» » Физические свойства сплавов и влияние давления на их механические свойства
24.04.2015

В настоящем разделе рассматривается влияние физических свойств сплавов и их химического состава на ход процесса штамповки жидкого металла, а также влияние процесса на структуру и механические характеристики различных цветных сплавов.
Производственный опыт работы по штамповке жидкого металла показывает, что всем заготовкам при удельном давлении 300—400 кг/см2 (т. е. минимальном для правильного хода процесса) свойственна макроструктура литого в металлические формы металла с измельченной структурой (см. фиг. 212); ярко выраженных следов пластической деформации не наблюдается, за исключением волокнистого строения вокруг пуансона.
При применении соответствующих высоких удельных давлений пластические деформации ярко выражены.
Заготовки изготовлялись из литейных сплавов: медных (латуни Л62 и ЛК80-3, бронз оловянных разных марок, бронзы кремнистой), алюминиевых (силумин) первичных и вторичных (типа силумин, содержащих от 5 до 12% Si и до 3% Cu) и алюминиево-магниевых (содержащих от 5 до 10% Mg). Отливка производилась также из различных безоловянистых медных сплавов, относящихся к классу обрабатываемых давлением (деформируемых — алюминиевых бронз типа БрА10, БрАЖ9-4 и т. п. марганцовой латуни — ЛМцА57-3-1 и алюминиевой железо-марганцовистой бронзы БрАЖМц10-3-1,5).
Ряд чистых металлов, как, например, красная медь и алюминий, как известно, не обладают литейными свойствами и непригодны для отливки из них сложных и фасонных деталей. При изготовлении из этих металлов фасонных заготовок методом штамповки жидкого металла получены очень хорошие результаты.
Пример изготовления деталей из чистого алюминия показан на фиг. 206. В результате полирования была получена блестящая поверхность, отличающаяся стойкостью в продолжение длительного периода времени, что дало возможность широко использовать штамповку жидкого металла для деталей пищевой аппаратуры, например, доильных аппаратов, посуды и т. п.
Все сплавы той и другой группы, а также металлы хороша заполняют формы, не выявляя (при соблюдении правильной технологии) литейных пороков.
Таким образом, следует считать, что для штамповки жидкого металла могут быть применены как литейные сплавы, так и сплавы, обрабатываемые давлением, а также чистые металлы.
При получении плотных заготовок они могут подвергаться термической обработке без опасения вздутия спрессованных воздушных включений. Это дает возможность применить процесс для сплавов, механические свойства которых значительно повышаются в результате термической обработки (сплавы АЛ8, дуралюмин и т. п.).
Взаимодействие между сплавами и металлической формой определяется физическими свойствами сплава и не зависит от температуры заливаемого сплава:
1) Высокооловянные бронзы типа ОФ10-1 при высоком нагреве формы налипают к ней и загрязняют ее оловянными выпотами, причем этот дефект не ликвидируется при смазке формы.
Это объясняется условиями кристаллизации сплава, когда наружные слои отливки, состоящие из дендритов, образуются при температуре на 200° выше точки окончательного затвердевания; плотное заполнение промежутков получается только в местах ускоренного охлаждения, т. е. по периферии отливки; в центральной же зоне между дендритами остаются незаполненные поры.
Под действием давления легкоплавкая составляющая, затвердевающая позже, проталкивается через каркас из дендритов и выходит на периферию в виде выпотов. Штамповка из жидкой высокооловянистой бронзы дает положительные результаты при припуске на механическую обработку не менее 1—1,5 мм на сторону.
В малооловянных бронзах типа ОЦС6-6-3 и ОЦС5-5-5 выпоты не наблюдаются.
2) Сплавы, содержащие в виде механической смеси большое количество свинца, например, бронза марки БрОС5-25 или медный сплав для уплотнительных колец, содержащий до 60% Pb, имеют свойство расслаиваться по удельному весу. При штамповке жидкого металла благодаря быстрому затвердеванию, а главное благодаря действию давления расслаивание не наблюдается.
Алюминиевые бронзы дают без применения смазок чистую поверхность, к форме не прилипают, а следовательно, обеспечивают их малый износ. Это объясняется образованием стойких пленок окись алюминия, расплющиваемых под давлением в тончайшую оболочку, являющуюся прослойкой между металлом и формой.
