» » Особенности технологии производства фасонных отливок из медных сплавов
23.04.2015

Фасонные отливки из медных сплавов готовят всеми известными способами литья. Около 70—80 % отливок от общего выпуска получают литьем в разовые формы (песчаные, гипсовые, оболочковые, по выплавляемым моделям) и 20—30 % — литьем в многократные формы (в кокиль, под давлением, центробежное литье, жидкая штамповка).
Химический состав и механические свойства сплавов в отливках регламентируются ГОСТ 613—79; 493—79; 17711—80 и 4116—75. Размеры отливок и допуски на них должны соответствовать требованиям чертежа и ОСТ 141154—72. Отливки поставляются в литом состоянии без литников и прибылей в обрубленном и зачищенном виде. В них не допускаются трещины, газовая пористость и неслитины. В ряде случаев отливки поставляют в термообработанном состоянии.
Качество отливок и особенности технологии литья во многом определяются характером кристаллизации медных сплавов. По величине интервала кристаллизации медные сплавы делят на три группы. Первую группу составляют сплавы с узким (5—30 °С) интервалом кристаллизации — латуни ЛЦ40, высокопрочные латуни, алюминиевые бронзы. Во вторую группу входят оловянные и кремнистые бронзы с интервалом кристаллизации от 70 до 200 °С. В третью группу входят сплавы с промежуточным интервалом кристаллизации (30—70 °С) — латуни ЛЦ30, мельхиоры, нейзильберы, никелевые бронзы.
Сплавы с узким интервалом кристаллизации характеризуются образованием сосредоточенных усадочных раковин в тепловых узлах отливок и почти полным отсутствием усадочных пор. Поэтому при разработке технологии получения отливок из этих сплавов необходимо предусматривать установку больших прибылей для выведения раковин за пределы отливок.
Для сплавов с широким интервалом кристаллизации характерно образование рассеянной усадочной пористости. Плотные отливки из этой группы сплавов получить очень трудно, так как пропитка усадочной пористости с помощью прибылей малоэффективна или невозможна. Поэтому при разработке технологии изготовления отливок из сплавов этой группы предусматривают совмещение прибылей с выпорами (для оловянных бронз) или установку небольших прибылей (кремнистые бронзы) для подпитки массивных узлов.
В отливках из сплавов с промежуточным интервалом кристаллизации образуются дефекты в виде раковин и усадочной пористости. Поэтому для получения плотных отливок из этих сплавов необходимо устанавливать более развитые прибыли, чем для сплавов с широким интервалом кристаллизации.
Сплавь с узким интервалом кристаллизации менее склонны к образованию трещин при затрудненной усадке, чем сплавы с широким интервалом кристаллизации.
Все сплавы, за исключением латуней и нейзильберов, склонны к образованию газовой пористости, при этом в большей мере она проявляется в сплавах с широким интервалом кристаллизации. В отливках из алюминиевых бронз газовая пористость возникает при перегревах расплавов и при наличии в них примеси олова.
Все медные сплавы склонны к дендритной ликвации. В сплавах с широким интервалом кристаллизации дендритная ликвация проявляется сильнее, чем в сплавах с узким интервалом кристаллизации.
Высокооловянистые бронзы имеют сильно выраженную обратную ликвацию, проявляющуюся в выдавливании ликвата на поверхность отливок.
Алюминиевые бронзы и латуни, кремнистые и бериллиевые бронзы в отличие от других медных сплавов окисляются с образованием плотных окисных пленок, которые могут увлекаться расплавом в полости литейных форм.
Таким образом, получение качественных отливок из оловянных бронз связано с необходимостью предупреждения образования газовой пористости, создания условий для направленной кристаллизации и подавления усадочной пористости в массивных узлах отливок установкой прибылей и выпоров. При разработке технологии получения отливок из алюминиевых бронз и латуней, кремнистых и бериллиевых бронз наряду с размерной точностью основное внимание уделяют предотвращению образования завихрений и перепадов расплава в полости литейной формы, отделению шлаковых включений и пленок в литниковой системе и созданию направленной кристаллизации с питанием тепловых узлов массивными прибылями.
Литье в разовые формы

