книги из ГПНТБ / Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов

/Выбор того или иного типа литниковой системы час­ то диктуется лишь конфигурацией .отливки и удобствами ее формовки. Несмотря на то, что при использовании нижней литниковой системы трудно обеспечить условия для последовательно направленной кристаллизации, эта система часто применяется для литья сплавов с широким интервалом кристаллизации, для которых последова­ тельное затвердевание является одним из наиболее важных условий получения литья хорошего качества. В ѳтом случае последовательность кристаллизации обеспечивается 'благодаря широкому применению холо­ дильников, доливки горячего сплава в прибыли, утепле­ ния прибылей теплоизоляционными вставками и покры­ тиями. Заливку таких деталей следует производить с помощью большого количества литников во избежание местных перегревов отдельных участков формы. Развет­ вленная литниковая система, обеспечивающая быструю заполняемость, в сочетании с утеплением прибылей теп­ лоизоляционными вставками, способствует получению высококачественных отливок.

Щелевая литниковая система наиболее эффективна при литье высоких отливок цилиндрической формы. Од­ нако ее применение для литья сплавов с широким ин­ тервалом кристаллизации не всегда возможно, так как разогрев формы около щели часто приводит к образо­ ванию в .отливке дефектов усадочного характера: рых­ лоты, усадочной пористости. Наиболее целесообразна поэтому заливка через несколько щелей (рассредоточен­ ный подвод сплава). Щелевую литниковую систему можно успешно применять и при лнтье невысоких дета­ лей из сплавов с широким интервалом кристаллизации.

•Сплавы с большим содержанием эвтектики менее склонны к образованию рассеянной усадочной пористо­ сти в отливках и не так чувствительны к местным разо­

183

ных тепловых узлах и относительно легко устраняются простановкой прибылей и холодильников. Эвтектические сплавы обладают также хорошей жидкотекучестыо и мало склонны к образованию горячих трещин в отлив­ ках. Для отливок из этих сплавов с успехом применяют­ ся все типы литниковых систем, и выбор той или другой системы часто диктуется лишь конфигурацией отливки и удобством формовки.

•В производстве сложных отливок широко применя­ ются комбинированные и ярусные литниковые системы.

Все перечисленные типы литниковых систем делятся на две принципиально различные группы:

1) сужающиеся (заполненные) литниковые системы, характеризуемые неравенством

^ CT - J ЛИТ I

где EFCT — суммарная площадь сечения стояков; SF.TIHT — суммарная площадь сечения литников; 2) расширяющиеся литниковые системы

^""ст <С 21 Рлпт.

Сужающаяся литниковая система заполняется пер­ выми порциями сплава и остается заполненной в тече­ ние всего времени заливки. При этом происходит эф­ фективное отшлакование (путем отстоя) неметалличе­ ских включений в таких элементах системы, как литни­

Для алюминиевых сплавов применяются в основном расширяющиеся или незаполненные литниковые системы с соотношениями

184

62]. Однако и те и другие нуждаются в обязательной практической проверке применительно к конкретным отливкам.

Компенсация усадки сплава в массивных тепловых узлах отливки, кристаллизующихся в последнюю оче­ редь, производится с помощью прибылей, устанавлива­ емых непосредственно над питаемым узлом (прямые прибыли) или сбоку (отводные прибыли). В практике алюминиевого литья нашли применение прямые откры­ тые (сообщающиеся с атмосферой) и отводные открытые и закрытые (глухие) прибыли. Размеры прибыли уста­ навливаются в зависимости от объема питаемого узла. Чрезмерное увеличение высоты прибыли (наращение, применение высоких верхних опок и т. д.) нецелесооб­ разно, в особенности при литье из сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации. Металлостатический напор, создаваемый сплавом в прибыли, невелик из-за малой плотности алюминиевых сплавов и недостаточен для пропитки мелких закрытых пор и ка­ пиллярных пустот.

Необходимо помнить, что для каждой конкретной отливки выбор типа и .размеров литниковой системы оп­ ределяется ее конфигурацией, габаритными размерами, расположением в форме, а также особенностью сплава и метода литья. Следует принимать во внимание и эко­ номический фактор: затраты металла на литниково-при- быльную систему, стоимость слесарной и механической обработки. Поэтому в серийном производстве для вы­ бора типа литниковой системы и определения размеров ее элементов используются номограммы, математиче­ ский расчет и моделирование как метод разработки рациональной конструкции литниковой системы.

