1. Прогрессивные и перспективные технологии заготовительного производства и получения неразъемных соединений

1.1. Спрейное и центробежное спрейное литье

Литьем с распылением расплавленного металла (спрейное литье) по­лучают безволоконные металломатричные композиции, заготовки из сплавов на титановой основе, сталей, никелевых и медных сплавов. Этот способ предоставляет высокое качество литья. Процесс осуществляется в одну операцию, которая обеспечивает требуемую форму детали, гомо­генность материала, отсутствие макросегрегации и полную сплошность без традиционных литейных дефектов. Спрейное литье может выпол­няться в инертной газовой среде, например в аргоне, или вакууме. Базо­вая схема спрейного литья показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема спрейного литья

Подаваемый под высоким давлением нагретый инертный газ распы­ляет расплавленный металл и направляет поток капель к поверхности формы или охлаждаемому коллектору, перемещением которого произво­дится распределение материала. Современные машины спрейного литья обеспечивают хорошую фокусировку потока капель. В рабочей камере поддерживается постоянное давление, а газ из нее откачивается насосной системой и подается для повторного использования в распылитель. Рас­ход газа через распылитель обычно составляет 5,5 м³/мин. Повысить механические свойства полученных спрейным литьем заготовок можно газостатированием или раскаткой.

Основными преимуществами спрейного литья являются:

сравнительно низкая стоимость, низкая трудоемкость, высокая произ­водительность;

высокая химическая гомогенность заготовок, мелкозернистая струк­тура и высокие механические свойства материала. Сегрегация зерен от­сутствует или незначительна;

возможность получения заготовок из материалов, которые трудно или нельзя использовать при обычных способах литья, в частности из интерметаллидных сплавов, при низких литейных свойствах и др.;

возможность получения заготовок различной формы - плоских, ци­линдрических, фасонных, трубчатых, кольцевых и т.д.

Производительность литья на современном технологическом обору­довании составляет 50 ... 200 кг/мин. Сложные фасонные заготовки по­лучают на оборудовании, оснащенном устройствами ЧПУ, которые управляют, например, 5-координатным манипулятором, обеспечиваю­щим необходимые движения распыляющей головки относительно формы (рис. 2).

а) б)

Рис. 2. Спрейное литье трубчатой заготовки (а) и детали сложной формы (б)

При литье безволоконных металломатричных компози­ций одновременно с расплав­ленным материалом распы­ляется порошок. Титановое литье производят с плавлени­ем в индукционной печи и распылением в аргоне.

Одной из разновидностей спрейного литья является центробежное спрейное ли­тье, схема которого приве­дена на рис. 3.

Привод вращения чаши,

п = 0... 18000 об/мин

Рис. 3. Схема центробежного спрейного литья

По этой схеме струя расплава, па­дающая на быстро вращаю­щийся диск (чашу), распы­ляется за счет центробеж­ных сил, и ускоренные рас­плавленные капли перено­сятся к кольцевой поверхно­сти формы. Управление вер­тикальным перемещением обеспечивает равномерность осаждения металла или заданный закон осаждения для получения требуемой формы и размера внутренней по­верхности заготовки. Поскольку для распыления и переноса металла не требуется газ, процесс может выполняться в вакууме, что способствует повышению качества материала заготовки. Это особенно важно при ис­пользовании титановых и некоторых других активных металлов, способ­ных в значительных количествах растворять кислород и другие газы, снижающие механические свойства. По этой технологии можно получать заготовки дисков. В частности, в исследовательском центре NAVY по этой технологии получают диски с наружным диаметром 1100 мм и внутренним диаметром 700 мм. Эта технология считается весьма пер­спективной в производстве заготовок кольцевых деталей двигателей.