Контрольные вопросы к разделу 1.2

1. По каким признакам классифицируются методы приготовления расплавов?

2. Какие параметры относятся к технологическим признакам для выбора метода плавки сплавов?

3. Какие конечные факторы необходимо принимать во внимание при выборе метода приготовления сплава?

4. На что влияет показатель достоверности химического состава исходных компонентов, при приготовлении драгоценных ювелирных сплавов?

5. Как влияет достоверность химического состава вспомогательных материалов на качество сплавов, получаемых при их использовании?

6. Какие технологические факторы влияют на потери металла при плавке сплава?

7. Какие физико-химические факторы влияют на потери металла при плавке сплава?

8. Какие факторы влияют на окисляемость и угар компонентов сплава при плавке?

9. Какими технологическими методами можно снизить потери компонентов сплава при плавке?

10. По каким показателям характеризуются шихтовые материалы?

11. Как влияет многократный переплав сплава на качество и свойства получаемых изделий?

12. Что такое "освежение" шихтовых материалов и для чего оно необходимо?

13. На какие документы необходимо ориентироваться при расчетах шихт для драгоценных сплавов?

14. Какими исходными данными пользуются при расчете шихт драгоценных сплавов?

15. По каким формулам производят расчет содержания элементов и содержания компонентов шихт?

16. Что подразумевается под термином «плавка»?

17. От чего зависит выбор метода плавки?

18. Для чего служат защитные среды и покровные флюсы?

19. Что такое раскисление и модифицирование?

20. На что влияет порядок загрузки составных частей шихт, в плавильный агрегат?

21. Какие факторы необходимо учитывать при определении порядка загрузки шихтовых материалов в плавильный агрегат?

22. Какие температурные значения не должны превышаться при плавке, для сплавов на основе золота, серебра, платины и палладия?

23. Какой порядок загрузки шихты, при содержании в сплаве более 80 % компонентов с повышенной летучестью?

24. Какие технологические приемы используются при переплавке золотосодержащих отходов (опилок, стружки и т.п.)?

25. В каком виде рекомендуется использовать медь, при выплавке драгоценных сплавов?

26. Какой технологический прием используется при плавке тройного сплава золото  серебро  медь?

27. Какие технологические особенности используются при плавке драгоценных припоев?

28. Особенности метода центробежного литья?

29. Вокруг каких осей может производиться вращение формы?

30. Какая минимальная центробежная ёлка должна развиваться при литье?

31. Какие силы действуют на поле центробежных сил?

32. Что такое гравитационный коэффициент?

33. Принцип литья вакуумным всасыванием?

34. Достоинства литья вакуумным всасыванием?

35. Виды брака при литье ювелирных изделий и причины его вызывающие?

36. Где выше давление металла на стенке формы? При центробежном литье или при литье вакуумным всасыванием?

1.3. Технологические основы литья Лекция 9

1. Основные факторы литья, их взаимосвязь и влияние на качество слитков.

2. Требования к качеству слитков, обрабатываемых давлением.

3. Продолжительность разливки. Масса, размеры, материал, форма изложницы и требования к температурным режимам при литье в изложницу.

4. Усадочные и ликвационные явления при кристаллизации расплавов и охлаждении слитков.

К слиткам драгоценных металлов и сплавов, предназначенным для производства полуфабрикатов и изделий, предъявляются особо высокие требования. Поступающие на обработку давлением слитки должны иметь определенную форму и размеры, быть плотным, без шлаковых и окисных включений, расслоений, плен, грубых неслитин и трещин, иметь мелкозернистую структуру, равномерное распределение основных и легирующих компонентов по сечению и длине, однородные механические свойства, выдерживать, пластическую деформацию и обладать другими качественными характеристиками.

На качество слитков влияет большое количество факторов, что объясняется сложностью процессов, протекающих при литье.

Многочисленными исследованиями и результатами практической работы установлено, что наиболее существенно на качество слитков влияют температурно-скоростные факторы  температура и скорости заполнения изложниц расплавами, скорости отвода тепла от кристаллизующихся расплавов и скорости затвердевания слитков, в связи, с чем их выбору и отработке следует уделять исключительное внимание. Кроме того, надо иметь в виду, что различные факторы на качество слитков действуют не изолированно один от другого, а взаимосвязано. Поэтому, рассчитывая, подбирая или уточняя один из факторов, нельзя забывать о соответствующем изменении других, иначе вместо ожидаемого улучшения качества слитков можно прийти к обратному результату  снижению их качества и явному или скрытому браку, выявляющемуся на последующих переделах обработки в полуфабрикаты и изделия.

Продолжительность разливки расплава в слитки зависит от количества расплава, подлежащего разливу, размеров слитков и отливок, их числа и одновременности отливки, а также скорости заполнения изложниц и форм.

Продолжительность разливки влияет на направленность кристаллизации, от нее зависят степень перегрева расплавов перед литьем и величина температурного интервала литья. Завышение же или занижение температурных перегревов и интервалов литья против оптимальных значений отрицательно влияет на качество слитков и фасонного литья. При больших перегревах расплавов увеличивается их окисляемость, газонасыщенность и выгорание из них легколетучих компонентов. При малых перегревах расплавы охлаждаются ниже оптимальных температур, что увеличивает их вязкость.

Масса, размеры, материал, температура, важнейшие факторы, определяющие охлаждающую способность формы и изложницы. Они существенно влияют на объем зоны кристаллизации, направленность фронта, период кристаллизации и качество отливаемых изделий по плотности, дисперсности структуры, ликвации и другим характеристикам.

Особо сильно на свойства сплавов влияет величина температурного интервала кристаллизации. Для сплавов эвтектического типа и сплавов, обладающих малым температурным интервалом кристаллизации, характерны повышенная жидкотекучесть и герметичность, а также повышенная склонность к образованию столбчатой структуры и концентрированной усадочной раковины.