Поток в литниковой системе сообщается с атмосфе­ рой и газовой средой, образующейся в стенках формы. При некоторых соотношениях размеров литниковой си­ стемы в ее узких и высоко расположенных сечениях давление металла на стенки может оказаться меньше атмосферного и он будет инжектировать воздух и газы

185

формы [63]. Явление инжекции отрицательно влияет на качество отливок, поэтому конструировать и рассчиты­ вать литниковые системы нужно так, чтобы во всех се­ чениях гарантировалось атмосферное или положитель­ ное давление металла. Течение такого потока .не зависит от газопроницаемости стенок, и движение металла в га­ зопроницаемой форме можно изучать на моделях и* •плексигласа, стекла и других газонепроницаемых мате­ риалов [54, с. 22].

гидромоделирования их с применением холодных жид­ костей. Прозрачные модели изготавливают из пласт­ масс; в качестве моделирующей жидкости применяется вода, в качестве «шлаков»-—мелкие частицы пробко­ вого дерева и пористая резина. До недавнего времени прозрачные оболочки и «шлаки» изготовляли вручную. Процесс был очень трудоемким, малопроизводительным и в значительной степени затруднял создание экспресслаборатории контроля литниковых систем на литейных предприятиях страны.

Научно-исследовательским институтом литейного машиностроения и литейной технологии (НИИЛитмаш) совместно с Подольским механическим заводом им. Ка­ линина разработан комплекс оборудования, позволяю­ щий производить выбор оптимальных конструкций лит­ никовых систем, используя для этой цели существую­ щую производственную модельную оснастку. В комплекс оборудования входит:

1) вакуум-прессовая формовочная машина, предназ­ наченная для изготовления прозрачных оболочек из ли­ стовых термопластов в течение 5—10 мин;

2) установка для моделирования, с помощью кото­ рой моделирующая жидкость по литниковой системе подается в исследуемую прозрачную форму;

•3) приспособление для нарезания мелких частиц пробкового дерева и пористой резины, имитирующих литейные шлаки в процессе гидромоделирования. Такой комплекс оборудования позволяет в несколько раз ус­ корить выбор оптимальных конструкций литниковых систем и их нормализацию, что дает возможность зна­ чительно снизить брак и улучшить качество литья.

186

Глава IV

ДЕ Ф Е К Т Ы Л И Т Ы Х Д Е Т А Л Е Й , МЕТОДЫ ИХ О Б Н А Р У Ж Е Н И Я

ИУСТРАНЕНИЯ

1.ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БРАКА

ИСПОСОБЫ ЕГО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

На протяжении всего технологического цикла про­ изводства отливок осуществляется контроль отдельных

и вскрытие главных причин брака, и выявление резер­ вов повышения качества отливок на основании анализа видов брака. Для правильного понимания природы де­ фектов, образующихся в литых изделиях, и способов их предотвращения, необходимо исходить из' причин, по­ рождающих эти дефекты.

Встречающиеся дефекты в литых изделиях цветных металлов и сплавов можно разбить на следующие ос­ новные группы: а) дефекты, нарушающие сплошность литых изделий; б) поверхностные дефекты; в) дефекты контура отливки; г) дефекты размеров и массы; д) де­ фекты, обусловленные несоответствием химического со­ става, структуры и свойств материала отливки.

Все перечисленные выше дефекты в зависимости от их размера и характера, а также в зависимости от тех­ нических требований, предъявляемых к отливкам, делятся на недопустимые, исправимые и допустимые. Отливки с недопустимыми дефектами признаются бра­ кованными и подлежат переплавке. Отливки с испра­ вимыми дефектами передаются в специальное отделение литейного цеха для исправления, после чего поступают в мсханообрабатывающие цехи. Ниже рассматриваются дефекты каждой из пяти групп, причины их возникнове­ ния и способы предотвращения.

Дефекты, нарушающие сплошность литых изделий

К грулпе дефектов, нарушающих сплошность литых изделий, от­ носятся следующие: газовые раковины, .газовая пористость, усадоч­ ные раковины, усадочная пористость, усадочная рыхлота, песчаные раковины і(засоры), шлаковые и флюсовые раковины, вскипы, за-

187

дуктов при взаимодействии между залитым металлом и материалом формы; 4) недостаточная газопроницаемость формы и стержней.