Состав и свойства типовых формовочных и стержневых смесей для изготовления отливок из медных сплавов приведены в табл. 37.
Литье в песчаные формы. Для изготовления форм при литье медных сплавов применяют смеси с более высокой прочностью в сыром и сухом состоянии, чем при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов. Необходимость этого вызывается опасностью размывания формы струей падающего металла и более высоким металлостатическим давлением на стенки формы, обусловленными большей плотностью медных расплавов. Необходимая прочность формовочных смесей обеспечивается повышенным содержанием глинистой составляющей и воды. Однако следует иметь в виду, что излишне большая прочность формовочных смесей является причиной возникновения поверхностных дефектов: ужимин на отливках, полученных в сухих формах, и отдулин на отливках, полученных в сырых формах.
Особенности технологии производства фасонных отливок из медных сплавов

Для увеличения податливости при высоких температурах и уменьшения расширения поверхностных слоев в состав формовочных смесей вместо части глины вводят опилки, а в качестве противопригарной добавки — мазут или каменноугольную пыль (до 1,5 %). С этой же целью формы красят графитовыми или тальковыми красками. Формовочные смеси для медных сплавов менее огнеупорны, чем смеси для чугуна и стали, и менее газопроницаемы, чем смеси для алюминиевых сплавов.
Отливки массой до 40 кг и толщиной стенок до 15 мм получают литьем в сырые формы. Для крупных и толстостенных отливок применяют сухие или подсушенные формы. Формы сушат в специальных сушильных печах при 300—350 °C (чтобы глина не потеряла связующую способность температура сушки не должна превышать 400 °C). Длительность сушки зависит от толщины стенок формы, влажности смеси, степени ее уплотнения и может достигать 6—40 ч. Поверхностную подсушку проводят на глубину 10—40 мм с помощью переносных сушил (газовых, ламп инфракрасного света) за 25—30 мин.
Технология изготовления, сушки и отделки стержней, выполняющих полости в отливках из медных сплавов, аналогична описанной ранее. Для изготовления стержней используют все виды связующих материалов (горячего и холодного твердения, твердеющих при сушке). При литье медных сплавов используют расширяющиеся литниковые системы с верхним, боковым, нижним и щелевым подводом металла. Выбор типа литниковой системы определяется свойствами сплавов.
Для оловянных и свинцовых бронз и латуней, марганцевых латуней и медноникелевых сплавов, не образующих прочных окисных пленок на поверхности расплавов, принимают простые литниковые системы без сложных шлакоулавливающих каналов. Основное требование к таким литниковым системам — обеспечение спокойного заполнения полости формы металлом. Для простых по конфигурации отливок из перечисленных выше сплавов (втулки, слитки) применяют верхние дождевые литниковые системы с подводом металла в прибыль (рис. 119). В тех случаях, когда прибыли отсутствуют, компенсация объемной усадки от температуры заливки до температуры солидуса сплава осуществляется литниковой системой. Питатели в таких системах имеют большую площадь сечения; металл в них должен кристаллизоваться после того, как закристаллизуется отливка. Литниковые системы с нижним и боковым рассредоточенным подводом металла применяют при изготовлении отливок сложной конфигурации.
Особенности технологии производства фасонных отливок из медных сплавов

Для сплавов, образующих при окислении плотные и прочные окисные пленки на поверхности расплавов (алюминиевые и кремнистые бронзы и латуни, бериллиевые бронзы), предусматривают применение развитых, сложных расширяющихся литниковых систем с нижним или сифонным подводом металла. Плавное без ударов и завихрений поступление металла в полость формы обеспечивается соотношением площадей литниковых каналов Fст: Fшл:ΣFлитн = 1:2:3.
Особенности технологии производства фасонных отливок из медных сплавов

