Равномерное распределение вводимых частиц является обязатель­ ным условием получения качественных отливок. Это условие выполня­ ется при введении модификаторов в виде прессованных порошков - ли­ гатур на никелевой основе

6.5.3. Высокотемпературная обработка расплава

Для высокотемпературной обработки расплава при температуре 1600 °С в рабочее пространство печи вводится аргон до давления 110~3 Па (75 мм рт. ст.). Это позволяет предотвратить испарение элементов сплава. Расплав перегревается до температур 1720-1850 °С и выдержи­ вается в течение 1-20 минут. При этом происходит разложение нитри­ дов и карбонитридов, присутствие которых ухудшает механические свойства сплава. Содержание азота в сплаве существенно снижается, а массовая доля регламентируемых элементов в сплаве соответствует нормам.

После высокотемпературной обработки расплава уменьшается структурная неоднородность сплава - упрочняющая у'-фаза приобрета­ ет более правильную форму и равномерно распределяется по сечениям дендритов. Карбиды измельчаются и приобретают глобулярную форму.

В Результате высокотемпературной обработки незначительно по­ вышается временное сопротивление разрыву и существенно увеличи­ ваются относительное удлинение и длительная прочность расплава.

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТОНКОСТЕННЫХ ГАБАРИТНЫХ

ОТЛИВОК

Литниково-питающая система (ЛПС) обеспечивает заполнение литей­ ной формы металлом с оптимальной скоростью, исключающей образова­ ние в отливке недоливов и неметаллических включений, и компенсацию объемной усадки в период затвердевания отливки с получением в ней ме­ талла заданной плотности. ЛПС должна удовлетворять требованиям тех­ нологичности при изготовлении модельных блоков, форм, отливок. При этом необходимо стремиться к созданию компактных ЛПС.

Конкретная литая деталь представляет собой оригинальную конст­ рукцию, что приводит к необходимости создания самостоятельной ЛПС для каждой отливки. Вместе с тем литые детали имеют много общего в размерах стенок, тепловых узлов, их сочленений, благодаря чему появля­ ется возможность для их типизации. ЛПС при литье по выплавляемым мо­ делям строят из известных традиционных элементов: литниковых воронок, стояков, зумпфов и литниковых ходов, коллекторов и прибылей. Инже­ нерная задача технолога-литейщика сводится к тому, чтобы без исследония процессов образования усадочных раковин принципиально оценить последовательность затвердевания конструктивных элементов, располо­ жить их в соответствии с принципом направленного затвердевания и в ко­ нечном итоге вывести усадочную раковину за пределы отливки. Кроме этого, при выборе типа ЛПС он должен учесть два требования:

-наиболее протяженные стенки и тонкие кромки отливок необходимо ориентировать в форме вертикально, чтобы обеспечить ее спокойное и на­ дежное заполнение;

-ЛПС должна быть экономичной и удобной при отрезке от нее отли­

вок.

Проектирование ЛПС начинается на стадии разработки конструкто­ ром детали и сводится к максимально возможному повышению техноло­ гичности получения качественной отливки. По согласованию с конструк­ тором технолог-литейщик назначает литейные уклоны, припуски на меха­ ническую обработку, радиусы галтелей, технологические базы, участвует в конструировании выступов, бобышек, сопряжений ребер и стенок, сопря­ жений двух, трех, четырех стенок, в том числе под различными углами, на­ значает места дополнительного и основного подвода металла к отливке.

При проектировании ЛПС обязательно учитывают:

-влияние технологических параметров на заполняемость оболочек;

-особенности затвердевания тонкостенных габаритных отливок;

-необходимость исключения глубоких и узких «карманов», в кото­ рых процесс формирования полноценной оболочки затруднен;

-взаимное тепловое влияние отдельных элементов ЛПС.

7.1. Влияние технологических параметров на заполняемость литейных форм металлом

7.1.1. Полнота удаления модельного состава из форм

ЛПС должна обеспечивать полное удаление модельного состава из всего объема полости формы при его выплавлении. Участки формы, из ко­ торых невозможно свободное удаление жидкого модельного состава, должны быть связаны литейными ходами со стояком или коллектором. Наличие в форме модельного состава приводит к незаливам, формирова­ нию газовых раковин, грубой литой поверхности.

