Сплавы на основе системы алюминий-медь (например сплав АЛ7) обладают низкой коррозионной стойкостью и недостаточной пластичностью. В отличии от сплавов первой группы они хорошо обрабатываются резанием. В следствии широкого интервала кристаллизации сплавы этой группы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости. Отличительной особенностью алюминиево-медных сплавов является их теплопрочность. Механические и эксплутационные свойства сплавов улучшают присадками марганца и титана (сплав АЛ19) и термической обработкой (содержат Al-Cu-Mn-Ti).

Алюминиевые сплавы с медью и кремнием широко используют для изготовления деталей, обладающих достаточной твердостью и прочностью, сохраняющих постоянство в процессе эксплуатации и отвечающих требованиям по чистоте обработанной поверхности (корпусы различных приборов). Среди сплавов этой группы наиболее благоприятными свойствами обладает АЛ-4.

Сплавы системы алюминий-магний (типичный представитель сплав АЛ8) отличаются низкой плотностью и высокой коррозионной стойкостью и прочностью; их используют для изготовления отливок, испытывающих большие вибрационные нагрузки или подвергающиеся воздействию морской воды. Вводят добавки Mn и Si, например сплав АЛ13 содержит Al-Mg-Mn-Si.

Вследствие повышенной склонности к окислению, образованию усадочных трещин и рыхлот, взаимодействию с влагой формы, пониженной жидкотекучести, изготовление отливок магниевых сплавов в состав формовочных смесей вводят специальные присадки (борную кислоту, серу и пр.), предохраняющиеся расплав от загорания в форме.

В зависимости от состава сплава отливки проходят определенный режим термический обработки. Характерным является также пропитка пористых отливок различными лаками.

В последнее время разработаны новые высокопрочные литейные алюминиевые сплавы марок АЛ2М, АЛ4Д, АЛ11М.

Сплавы марок АЛ4Д и АЛ2М относятся по своему составу к системе алюминий-кремний-медь-магний.

Дополнительное легирование сплавов типа силумин медью и магнием позволило получить сплавы с высокой прочностью и высокой технологичностью при литье под давлением и в кокиль.

Сплав марки АЛ4Д разработан применительно для литья под давлением, поэтому для предотвращения возможности приваривания металла к форме в его состав введены наибольшие добавки марганца и хрома. Добавки титана в сплав измельчают структуру. Механические свойства образцов из сплава АЛ4Д, вырезанных из деталей, отлитых под давлением с применением вакуума следующие _в=33-38 кгс/мм², =1,5-3%, что соответствует прочности углеродистой стали.

Комплексное легирование сплава АЛ2М добавками редких элементов: титаном, бериллием, цирконием, бором и применение исходных материалов высокой чистоты обеспечивает высокие механические свойства. Сплав был успешно опробован при литье деталей методом штамповки жидкого металла и при литье в кокиль.

Механические свойства на вырезанных образцах: _в=37 кгс/мм² , =3%.

Сплавы АЛ4Д и АЛ2М являются термически упрочняемыми, поэтому высокие механические свойства этих сплавов могут быть получены только после закалки и искусственного старения.

Сплав АЛ11М разработан на основе стандартного сплава АЛ11 системы алюминий-цинк-кремний. Этот сплав дополнительно легирован титаном, цирконием, бериллием, медью, магнием и бором.

Следует отметить, что в оптическом приборостроении наиболее широкое применение получил сплав АЛ2. Из этого сплава льются детали, изготовляемые как литьем в землю, так и литьем под давлением. Применение этого сплава для литья под давлением не имеет убедительных оснований, так как основное его преимущество – высокая жидкотекучесть, теряется из-за специфики литья под давлением. Основные же недостатки – плохая обрабатываемость резанием, невысокие механические свойства, а особенно относительное удлинение. Не случайно, поэтому, в большинстве стран в качестве типовых сплавов для литья под давлением приняты сплавы типа: алюминий-кремний-медь, алюминий-магний.

Медь повышает предел прочности при растяжении, и что особенно важно в алюминиевых сплавах, повышает их твердость, жидкотекучесть, уменьшает склонность к образованию цветов побежалости, улучшая внешний вид отливки и их обрабатываемость.

4.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.

5.Сплавы на медной основе

Различают две основные группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком и бронзы – сплавы меди с другими элементами за исключением цинка. Обозначаются сплавы начальной буквой (Л – латунь, Бр – бронза), после чего следуют буквы основных элементов, например, О – олово, Ц – цинк, Мц – марганец, Ж – железо, Ф – фосфор и так далее. Цифры, следующие за буквой, указывают количество легирующих элементов. Например, ЛЖМц-59-1-1 – латунь, содержащая 59% Cu, 1%Fe, 1%Mn и остальное цинк; или Бр0Ф6,5-0,15 – бронза, содержащая 6,5% Sn, 0,15% P и остальное медь.

Медные сплавы имеют сравнительно высокие механические и антифрикционные свойства, хорошо противостоят коррозии (в среде морской воды, пара и так далее), сохраняют высокую пластичность при низких температурах. Они не магнитны, легко полируются и обрабатываются резанием, имеют удовлетворительные литейные свойства.

6.Титан и его сплавы

Титан – металл серебристо-белого цвета, обладает низкой теплопроводностью (в 13 раз меньше, чем у алюминия), низким модулем нормальной упругости, высоким электросопротивлением и значительной анизотропией некоторых физических свойств.

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.