Для отделения окисных пленок и шлаковых включений литниковые системы снабжают центробежными шлаковиками (рис. 120). Расплав в них вводят и выводят по касательной к боковой поверхности, что сообщает ему вращение вокруг оси шлаковика. Центробежная сила способствует скоплению неметаллических включений в центре шлаковика в зоне низкого давления, предотвращая попадание их в тело отливки. Для этой же цели в литниковые каналы устанавливают сетки (из стеклоткани или стержневой смеси), осуществляют заливку форм через зернистые (магнезитовые, фторидные) фильтры, усложняют литниковые системы введением шлаковыпоров и гидравлических затворов.
Предотвращение падения расплавов в полости формы с образованием завихрений осуществляют мерами, описанными ранее.
Для всех сплавов при проектировании литниковых систем, предусматривается обеспечение направленной кристаллизации отливок в сторону прибылей. Для этого широко применяют холодильники.
Минимальный объем прибыли может быть определен по упрощенной формуле Vп = kyVотл.
В практике литья медных сплавов применяют прибыли: прямые открытые, с обогревом экзотермическими смесями, закрытые сферические, с атмосферным и газовым давлением. Более высокая эффективность прибылей с газовым и атмосферным давлением позволяет уменьшать их объем по сравнению с объемом прямых открытых прибылей даже в случае обогрева последних экзотермическими смесями. Для определения размеров прибылей рекомендуют следующие соотношения
Особенности технологии производства фасонных отливок из медных сплавов

Здесь Dy — диаметр окружности, вписанной в тепловой узел; Dп — диаметр окружности, вписанной в основание прибыли; Dп.в — верхний диаметр прибыли; Hп — высота открытой прибыли; Hп.з — высота закрытой прибыли.
Литье в гипсовые, цементные и оболочковые формы применяют для изготовления отливок с повышенной чистотой поверхности. Для изготовления форм используют смеси, незначительно отличающиеся по составу от смесей для алюминиевых сплавов. Применяют расширяющиеся литниковые системы со всеми видами подвода металла (верхний, нижний, боковой) в тонкие части отливок.
Литье по выплавляемым моделям используют для изготовления мелких, сложных, тонкостенных отливок из латуней. По составу модельных масс и огнеупорных покрытий, литниковым системам и технологии изготовления моделей и форм медные сплавы имеют много общего с алюминиевыми сплавами. Диаметр стояка рекомендуется принимать равным 25—40 мм, а расстояние между моделями — не менее 4—6 мм. Питание отливок осуществляют обычно через литниковые каналы больших сечений или от прибылей. Применяют литниковые системы с верхним, нижним, боковым и комбинированным подводом металла (рис. 121). Для предотвращения недоливов заливку ведут в нагретые (600—800 °С) формы. Керамические стержни удаляют на вибрационных установках или выдержкой отливок в растворе щелочи при 80—90 °С.
Особенности технологии производства фасонных отливок из медных сплавов

Максимальная скорость заливки медных сплавов в разовые формы составляет: для крупных форм 12—18 м/с, для мелких форм 5—8 м/с. Заливку ведут при 1000—1200 °С Высокая температура заливки необходима для получения крупного зерна и высоких механических свойств.
Длительность охлаждения отливок в форме, определяемая их массой и наличием массивных узлов, составляет 20—30 мин для мелких и несколько суток для крупных отливок. Выбивку форм производят после охлаждения отливок до 350— 500 °C.
Литье в формы многократного использования