7.1.2. Полнота удаления газотворных составляющих

Газотворные составляющие в оболочке присутствуют в виде продук­ тов разложения связующего и остатков модельного состава в порах обо­ лочки. При выплавлении модельного состава какая-то его часть под дейст­ вием капиллярных сил проникает в поры оболочки. Пропитка оболочек холодной водой перед выплавлением в бойлерклаве существенно снижает степень действия капиллярных сил и вероятность проникновения модель­ ного состава в оболочку. После удаления модельного состава оболочки не­ обходимо сушить в термостате для удаления воды из пор, только после этого можно производить их предварительную прокалку при температуре (950 ± 50) °С для полного удаления газотворных составляющих. При ис­ пользовании модельных составов с повышенной зольностью оболочки следует эжектировать, либо продувать воздухом, либо промывать водой и затем сушить в термостате.

7.1.3. Состояние поверхности лицевого слоя оболочки

Незатрудненному (спокойному) продвижению фронта расплавленного металла в полости оболочки во многом способствует состояние ее лицево­ го слоя: шероховатость, прочность и химическая инертность к элементам сплава.

Шероховатость определяется чистотой поверхности моделей, коли­ чеством мелких фракции в огнеупорной суспензии, качеством формирова­ ния лицевого слоя при его нанесении и сушке, степенью химического взаимодействия связующего с модельным составом.

От прочности лицевого слоя существенно зависит степень его раз­ мывания расплавом сплава и возможность выкрашивания отдельных зерен, особенно в тех участках оболочки, где присутствуют глухие глубокие «карманы».

Прочность лицевого слоя формируется при его нанесении на модель­ ный блок и сушке, а также при вытапливании модельного состава.

Химическая инертность к расплаву определяется минералогическим составом наполнителя огнеупорной суспензии и характеризует степень окисления активных элементов сплава.

7.1.4. Температура формы в момент заливки

При заливке тонкостенных габаритных отливок литейная форма должна быть прогрета до температуры (1000 ± 50) °С для снижения пере­ охлаждения расплавленного металла.

7.1.5.Температура металла в момент слива

Сповышением температуры расплавленного металла увеличивается его жидкотекучесть. Величина перегрева металла, превышающая темпера­ туру ликвидуса, и разветвленная ЛПС обеспечивают равномерное и спо­ койное заполнение полости оболочки и способствуют исключению обра­ зования спаев на границе встречи потоков, а также полноценному оформ­ лению контуров тонкостенных отливок.

7.1.6.Скорость слива металла в форму

Запас кинетической и тепловой энергии, приобретенный расплавлен­ ным металлом за счет увеличения скорости его слива в форму, позволяет (за счет увеличения скорости продвижения в форме) получить полноцен­ ные тонкостенные отливки. Применение подобного технологического приема возможно при условии использования металлоприемной чаши большого объема и разветвленной ЛПС.

7.1.7. Наличие окислов и газов в сплавах

Окислы активных элементов и газы, растворенные в расплаве, умень­ шают жидкотекучесть сплава. Для исключения окислов и растворенных газов необходимо располагать исходно чистым сплавом, плавку сплава вести в герметичных вакуумных установках, применять сильные раскислители и глубокий вакуум.

7.1.8. Жидкотекучесть сплава

Жидкотекучесть сплава определяется его химическим составом, сте­ пенью его перегрева на момент заливки в литейную форму и находится в прямой зависимости от глубины вакуума. С увеличением глубины вакуума она резко возрастает, что позволяет успешно оформлять тонкостенные от­ ливки по всему их контуру.

7.1.9. Построение ЛПС

Обычно при изготовлении отливок из жаропрочных сплавов исполь­ зуются ЛПС, постоянно заполненные от центрального стояка к коллектору и далее к подводу. Однако отдельные элементы ЛПС не должны создавать искусственного сопротивления продвижению фронта металла к отливке, если этого не требуют особенности ее конструкции.

