Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В зависимости от объема приемо-сдаточных испытаний ОСТ 190060—72 предусмотрено деление отливок из титановых сплавов на две группы II и III.
К группе II относят отливки, механические свойства которых (σв, σ0,2, δ, ψ, ан) определяют на образцах от каждой плавки. Каждая отливка этой группы проходит рентгеновский контроль. К группе III относят отливки, не подвергающиеся рентгеновскому контролю. Контроль же механических свойств (σв, δ, ψ, ан) производят от сменной выплавки каждого плавильно-заливочного агрегата при переплавке одной партии электродов.
Химический состав сплавов в отливках должен соответствовать ОСТ 190030—71. Механические свойства отливок должны удовлетворять требованиям ОСТ 190060—72. Размеры отливок и допуски на них должны соответствовать требованиям чертежа с учетом требований ОСТ 141154—72. Отливки поставляются в литом состоянии без литников и прибылей, в обрубленном и зачищенном виде. В них не допускаются трещины, рыхлоты и неслитины, выходящие на поверхность с обеих сторон отливки. Число допустимых дефектов, их площадь и глубина на обработанной поверхности должны соответствовать требованиям ОСТ 190060—72.
Изготовление фасонных отливок из титановых сплавов сопряжено с рядом трудностей.
1. Высокая химическая активность расплавов предопределяет необходимость заливки форм в вакууме. Отсутствие воздушного давления усугубляет возможность возникновения в отливках усадочной рыхлоты и пористости.
2. Высокие температуры заливки и химическая активность титановых расплавов делают непригодными традиционные материалы форм и стержней. Взаимодействие расплавов с оксидами вызывает образование недопустимого пригара или загорание отливок
3. Современные конструкции плавильных печей не обеспечивают необходимый уровень перегрева больших объемов титановых расплавов, что не позволяет отливать тонкостенные (2—4 мм) отливки.
Основной способ производства фасонных отливок из титановых сплавов — литье в разовые высокоогнеупорные набивные и керамические формы. Отливки простой конфигурации можно изготавливать литьем в металлические и графитовые кокили, стойкость которых не превышает, однако, 50—60 заливов. Доля отливок, получаемых литьем в набивные формы, составляет 70—80 % от общего выпуска.
Схема технологического процесса при литье в разовые формы приведена на рис. 114.
Для изготовления литейных форм можно использовать смеси на основе плавленого оксида алюминия (электрокорунд), магнезита, диоксидов циркония и графита. В практике отечественного производства наиболее широкое применение получили магнезитовые и графитовые смеси.
Основой магнезитовой смеси является порошок металлургического магнезита определенного фракционного состава. В качестве связующего используют этилсиликат, жидкое стекло или растворы азотнокислых солей В последние годы для этих целей с успехом используют каустический магнезит. Твердение смесей происходит в результате цементирующего действия тонкодисперсных окислов, выделяющихся в процессе гидратации связующего, и последующей сушки стержней и форм.
Для приготовления графитовых смесей используют графитовые порошки определенного гранулометрического состава (основа фракции 0315, 02, 016) и смолы (фенольнобаритовая, фурановая, смола Б — бакелитовый лак) с высоким коксовым числом. Связующие смолы вводят в количестве 20—35 % от массы графитового порошка. Твердение таких смесей осуществляется в результате полимеризации смол при нагреве до 250—300 °С в течение 1,5—2 мин или при комнатной температуре, если в состав формовочной смеси вводят катализаторы (ортофосфорную или соляную кислоту).
Для получения необходимой однородности время смешения формовочных смесей принимается значительно большим, чем при приготовлении обычных песчано-глинистых смесей. В частности, перемешивание основы смеси со связующим может продолжаться в течение 20 30 мин. Перед употреблением смесь вылеживается в течение нескольких часов в бункерах под влажной мешковиной.
Для придания необходимой точности и прочности литейные формы собирают из стержней или применяют безопочную формовку.
Стержни и формы готовят по металлической или деревянной модельно-стержневой оснастке. Уплотняют смеси трамбовкой или прессованием Формы и стержни, изготовленные из графитовых смесей с удельным давлением 0,5—1 МПа, не содержащих катализаторов, для получения необходимой прочности нагревают до 300 С в специальных печах и выдерживают в течение 10—15 мин. После этого их подвергают высокотемпературному обжигу в восстановительной атмосфере, создаваемой газами, выделяющимися при коксовании связующего. Для предотвращения окисления стержней и форм обжиг проводят в герметичных контейнерах из жаростойкой стали. Режим обжига: нагрев до 450—700 °C и выдержка 2—3 ч, затем нагрев до 950—1000 °С, выдержка 4—5 ч. После этого контейнеры со стержнями извлекают из печей и охлаждают в специальных камерах в атмосфере аргона. Графитовые стержни (формы), изготовленные из смесей, содержащих катализаторы, подвергают только высокотемпературному обжигу. Во время обжига при 500—700 °С происходит сухая перегонка смол с образованием твердого кокса, состоящего из углерода и зольного остатка, и большого количества восстановительных газов (смесь водорода с углеводородами и оксидом углерода).
Прочность обожженных стержней достигает 3 МПа на разрыв и 30 МПа на сжатие.
Стержни и формы из магнезитовых смесей обжигают на воздухе в электрических печах при 900—1000 °С. Охлаждение их до 200 С ведут вместе с печью (медленно), а затем на воздухе.
