Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В процессе кристаллизации под давлением скорость охлаждения металла имеет различные значения до поступления давления на металл и после его поступления.
В начале процесса скорость охлаждения определяет момент подачи прессующего пуансона; в этот период скорость охлаждения не должна быть большой, чтобы можно было сообщить давление металлу до начала его затвердевания или в начальный период затвердевания.
Скорость затвердевания металла около стенок изложницы в свободном состоянии, т. е. до поступления давления, определяемая путем опрокидывания изложницы с залитым металлом, показана в табл. 45.
Для установки надставного прессующего пуансона на металл вручную с последующей подачей поршня пресса требуется не более 5 сек. Из данных, приведенных в табл. 45, видно, что после выдержки металла в течение указанного отрезка времени он остается в жидком состоянии в сердцевине и в полужидком состоянии около стенок изложницы. Это дает возможность при правильном подборе температур своевременно произвести прессование металла.
При изготовлении слитков малых диаметров (15—30 мм) или при отливке фасонных деталей, когда кристаллизация происходит очень быстро, необходимо путем механизации процесса обеспечить подачу поршневого давления сейчас же после заполнения формы.
С момента поступления на металл прессующего пуансона скорость охлаждения значительно увеличивается. При прессовании металл плотно прижимается к стенкам изложницы.
Скорость кристаллизации К при обычном литье определяется по формуле
где х — средняя толщина стенки в см/мин;
t — продолжительность в мин.; для слитка диаметром 100 мм при скорости кристаллизации в 2,5 см/мин
При кристаллизации под давлением t не превышает 1,5 мин., т. е, она будет в 2,5 раза меньше. Это подтверждается следующим примером. Слиток в 125 мм из бронзы БрАЖМц10-3-1,5 при литье с кристаллизацией под давлением выдается из формы через 2 мин. в твердом состоянии.
При необходимости выдачи из формы металла через 3 мин. без приложения давления (в связи с порчей насоса) металл выливается из изложницы, на стенках которой остается полузатвердевший слой толщиной около 25 мм.
В условиях обычного литья тесное соприкосновение металла с изложницей (без воздушной прослойки) может привести к значительному ее износу. Ho так как в данном случае металл охлаждается с весьма большой скоростью и затвердевание заготовки происходит при приращении толщины, доходящем до 50 мм/мин, то общая продолжительность затвердевания, включая время, необходимое для принудительного заполнения всех усадочных полостей, в несколько раз меньше, чем при затвердевании в свободном состоянии. Это дает возможность увеличить производительность, значительно сократить время нахождения металла в изложнице и уменьшить благодаря этому ее износ.
Скорость охлаждения заготовок имеет весьма большое значение для получения сплавов с высокими механическими свойствами.
Поскольку при применении кристаллизации под давлением создаются особенно благоприятные условия для быстрого охлаждения металла, то этот побочный фактор наравне с давлением, а иногда и в более значительной степени способствует получению сплавов с мелкозернистой структурой с повышенными механическими свойствами. Однако не все сплавы в равной степени улучшают эти свойства.
Большая скорость охлаждения особенно эффективна для сплавов, содержащих хрупкие фазы, которые в этих условиях охлаждения затвердевают в виде более мелких кристаллов.
Согласно классификации И.Е. Горшкова эти сплавы разделяются на три группы, по-разному реагирующие на величину скорости охлаждения в зависимости от количества переводимых в твердый раствор хрупких составляющих при пластической и термической обработке.
К первой группе относятся сплавы, в которых под влиянием пластической и термической обработки в твердый раствор может быть переведено почти все количество хрупких составляющих (например, алюминиевый сплав АЛ8, содержащий 10% Mg).
Эти сплавы в литом состоянии при быстром охлаждении в процессе кристаллизации под давлением хотя и увеличивают значительно свою прочность, но не достигают той пластичности, которая приобретается ими после термической обработки.
Для указанной группы сплавов для получения высокой плотности в сочетании с высокими прочностью и пластичностью целесообразна термическая обработка заготовок, изготовленных методом кристаллизации под давлением.
Для сплавов второй группы под влиянием пластической и термической обработки только часть хрупких составляющих может быть переведена в твердый раствор; значительное количество хрупких составляющих при этом остается в свободном состоянии после указанной обработки. К этой группе относится большинство сплавов типа дуралюмин, содержащих медь, магний, марганец и кремний.
К третьей группе принадлежат сплавы, имеющие хрупкие включения в большом количестве, но в отличие от сплавов предыдущей группы практически не переходящие в твердый раствор под влиянием термической обработки.
Для последних двух групп сплавов в случае применения высокой скорости охлаждения механические свойства в литом состоянии могут быть получены более высокие, чем после пластической и термической обработок из слитка, который кристаллизовался при меньших скоростях охлаждения.
Опыты автора с получением слитков диаметром 50 мм из дуралюмина марок Д1 и Д6 показали, что слитки литые с применением метода кристаллизации под давлением, обладали механическими свойствами, не уступающими в среднем дуралюминам этих же марок, подвергнутым пластической обработке, закалке и естественному старению (табл. 51).
