Центробежное литье
При центробежном литье осуществляют заливку сплава во вращающуюся форму. Форма может быть металлическая или разовая. Можно изготавливать детали типа труб или колец, а также и фасонные отливки. В приборостроении центробежное литье применяют для изготовления фасонных отливок в формах, полученных по выплавляемым моделям. При этом используется центробежная установка с вертикальной осью вращения, как это показано на рис. 32. Формы 2 устанавливаются на стол 1, после чего он приводится во вращение и расплав заливается в заливочную чашу 3 откуда под действием центробежной силы поступает в полость формы. Вращение стола продолжается до полного затвердевания отливок.
Рис. 32. Схема центробежного литья.
Особенности центробежного литья. Первая особенность.Охлаждение расплава начнется в первую очередь в литниковой чаше из-за теплоотдачи в воздух. Охлажденные частицы металла, как более тяжелые, имеющие большую плотность под воздействием центробежных сил устремляются в радиальном направлении в форму и перемещаются в более горячем и легком металле. Горячий металл вытесняется в более холодную зону из глубинных слоев тонущими частицами, которые могут быть жидкими, но более холодными. Таким образом, при затвердевании металла во вращающейся форме в радиальном направлении непрерывно происходит конвекция. Металл в чаше обогащается горячим расплавом из глубинных слоев отливки, что предотвращает его затвердевание. Затвердевание идет строго направленно. Металл в чаше до последнего момента может оставаться жидким и питать отливку.
Вторая особенность.На любую частицу вращающегося расплава действуют силы гравитации Р и центробежнаяQ. ОтношениеQ/P=Kназывают гравитационным коэффициентом К=30-50 и даже более 100.Если условно применить «тяжесть» к частице находящейся под действием центробежной силы, то окажется, что эта частица металла становится в десятки и сотни раз тяжелее в поле центробежных сил, чем в поле земного притяжения. Гравитационный коэффициент показывает во сколько раз тяжелее становится сплав при его вращении.
Утяжеление частиц сплава является второй, самой характерной особенностью центробежного литья, способствующей получению плотных отливок.
При затвердевании в неподвижной форме в процессе питания отливки перемещение сплава по капиллярам происходит под действием сил земного притяжения, атмосферного давления и капиллярных сил. Эти силы часто оказываются недостаточными и отливки получаются пористыми.
При центробежном литье к отмеченным силам добавляется в десятки раз большая центробежная сила. Частицы жидкого металла перемещающиеся к периферии, утяжелены в десятки раз, и заполняют непрерывно образующиеся при затвердевании межкристаллические пустоты.
Центробежные силы создают условия не только строго направленного затвердевания отливки (первая особенность), но и многократно усиленного питания жидким металлом затвердевающего слоя. А это, как известно, главные условия получения плотных беспористых отливок.
Третья особенность.При обычном литье неметаллические и газовые включения всплывают благодаря разности плотностей металла и включений. Они всплывают медленно и мало вероятно, чтобы могли полностью выделиться, так как на своем пути встречают затвердевающий сплав.
При центробежном литье затвердевание строго направленное. Зона последнего затвердевания должна быть всегда ближе к оси вращения. Поэтому неметаллические включения (как наиболее легкие) всегда выносятся в зону последнего затвердевания.
Отливки получаются с меньшим количеством неметаллических включений.
Рассмотренные процессы, происходящие при кристаллизации отливки во вращающейся форме характерны для большинства сплавов. Однако имеются исключения из этого общего правила, когда центробежные силы могут оказывать вредное действие.
Исключение первое.Жидкость гетерогенная (это жидкость, состоящая из несмешиваемых компонентов), например, расплав свинцовой бронзы представляет собой эмульсионную смесь свинца и меди. Во вращающейся форме свинец центробежными силами отбрасывается к периферии, а медь, как более легкая, вытесняется к центру вращения. Ликвация может проявиться настолько сильно, что внутренняя часть отливки окажется медной. Предупредить это вредное явление можно усилением охлаждения отливки снаружи (водоохлаждаемая металлическая форма) и одновременно снижением скорости вращения формы.
Исключение второе.Выпадающая твердая фаза легче жидкости, например, заэвтектический силумин, содержащий более 12% кремния. В начале затвердевания такого сплава выделяются кристаллы чистого кремния, которые легче алюминия, и они центробежной силой оттесняются в зону последнего затвердевания отливки. Так и образуется твердая корка, то есть затвердевание идет с двух сторон от периферии и от центра. К концу затвердевания в средних слоях будут усадочные пустоты.
Область примененияцентробежного литья определяется особенностями процесса затвердевания отливок, техническими и экономическими преимуществами этого способа.
Центробежным способом можно получить более тонкостенные отливки, чем при литье в неподвижную форму. Производительность труда выше, а условия труда лучше, чем при литье в разовые формы.
Центробежным способом изготавливаются крупные отливки из легированных сталей, втулки и венцы из антифрикционных сплавов, детали из жаропрочных и титановых сплавов.