Технический титан благодаря высокому сопротивлению коррозии, малой плотности 4,5 г/см³ (сталь – 7 г/см³), высокой прочности ( предел прочности при растяжении 150 кгс/мм²) является прекрасным материалом для приборостроения. Изделия из титановых сплавов хорошо работают при значительных отрицательных температурах, вплоть до температуры жидкого азота.

Титан легируется такими добавками, как Al, V, Mn, Cr, Nb, Sn, Fe, Zr. Титановые сплавы обозначаются буквами ВТ.

В настоящее время для литья применяют сплавы ВТ1, ВТ5, ВТ6, ВТ9.

Литье титановых сплавов вызывает большие технологические трудности, обусловленные активным взаимодействием жидкого расплава со всеми используемыми в настоящее время для изготовления литейных форм материалами. Титан при высоких температурах активно, взаимодействует с азотом и кислородом. Реакция с азотом протекает также активно, как горение некоторых веществ в среде кислорода. Поэтому плавку титановых сплавов проводят только в вакуумных печах.

Глава 5Характеристика основных способов литья, применяемых в приборостроении

1.Литье по ЖСС

Использование для заливки сырых форм не всегда позволяет получить отливки с требованиями соответствующими высокому качеству из-за низкой чистоты поверхности, повышенной толщины стенок и, следовательно, завышенного веса отливок. По этой причине приходится вводить обработку отливок даже по тем поверхностям, которые можно было бы оставлять в деталях литыми. Применение ЖСС позволяет уменьшить толщину стенок отливок, повысить точность и чистоту поверхности. Ниже рассмотрены особенности процесса литья по ЖСС по сравнению с литьем в землю.

Исходные материалы для приготовления ЖСС. Формовочная смесь состоит из наполнителя и жидкой композиции. В качестве наполнителей применяют: мелкозернистые кварцевые пески (с содержанием глины не более 1% и влажностью не более 3%) и феррохромовый шлак следующего состава в %:

CaO SiO₂ Al₂O₃ MgO Cr₂O₃ FeO

48-53 26-30 6-8 6-12 2-5 0.2-0.5

В жидкую композицию входит жидкое стекло, поверхностно активные добавки и вода.

Жидкое стекло (Me₂O n SiO₂ m H₂O), где Me₂O может быть Na₂O или К₂O обычно применяют стекло «В» с модулем 2,61- 3,00.

В качестве поверхностного активного вещества применяется контакт Петрова (КП) - получается керосинового дистиллата нефти серным ангидридом.

Приготовление ЖСС. Для изготовления жидкой смеси используют специальные смесительные установки. Схема смесительной установки показана на рис. 24. Дозирование компонентов формовочной смеси осуществляется на весах, вмонтированных в смесительную установку. Сначала в растворомешалку поступают сухие компоненты - песок и шлак, перемешиваются в течение 1,0- 1,5 мин. Для достижения требуемой степени однородности. После этого в смеситель вводится жидкая композиция и производится перемешивание в течение 1,5- 2,0 мин. Цикл приготовления смеси длится 3- 6 мин., происходит пенообразование и смесь приобретает текучесть и способность легко проникать во все щели и углубления формы самотеком.

Модели и стержневые ящики изготавливаются из дерева и металла. При этом поверхности моделей и ящиков обрабатывают специальным покрытием, так как смесь ЖСС обладает повышенной прилипаемостью к материалу моделей и стержней. Сначала покрывают нитрошпаклевкой, затем зачищают наждачной бумагой и красят нитрокраской в два слоя. Выдержка после покраски – 3-4 часа на воздухе.

Рис. 24. Схема изготовления формы из ЖСС.

Изготовление форм и стержней. Модель с опокой подается под смесительное устройство. Предварительно поверхность модели и подмодельной плиты покрывают разделительным покрытием (смесь мазута, керосина и серебристого графита 2; 1; 0,5) или химически стойкий лак. Готовая смесь выпускается из смесителя на модель и стержневой ящик, растекается точно, выполняя конфигурацию отливки. Изготовление формы (заливка смесью) занимает несколько секунд. Наличие в составе смеси жидкого стекла способствует быстрому затвердеванию формы на воздухе. Так как извлечение модели производится из твердой фазы, то размеры полости не изменяются при извлечении модели, что позволяет повысить точность отливок.

Дальнейшие операции сборки и заливки формы делаются точно так же, как и при обычном литье в земле. Учитывая, что заливка осуществляется в сухую твердую форму, теплопроводность которой меньше чем сырой, появляется возможность уменьшить толщину стенок отливок.

Применение способа литья. Для изготовления больших корпусов приборов из чугуна и алюминиевых сплавов с толщиной стенки 4-6 мм. Точность отливок – 14-15 квалитет, шероховатость поверхности 80-40. Легко автоматизируется и механизируется.

