних статических и динамических нагрузках. В отличие от Мл5 и Мл6, сплав Мл3, обладающим небольшим интервалом кристаллизации и малой склонностью к образованию микропористости, имеет повышенную склонность к образованию трещин, а при затрудненной усадке и низкую жидкотекучесть. Самый широкий интервал кристаллизации из сплавов второй группы имеет Мл4. По этой причине отливки из этого сплава предрасположены к микропористости и горячеломкости. Сплав Мл4 обладает высокой коррозионной стойкостью. Все сплавы второй группы упрочняются термической обработкой.