7.2. Особенности затвердевания тонкостенных габаритных отливок

Изготовление тонкостенных габаритных отливок методом литья по выплавляемым моделям возможно только в горячих оболочковых формах при минимальной разнице температур кристаллизации металла и формы. Это обусловливает хорошую заполняемость тонких сечений отливок сложной конфигурации, высокую их плотность, снижение степени короб­ ления и образования горячих трещин. На последние два фактора сущест­ венно влияют скорость охлаждения залитого блока и степень податливости оболочки при усадке закристаллизовавшегося сплава.

Продолжительность (время в минутах) затвердевания металла в фор­ ме, определяющаяся разностью температур кристаллизации сплава и фор­ мы во второй степени, является важнейшим параметром процесса форми­ рования структуры сплава и внутренних пороков в отливках. С уменьше­ нием разности температур увеличивается время затвердевания отливки. В практике изготовления отливок с равноосной структурой возможны две схемы затвердевания сплавов:

- объемное затвердевание, приводящее к образованию рассеянной усадочной пористости;

- направленное затвердевание, когда металл проходит последователь­ но через стадии жидкотвердого, твердожидкого состояния, образования твердой корки и ее увеличения и образования (возможного) открытой или закрытой усадочной раковины.

При изготовлении тонкостенных габаритных отливок сложной конфи­ гурации присутствуют оба варианта затвердевания. Объемное затвердева­ ние характерно для тонких протяженных участков отливки (полотно), а

направленное - для массивных элементов отливки (ребра, бобышки, сило­ вые и тепловые узлы). Поэтому для получения плотных, без усадочных по­ роков, отливок крайне важно правильное построение литниково-питающих систем.

Поскольку время затвердевания тонкостенных участков минимально, а протяженность их весьма велика, то необходимо использовать многото­ чечный локальный подвод металла от коллекторов к отливке. Традицион­ ная система подвода металла от центрального стояка и дальнейшее его распределение через коллекторы и подводы обеспечивают направленное заполнение огнеупорной формы снизу вверх. При этом необходим доста­ точный перегрев металла над точкой ликвидуса (для ВЖЛ12У-ВИ темпе­ ратура ликвидуса 1335 °С) с тем, чтобы исключить образование спаев за счет равномерного поступления металла в форму.

Получение плотных, без дефектов тепловых узлов, отливок обеспечи­ вается традиционным направленным затвердеванием сплава в сторону пи­ тающих элементов (прибыль, коллектор, стояк). Достаточный запас рас­ плава к концу затвердевания и высокая температура формы способствуют увеличению радиуса (дистанции) действия прибыли и благоприятно ска­ зываются на качестве отливок.

8. БРАК ОТЛИВОК. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ. ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ

8.1. Брак отливок

Дефектные отливки подразделяются на три вида:

-отливки, исправление которых невозможно или экономически неце­ лесообразно (окончательный брак);

-отливки, дефекты которых таковы, что допускается работа в изде­ лии; такие отливки исправлению не подлежат, а их пропускают в произ­ водство с картой отклонений, по согласованию с конструктором (условный брак);

-отливки, дефекты которых могут быть исправлены, после чего они становятся годными (исправимый брак).

Брак отливок разделяют на внутренний, выявляемый в литейном цехе, и внешний - брак литейного цеха, обнаруженный в механических цехах. Наибольшие убытки приносит внешний брак, так как к стоимости отливки добавляется стоимость механической обработки.

Для принятия эффективных мер по предупреждению брака каждая за­ бракованная отливка должна быть классифицирована по виду брака.

При изготовлении отливок лопаток осуществляют контроль:

-химического состава;

-механических свойств;

-геометрии отливок;

-толщины стенок;

-дефектов, имеющих выход на поверхность отливки: визуальным и капиллярным методами (люмконтроль, цветная дефектоскопия);

-внутренних дефектов методами рентгеноконтроля и капиллярны­

ми;

-макроструктуры отливки;

-микроструктуры сплава

8.2.Классификация и причины образования дефектов

на поверхности отливки

Грубая поверхность — дефекты в виде раковин, преимущественно групповых, точечного и (или) линейного характера (язвы, извилистые бо­ роздки), увеличивающие шероховатость поверхности отливок сверх уста­

новленной эталоном.