Газовые раковины, являющиеся результатом захвата воздуха при литье, содержат главным образом азот — газ, не растворимый в ме­ таллах. Обычно же газовые раковины образуются за счет іводорода, растворимость которого в жидких металлах велика. (Газовые рако­ вины, образующиеся вследствие захвата воздуха яри литье, распо­ лагаются ближе к внешней поверхности отливки, и они тем больше, чем ниже температура литья.

Г а а о в а я п о р и с т о с т ь -наиболее характерна для деталей, отлитых из алюминиевых оплаівов. Брак по тазовой пористости до­ стигает 40% от о'бщего брака алюминиевого литья [64]. Пористость распределяется по всему сечению отливки, а при очень интенсив­ ном взаимодействии с формой наблюдается заметная концентрация пор в подкорковом слое отливки (рис. 61). Пористость же, образу­ ющаяся вследствие выделения в процессе кристаллизации растворен­ ных в /металле газов, располагается главным образом шо внутрен­ них полостях отливки, затвердевающих последними. На рис. 62 пред­ ставлена рентгенограмма части отливки с повышенной пористостью в районе массивного теплового узла (бобышки).

Газообразные и твердые неметаллические включения, попадаю­ щие в отливки, в основном 'образуются при плавке и разливке. Од­ нако не следует забывать, что степень загрязнения расплава газом и твердыми 'неметаллическими включениями .может повышаться за счет примесей, внесенных с исходными шихтовыми материалами. Немало­ важное значение имеет также количество переплава в шихте (осо­ бенно переплава стружки). Например, при увеличении количества переплава стружки в шихте с .15 до 50% объем водорода возрастает на il5—.20°/о, содержание окиси алюминия — в 2 раза.

Большое влияние на содержание водорода в расплаве оказывают условия хранения шихты, а также степень ее измельчения. Напри­

Из сказанного следует, что с целью уменьшения газонасыщенно-

Чистота сплавов во .многом зависит также от типа печи и от -спо­ соба обогрева. Аллен и Хьют [65] указывают, что содержание во­ дяных паров в электропечи сопротивления не превышает 0,8%, в то время как в мазутных печах оно доходит до 116,4%. Таким образом, наименее благоприятная атмосфера (т. е. более благоприятная, для насыщения расплава неметаллическими включениями) создается в мазутных печах, а наиболее благоприятная—в электрических.

В процессе плавки расплав загрязняется шлаковыми «включени­ ями. В результате .годовой эксплуатации наібивной футеровки ин­ дукционных печей резко изменяется состав футеровки, особенно в их рабочей зоне [66]. Большинство огнеупорных материалов представ­ ляет собой смесь окислов различных металлов (кальция, магния, алю­ миния, кремния, железа и др.). Если эти»-окислы в ряду теплот об­ разования расположены ниже глинозема, то будет происходить раз-

189

До сих пор мы говорили о возможных причинах загрязнения рас­ плава твердыми и газообразными неметаллическими включениями и способах тис устранения. Однако чистоты жидкого металла недоста­ точно для получения плотной отливки. .Качество литья зачастую оп­ ределяется процессами, происходящими іпри взаимодействии оплава со стенками формы. Практикой установлено, что отливки, .получен­ ные в песчаных формах, іболее пористы, чем отлитые в стержни, а

симость степени газовой пористости в отливках от влажности сте­ нок фцрліы. Чем больше содержание воды в материале формы, тем выше газонаісыщенность расплава, а следовательно, и пористость от­ ливок. На рис. 63 приведены графики зависимости газонасыщенности сплавов АЛ2 и АЛ9 от влажности формы1.

Исходя из сказанного, следует строго контролировать содержание влаги в формовочных смесях (влажность следует держать на уровне 4—б%) и применять, если это допускает технолопгческнй процесс, сушку внутренних полостей песчаных форм. По возможности следует также переходить с литья в песчаные формы на литье в кокиль. Это позволяет значительно повысить плотность отливок, так как иск­ лючается ігазовьгделениепри затвердевании. Дело в том, что алюми­ ний и его сплавы сильно предрасположены к образованию с водоро­ дом пересыщенных твердых растворов, причем степень пересыщенности зависит от скорости кристаллизации — чем она выше, тем боль­

1 Раібота выполнена И. Н. Васильевой и А. П. Гудченко (МАТИ).

191