14 Кристаллизация под давлением и штамповка из расплавов
Процессы кристаллизации под давленим и штамповки из расплава позволяют в значительной мере компенсировать усадку расплава при кристализации благодаря уменьшению объема полости формы. Расплав заливают в неразъемную или разъемную форму, достаточно прочную, чтобы выдержать давление, передаваемое на отливку поршнем (рисунок 3.11, а).
В процессах приложения высоких давлений (до 30 МПа и более) и перемещения поршня вследствие пластических деформаций кристализующейся корочки происходит уменьшение объема полости формы. В результате расплав поступает в образующиеся усадочные поры, рыхлоты и питает кристаллизующуюся отливку. Под действием внешнего давления растворенные в расплаве газы практически не выделяются из раствора. Высокие скорости кристализации расплава в металлической форме благодаря отсутствии зазора между стенками отливки и формы способствуют измельчению структуры. Эти особенности формирования позволяют получить плотные, без усадочных дефектов литые заготовки, обладающие высокой прочностью, большим в 2-4 раза, чем отливки в песчанные формы, относительным удлинением, высокой ударной вязкостью. Отливки, полученные кристаллизацией под поршневым давлением, обладают механическими свойствами, одинаковыми с поковками.
Важным преимуществом этого процесса является также отсутствие расхода металла на литники и прибыли.
Кристаллизацию под давлением поршня применяют для изготовления слитков, фасонных отливок с толщиной стенок до 8 мм из медных, алюминиевых, цинковых сплавов, чугуна, стали.
В методе штамповки из расплава (рисунок 3.11, б, в) совмещены, по существу, два метода - заполнение формы выжиманием и кристаллизация под давлением. Расплав заливают в разъемную металлическую форму до определенного уровня и затем погружают пуансон в расплав, который выжимает его в полость формы. Давление на пуансон используется для уплотнения кристаллизующейся отливки и заполнения формы.
Метод штамповки из расплава используют для получения отливок с открытой полостью или отверстием и сложными наружными очертаниями. В зависимости от конфигурации отливок штамповку из расплава выполняют в закрытой или открытой пресс-форме. Это, как и точность дозирования расплава, влияет на точность отливок. При штамповке в закрытой форме отливки имеют разную толщину дна; в открытой форме все внутренние продольные размеры могут быть неточными, вплоть до незаполнения формы.
Скорость опускания пуансона при штамповке из расплава должна быть не более 0,5 м/с. Высокие скорости прессования приводят к замешиванию воздуха, находящегося между зеркалом расплава в матрице и пуансоном. Продолжительность выдержки под давлением зависит от длительности затвердевания отливки, которая может быть определена по известным зависимостям.
Штамповку выдавливанием жидкого металла применяют для получения фасонных деталей с полостями толщиной стенок 2-100 мм. Наиболее целесообразно выдавливанием изготавливать детали с центральными отверстиями диаметром до 90 и толщиной стенок до 7 мм.Точность заготовок по 11-14-му квалитетам, параметр шероховатости поверхности Ra = 2,5... 1,25 мкм. Коэффициент использования металла достигает 0,9-0,93,выход годного - 0,9 и более. К недостаткам процесса можно отнести низкий срок службы форм, а также сложность точной дозировки жидкого металла.