Из этой группы способов при литье медных сплавов наибольшее применение получили литье в кокиль и центробежное литье; реже применяются литье под давлением и жидкая штамповка
Литье в кокиль. Литьем в кокиль изготавливают отливки сложной конфигурации преимущественно из сплавов с узким интервалом кристаллизации (латуни, алюминиевые бронзы), так как они менее склонны к образованию трещин при затрудненной усадке, чем сплавы с широким интервалом кристаплизации. Простые же по форме отливки (слитки, втулки с песчаным стержнем, заготовки под шестерни и др.) можно отливать из любых медных сплавов.
Кокили изготавливают из чугуна, а металлические стержни из стали. Для увеличения срока службы форм и стержней их охлаждают водой. Сложные полости в отливках выполняют песчаными стержнями. По конструкции механизмов разъема, выталкивания отливок и устройству вентиляционных каналов кокили для медных сплавов аналогичны кокилям для легких сплавов.
Заливку металла ведут в нагретые до 350—400 °C формы. Чтобы облегчать извлечение отливок и для охлаждения рабочей поверхности, полость формы перед заливкой смазывают суспензией машинного масла с 6 % графита. Так же как и при литье в разовые формы, для изготовления отливок из алюминиевых и кремнистых бронз и латуней применяют расширяющиеся литниковые системы с нижним или боковым подводом металла, обеспечивающие спокойное заполнение кокилей; для сплавов, не образующих окисных пленок, используют литниковые системы с верхним подводом металла или осуществляют заливку через прибыль.
При разработке технологии основное внимание уделяют созданию направленной кристаллизации отливок. Для этого используют весь арсенал средств, описанный ранее. В целях снижения величины усадочных напряжений в отливках их извлекают из металлических форм сразу же после приобретения ими достаточной механической прочности (при 500—600 °C).
Литье под давлением. Литьем под давлением изготавливают отливки средней сложности преимущественно из латуней ЛЦ40С и ЛЦ16К4. Алюминиевые бронзы и латуни используют для этого значительно реже. Для литья используют пресс-формы со вставными матрицами, для изготовления которых применяют малолегированные хромомолибденовые стали. Из этих же сталей изготавливают и пуансоны. Сменные матрицы и пуансоны выдерживают 10—12 тыс. заливов при толщине стенок отливок 0,8— 1,2 мм и до 5 тыс. заливов при толщине стенок 2—10 мм. Камеры сжатия, стержни, выталкиватели и элементы литниковой системы изготавливают из стали с 9 % W. Камера сжатия из этой стали выдерживает 10—15 тыс. заливов.
Перед началом литья пресс-формы подогревают до 200—250 °C, а стержни — до 250—300 С. При установившемся режиме литья рабочая поверхность пресс-формы после извлечения отливки должна иметь температуру не ниже 350—400 °С. Охлаждение матриц осуществляют холодной (20 °С) водой, а стержней — теплой (30—40 °С).
В процесс литья пресс-форму смазывают графитовой или силиконовой водной суспензией для охлаждения рабочей поверхности и облегчения извлечения отливок.
Для литья используют машины с холодной камерой прессования и удельным давлением прессования 88,3—98,1 МПа для тонкостенных отливок (0,8—1,1 мм) и 39—49 МПа — для толстостенных (3—4 мм). Заливку латуней ведут при 900—1020 °С, если изготавливают тонкостенные отливки, и кашеобразным металлом (850—900 °C) при изготовлении толстостенных отливок. В процессе литья на рабочей поверхности формы осаждается окись цинка. Поэтому периодически пресс-формы очищают в пескоструйных камерах.
Выполнение полостей при литье под давлением осуществляется с помощью металлических стержней. Однако сложные полости с большими поднутрениями выполнить при помощи металлических стержней невозможно. Известны попытки выполнения сложных полостей с помощью песчаных стержней, обладающих повышенной прочностью. Такие стержни можно получать из смесей с термореактивными смолами, а для предотвращения механического пригара (пропитки металлом) подвергать окраске жидкостекольной краской на основе цирконовой муки. Опробование показало, что стержни не разрушаются при заполнении пресс-форм металлом и хорошо удаляются из отливок при выбивке на вибрационных установках или растворяются при выдержке в водном растворе щелочи (1:2) пои 90 °С. Отливки извлекают из пресс-форм при 500—550 °С.
Обрубка, очистка, термическая обработка и контроль качества отливок

По сравнению с алюминиевыми медные сплавы обладают большими прочностью, теплопроводностью, вязкостью и пластичностью. Поэтому для отделения литников и прибылей нельзя использовать газовую резку и применять ленточные пилы. Литники и прибыли обрезают обычно на фрезерных станках или дисковых пилах. В цехах же литья под давлением для удаления литников используют обрубные прессы. Для обрубки отливок широко используют пневматические зубила и залистные станки с корундовыми абразивами.
Поверхность отливок очищают в гидропескоструйных камерах или галтовочных барабанах. Для этого используют также дробеструйные камеры, но с обязательной заменой чугунной дроби на алюминиевую.
Отливки большинства сплавов перед сдачей заказчику не подвергают термической обработке. В ряде же случаев для снятия остаточных термических напряжений отливки отжигают. Для отливок из оловянных бронз отжиг ведут при 650—800 °С с выдержкой в течение 2—2,5 ч и охлаждением с печью до 300—350 °С. Отливки из кремнистой латуни отжигают при 750—760 °C с выдержкой в течение 1,5—2 ч и охлаждением с печью до 250—300 °С. Отливки из сложнолегированных медноникелевых сплавов подвергают упрочняющей термической обработке — закалке с 850—900 °C и отпуску при 400—500 °С в течение 10—12 ч.