Дефекты выявляются визуально, могут вызывать свечения при люми­ несцентном контроле. Особенно наглядно дефект проявляется на заполи­ рованной поверхности.

Основная причина образования дефекта - нарушение технологии на­ несения и сушки первого слоя формы (повышенная вязкость суспензии, неравномерность нанесения суспензии на модель, несоответствие влажно­ сти в помещении требованию технологии, недостаточное время сушки на воздухе).

Разрушение формы - дефект в виде углубления или нароста на по­ верхности отливки, возникший вследствие затекания металла в трещины или местного растрескивания и вспучивания внутренних слоев форм без проникновения металла.

Он характерен для отливок с развитой поверхностью. Этот дефект выявляется при визуальном контроле. Основные причины образования дефекта:

-неправильная конструкция модельного блока (близкое расположе­ ние моделей, наличие поверхностей, затрудняющих нанесение и сушку по­ крытия);

-нарушение технологии нанесения и сушки первых слоев формы (на­ личие остатков модельной массы или других органических материалов, натеки на форме, недостаточное время сушки на воздухе, несоответствие влажности воздуха в помещении требованию технологии, резкие колеба­ ния температуры в помещении, вызывающие растрескивание формы вследствие изменения объема модельной массы);

-недостаточная скорость нагрева форм при удалении модельной мас­ сы (неправильно подобран состав модельной и литниковой массы);

-нарушение технологии изготовления формы по зернистости обсыпочного материала (большая разница в зернистости материала, особенно между первым и вторым слоем).

Химический пригар —дефект в виде трудно отделяемого специфиче­ ского слоя на поверхности отливки, образовавшийся вследствие химиче­ ского взаимодействия материала формы с расплавленным металлом.

Выявляется он визуально.

Основные причины образования дефекта:

-повышенная температура формы или металла, длительный контакт жидкого металла с формой;

-неправильная конструкция модельного блока, способствующая ме­ стному перегреву форм (близкое расположение моделей).

Механический пригар - дефект в виде точечного нароста, в основном группового расположения, или выступающего участка неопределенной формы на поверхности отливки, образовавшийся вследствие проникнове­ ния металла в поры формы.

Выявляется он визуально.

Основные причины образования дефекта:

-попадание влаги, модельной массы или других органических мате­ риалов в суспензию. Применение жидкой суспензии для нанесения перво­ го слоя покрытия вызывает образование раковин на внутренней поверхно­ сти формы;

-длительное время выдержки модельного блока после окунания в суспензию до нанесения обсыпки первого слоя (пересушивание).

Спай - дефект в виде углубления с закругленными краями на поверх­ ности отливки, образованный не полностью слившимися потоками металла

спониженной температурой или потоком металла, прерванным при за­ ливке.

Дефект выявляется визуально. Дополнительно контролируют излом. Основные причины образования дефекта:

-низкая температура формы или (и) металла, длительная заливка с перерывами, наклонное положение формы при заливке;

-недостаточное сечение питателей, неправильный выбор места под­ вода металла, что приводит к заполнению полости формы встречными по­ токами металла.

Утяжина - дефект в виде пологого углубления на поверхности от­ ливки, образовавшийся вследствие усадки металла при затвердевании.

Утяжина определяется при замерах профиля отливки лекальной ли­ нейкой или шаблонами, измерении толщины стенки, реже визуально и на ощупь.

Основные причины образования дефекта:

-исходные утяжины на моделях;

-недостаточное питание более массивного и (или) более разогретого узла отливки, обусловленное неправильной конструкцией литниковой сис­

темы.

Зарез - дефект в виде искажения контура отливки, возникающий при обрезке литников.

Выявляется он визуально.

Основные причины образования дефекта;

-небрежность в работе обрезчика;

-неправильная конструкция литниковой системы;

-деформация моделей литниковой системы, сборка моделей в блок с

отклонением от образца; - неправильная конструкция или неисправность приспособления для

обрезки литников.

Разрушение стержня - местные изменения толщины стенок отливок, вызванные трещинами или поломкой стержней.

Дефект выявляется:

-рентгеноконтролем;

-дополнительно разрезкой или вскрытием полости лопаток.