Технология изготовления графитовых керамических форм по выплавляемым моделям и оболочковых форм отличается от аналогичных процессов, описанных ранее, только особенностями и свойствами применяемых материалов.
Для изготовления графитовых форм по выплавляемым моделям в качестве связующего используют растворы полимеризующихся смол, твердение которых производится с помощью катализаторов или нагрева.
В состав суспензии для нанесения огнеупорного покрытия входит пылевидный графит (величина зерна 0,063 мм), смола, растворитель и катализатор. Обсыпку блоков осуществляют графитовым порошком с величиной частиц 0,06—0,1 мм для первого и второго слоев и 0,32—0,63 мм для последующих слоев.
Оболочковые формы по горячей модельной оснастке изготавливают из смеси, состоящей из графитового порошка (основная фракция 0,315 и 0,2 мм) и 25—30 % пульвербакелита или другой фенолальдегидной смолы.
Графитовые керамические и оболочковые формы подвергают такому же обжигу, как и набивные стержни и формы.
Основная задача при проектировании технологии изготовления отливок из титановых сплавов — обеспечить заполнение тонких полостей литейной формы и хорошее питание массивных узлов. Это достигается литниковой системой, обеспечивающей поступление металла в полость формы со скоростью не менее 10—30 кг/с при минимальных потерях тепла. Движение металла в литниковых каналах и в полости формы должно осуществляться компактным потоком без разбрызгивания, пульсации и разрыва струи.
Для стационарно заливки форм применяют расширяющиеся литниковые системы с нижним и боковым (щелевым) подводом металла. Обеспечения необходимого расхода достигают установлением площадей сечения литниковых каналов на 20—30% большими, чем при литье углеродистой стали, и соотношением Fст:Fшл:Fлитн = 1:3:4 или 1:2:2,5. Толщина питателя принимается не менее 6—8 мм при минимальной (но не менее 15 мм) длине.
С целью уменьшения потерь тепла литниковые каналы должны быть по возможности короткими, а их сечения — круглыми или близкими по конфигурации к квадрату.
Для обеспечения питания применяют развитую систему прибылей, установленных на всех тепловых узлах. Диаметр основания прибыли при литье в металлические и графитовые кокили должен быть не менее удвоенной толщины питаемого узла, при литье в набивные формы — 2,5 толщины, а при заливке в оболочковые формы — 3 толщины. Высота прибылей обычно не превышает удвоенной высоты питаемого узла.
Стационарная заливка не обеспечивает необходимой плотности ответственных отливок. Поэтому в практике работы отечественных заводов используется в основном центробежная заливка, позволяющая снизить брак по рыхлотам и порам и улучшить заполнение тонких полостей. Для центробежной заливки используют литниковые системы, построенные по принципу сифонного заполнения формы (рис. 115). Они имеют вертикальные и горизонтальные каналы, расположенные в плоскости разъема формы, и питатели с подводом металла к тонким сечениям. Для обеспечения надлежащего питания с использованием центробежной силы отливки в форме располагают таким образом, чтобы массивные части их и прибыли находились со стороны оси вращения. Прибыли необходимо располагать горизонтально или под небольшим углом к горизонту. При этом любой питаемый узел должен отстоять от оси вращения дальше, чем прибыль.
Для уменьшения расхода металла на литниковую систему и увеличения производительности плавильно-заливочных агрегатов формы малой металлоемкости заливают из общего стояка. Для этого собранные и скрепленные стальными болтами формы устанавливают вокруг стояка в контейнере. Выходные отверстия стояка соединяют с горизонтальными литниковыми каналами форм графитовыми втулками. Формы закрепляют; пространство между ними и стояком заполняют полыми шарами диаметром 25—30 мм из алюминиевых сплавов. Сверху контейнер закрывают стальной крышкой с отверстием для стояка. Собранный контейнер устанавливают и закрепляют на столе центробежной машины внутри плавильно-заливочного агрегата.
В зависимости от габаритов и толщины отливок и величины выбранного коэффициента утяжеления рассчитывают необходимую скорость вращения стола центробежной машины. При выбранной скорости вращения форма должна располагаться относительно оси вращения таким образом, чтобы линия свободной поверхности металла (параболоид), соответствующая этой скорости, не пересекала тела отливки и была выше ее.
Вращающаяся форма заполняется металлом направленно от наиболее удаленных частей отливки к центру вращения. Перепад давлений, возникающий в слое металла, способствует всплыванию неметаллических включений и газовых пузырьков и удалению их в прибыль. Повышенное давление уменьшает вероятность зарождения и развития таких пузырьков. Оптимальные скорости вращения при диаметре стола 1000 мм 200—250 об/мин. Вращение стола центробежной машины должно продолжаться до полного затвердевания отливки. Формы охлаждают в плавильно-разливочных агрегатах до достижения отливками 300—350 С, затем их извлекают и выбивают.
Литники и прибыли отделяют ацетилено-кислородной, механической или анодно-механической резкой. Отливки подвергают дробеструйной или пескоструйной обработке с использованием корунда вместо песка, обрубке и черновой механической обработке.
Контроль качества отливок осуществляют рентгенопросвечиванием, гидравлическими испытаниями, разметкой. Для исправления дефектов широко используют аргоно-дуговую сварку.