Латуни (как обычные, так и специальные) к форме не прилипают, но с течением времени образуют на стенках формы белый налет окиси цинка. При изготовлении несложных деталей, когда этот налет по мере его утолщения не влияет на точность размеров деталей, он может быть использован в качестве смазки, предохраняющей форму от износа.
В случае необходимости налет окиси цинка может быть удален травлением в соляной кислоте с последующей промывкой водой.
Если в форме образуется нагар, то для его удаления применяется 40%-ный раствор хлористого цинка, который следует наносить на форму кистью. После этого необходимо форму тщательно промыть.
Алюминиевые сплавы к форме не прилипают и дают чистую поверхность деталей.
При изготовлении методом штамповки жидкого металла деталей из сплавов типа силумин получается структура, приближающаяся к модифицированной. В этом случае роль модификатора играет давление во время заполнения и затвердевания.
Алюминиевые сплавы с содержанием кремния до 5% и меди до 3% склонны при затрудненной усадке на металлических стержнях к образованию усадочных трещин.
При штамповке жидкого металла трещин не наблюдается, так как пластичность сплава понижается меньше, чем в литье под давлением. Это дает возможность шире применять вторичные алюминиевые сплавы.
При литье под давлением у ряда стандартных сплавов, например, у марганцевой латуни марки ЛМцА57-3-1, образуются трещины при затрудненной усадке на металлических стержнях и пуансонах. Это объясняется у некоторых сплавов значительным снижением относительного удлинения при увеличении предела прочности в холодном состоянии. У некоторых сплавов причиной образования трещин является значительное уменьшение при высоких температурах предела прочности при сохранении удлинения неизменным (например, для латуней при 650° предел прочности падает до 2 кг/мм2, а удлинение, равное 25%, остается без изменения).
При штамповке жидкого металла сплавы испытывают значительно меньшие напряжения, благодаря чему не появляются трещины на деталях.
Все стандартные сплавы оказались пригодными для штамповки жидкого металла без внесения каких-либо коррективов в их состав. Отливка из сплава ЛМцА57-3-1 шла бесперебойно при полном отсутствии трещин.
Механические свойства сплавов при штамповке жидкого металла зависят от ряда факторов, из которых главными являются удельное давление, скорость движения и затвердевания металла. При применении малых удельных давлений (порядка 300—600 кг/см2) механические свойства мало изменяются. Определение механических свойств заготовок из марганцовистых латуней и алюминиевых бронз показало, что предел прочности сплавов увеличивается незначительно, он примерно на 10—15% выше, чем при литье в металлическую форму без применения давления. Удлинение незначительно падает у сплавов, относящихся к классу деформируемых, отличающихся очень высоким удлинением. У сплавов типа силумин, в отличие от литья под давлением, удлинение немного увеличивается по сравнению с обычным литьем в металлические формы.
При применении указанных выше давлений и высоких скоростей прессования в сочетании с тонкостенностью деталей значительно увеличивается скорость затвердевания, что способствует увеличению предела прочности и уменьшению удлинения.
При изготовлении деталей, имеющих антифрикционное назначение, падение относительного удлинения в марганцовых латунях и алюминиевых бронзах является положительным фактором, ибо эти сплавы, изготовленные в условиях обычного литья, подвергаются термической обработке для снижения удлинения, вызывающего «намазывание» на вал.
При значительном повышении удельного давления, когда формообразование осуществляется в результате пластических деформаций, уменьшается микропористость и измельчается структура, что способствует повышению механических свойств сплавов.
Испытания механических свойств корпусов из силумина производились на плоских образцах, вырезанных из тела отливки.
При удельном давлении свыше 1500 кг/см2 предел прочности силумина достигает 35—37 кг/см2 при относительном удлинении от 4 до 6%.
Большое удельное давление также значительно способствует улучшению чистоты поверхности заготовок, что достигается путем деформации кристаллической корочки, образовавшейся до подачи давления.
При изготовлении тонкостенных деталей с глубокими полостями выдавливание металла к концу операции уподобляется обратному истечению, при котором чистота поверхности доходит до 11-го класса чистоты (11).