2.Литье в оболочковые формы

Оболочковые формы, так же как и песчано-глинистые и ЖСС, являются разовыми. Форма представляет собой прочную тонкую оболочку (6-10 мм) с гладкой рабочей поверхностью и точными размерами полости.

Формовочную смесь приготовляют из мелкозернистого песка и синтетической термореактивной смеси (3-7%), которая является связующим. Эти смеси являются песчано-смоляными. Способ изготовления оболочек обоснован на специфических свойствах термореактивных смол.

Смолы при комнатной температуре находятся в твердом состоянии, при нагреве до 70-120С размягчаются, становятся полужидкими, вязкими, клейкими. При дальнейшем нагреве до 200-250С термореактивные смолы необратимо твердеют, прочность их резко повышается и сохраняется после охлаждения до комнатной температуры.

Изготовление оболочковых форм. Модельную плиту 1, на которой закреплена модель 4 (модельную плиту и модель изготавливают из металла) (рис. 25, а), нагревают до 200-250С и на ее рабочую поверхность пульверизатором или кистью наносят тонкую пленку разделительного состава, например силиконовой жидкости, чтобы предотвратить прилипание смеси к моделям.

На горловину поворотного бункера 2 со смесью 3 устанавливают горячую модельную плиту, после укрепления которой поворачивают бункер на 180. Песчано-смоляная смесь падает на поверхность плиты и модели. Под действием тепла слой 5 смеси, прилегающий к модели и плите, прогревается за 15-25 с до температуры расплавления смолы на глубину 6-10 мм. В этом слое зерна песка оказываются склеенными расплавленной смолой. Остальную сыпучую часть смеси удаляют поворотом бункера на 180 в исходное положение. Оставшуюся полутвердую оболочку вместе с подмодельной плитой помещают в печь, где она необратимо затвердевает при температуре при нагревании ее в течении 50-60 с при температуре 300-350С. После извлечения из печи прочную оболочковую полуформу 5 снимают с модельной плиты при помощи выталкивателей 6. Также изготавливают вторую оболочковую полуформу.

Процесс изготовления оболочковых стержней аналогичен процессу изготовления полуформ. В подогретый и смазанный стержневой ящик 7 (рис.25 б) насыпают песчано-смоляную смесь 8, через 15-20 с после образования оболочки высыпают непрогретую оставшуюся сыпучую смесь. Оболочка твердеет при дальнейшем нагреве ящика. Затем ящик раскрывают и извлекают стержень 9.

Модели, плиты и стержневые ящики в основном изготавливаются из чугуна, реже из стали и алюминиевых сплавов.

Оболочковые полуформы собирают, склеивая быстротвердеющим термореактивным клеем. В охлажденную полуформу устанавливают стержень на ее края наносят клей толщиной 0,1 мм, накладывают вторую горячую (120-150С) полуформу, прижимают ее к первой специальным приспособлением и выдерживают 5-10 с для отвердения клея. Для центрирования полуформ в одной из них делают углубления, в другой – выступы 9.

Рис.25. Схема литья в оболочковую форму.подпись перевенуть

Готовые (склеенные) оболочковые формы 11 (рис. 25 в) устанавливают в металлические ящики 10, засыпают песком или чугунной дробью 12, заливают жидким металлом и получают отливку 13 после разрушения оболочки.

Особенности способа и области его применения. Применение мелкозернистых песков в смесях способствует получению гладкой рабочей поверхности оболочковых форм и стержней.

Твердение смеси непосредственно на модели или в стержневом ящике позволяет получать точные по размерам формы и стержни.

Оболочки обладают достаточной прочностью, жесткостью и газпроницаемостью в период заливки и затвердевания сплава. Вместе с тем по мере прогрева отливки теплом оболочка разрушается: прочность ее падает, она превращается в песок, что способствует свободной усадке отливок.

Отмеченные возможности дают возможность изготовлять сложные тонкостенные отливки из черных и алюминиевых сплавов массой до 100 кг. Точность отливок находится в пределах 11-14 квалитетов (11 квалитет) на отдельные размеры, не связанные с плоскостью разъема, а шероховатость поверхности соответствует 25мкм.

В оптико-механической промышленности этим способом изготовляют корпуса аэрофотоаппаратуры проекторов, лабораторных приборов.

Оболочковые стержни применяют не только в оболочковых формах, но и в песчаных, а также в кокилях для выполнения сложных полостей в алюминиевых и магниевых отливках.

Расход формовочной смеси при литье в оболочковые формы в 8-10 раз меньше, чем при литье в земляные формы.

Процесс изготовления оболочек хорошо поддается автоматизации.

3.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.