Отличительная особенность сплавов с большим температурным интервалом кристаллизации  высокая склонность к образованию рассеянной усадочной пористости, склонность к дендритной и осевой ликвации. Эти сплавы при медленной кристаллизации, например в неметаллические огнеупорные формы, не дают концентрированных усадочных раковин, а их усадка равномерно распределяется в виде рассеянной пористости по всему объему отливки или слитка.

Низкие температуры нагрева расплавов перед литьем обусловливает снижение их жидкотекучести и повышение вязкости. С увеличением вязкости ухудшается заполнение изложниц в единицу времени, затрудняется свободный выход растворенных газов, ухудшается питание внутренних слоев слитков и тем самым создаются благоприятные условия для образования газовой пористости, расслоений, неслитин и других металлургических дефектов. При фасонном литье этот фактор является причиной недоливов.

Однако влияние температуры на качество слитков не означает, что надо осуществлять литье при чрезмерно высоких, температурах, так как слишком большой нагрев расплавов снижает скорость кристаллизации и тем самым способствует развитию центральной усадочной раковины. Кроме того, повышение температуры плавки и литья расплавов влечет за собой увеличение их угару и окисляемости.

Для выполнения различных расчетов, связанных с определением предельных и оптимальных скоростей литья, периода кристаллизации и других параметров литья, рекомендуется пользоваться не абсолютной толщиной слитков, а приведенной толщиной кристаллизации слитков , представляющей собой отношение объема слитка к поверхности его кристаллизации  теплоотдачи через стенки и дно изложниц т.е.

. (1.3.1)

В этом показателе учитываются все размеры слитка, а также его форма и поверхность контакта с изложницей в процессе литья, которые влияют на характер кристаллизации слитка.

Влияние приведенной толщины слитка на период кристаллизации обратно влиянию массы изложницы и ее теплопроводности. Граница образования неслитин на слитках так же, как и пористость определяется скоростью литья, толщиной слитка и охлаждающей способностью изложницы.

Для подавляющего большинства металлов и сплавов усадка в жидком состоянии и при кристаллизации проявляется в значительном сокращении объема и соответствующем увеличении плотности. Объемная усадка металлов и сплавов протекает в интервале температур их перегрева выше температур начала кристаллизации. Усадка металлов и сплавов в твердом состоянии начинается с момента, когда расплав еще не закристаллизовался, и продолжается на протяжении до полного охлаждения слитка, когда температура его сравняется с температурой изложницы или формы. Усадка характерна для всех металлов и сплавов и приводит к увеличению плотности отливки. На величину усадки влияют: физические свойства расплава, в частности коэффициент объемного расширения, объем расплава, интервал охлаждения, а также давление над расплавом. Чем больше величина этих факторов, тем больше объемная усадка расплава. Этот процесс наиболее важен для понимания механизма образования и предотвращения возникновения в слитке усадочных раковин и пористости. Главное в предотвращении образования в слитках из любых металлов и сплавов усадочных пороков состоит в том, чтобы обеспечить строгую направленность кристаллизаций при минимальном объеме зоны кристаллизации и максимальной скорости отвода тепла, что достигается литьем с направленной кристаллизацией.

Наряду с образованием усадочных раковин и пористости, усадочные явления при кристаллизации и последующем охлаждении слитков могут проявляться в возникновении термических напряжений, приводящих к упругим пластическим деформациям или растрескиванию. Появление усадочных тре­щин главным образом может быть связано с несоответствием температурно-скоростных режимов литья и кристаллизации.

Склонность металлов и сплавов к образованию усадочных трещин неодинакова. Она больше у сплавов с широким интервалом кристаллизации. При этом усадочные трещины могут быть открытые и скрытые. Многие из них выявляются лишь при последующей прокатке или механической обработке.

Ликвационные явления при кристаллизации, характеризуются образованием химической неоднородности в различных направлениях, а также внутри каждого отдельно взятого кристалла. Различают, следующие виды ликвации: а) дендритная, выражающаяся в обогащений оси дендритов туго­плавкими составляющими, а промежутков между ветвями дендритов  легкоплавкими составляющими; в) зональная нормальная или прямая, когда легкоплавкие составляющие обогащают внутренние зоны слитков; г) зональная обратная, при которой ликват обогащает поверхностные слои слитка; д.) зональная объемная, характеризующаяся расположением ликвата в промежу­точных зонах слитка.

К ликвации по плотности наиболее склонны сплавы из несмешивающихся компонентов, а также доэвтектические и заэвтектические сплавы, близко расположенные к чистой эвтектике. К дендритной ликвации склонны сплавы с большим температурным интервалом кристаллизации доэвтектического, заэвтектического и других типов, включая и чистую эвтектику с компонентами, разнящимися по температурам плавления. Ликвация по плотности и дендритная ликвация могут проявляться у сплавов любых типов и композиций. К зональной ликвации наибольшую склонность имеют сплавы из несмешивающихся компонентов и сплавы с широким интервалом кристаллизации любого типа (твердые растворы, перитектические, доэвтектические и заэвтектические). Зональная ликвация может проявляться у любых сплавов, за исключением чистых эвтектик, химических соединений, однокомпонентных расплавов.

На величину дендритной ликвации сплавов, кроме характера сплава и величины интервала кристаллизации, влияют разница в температурах плавления компонентов, количество легкоплавкой составляющей и, главное, объем зоны кристаллизации, определяемый разностью скоростей литья и кристаллизации. Чем больше величина этих факторов, тем больше дендритная ликвация сплава. На величину зональной ликвации, кроме факторов, характерных для дендритной ликвации, влияют также; разница между коэффициентами объемного расширения расплава и т.д. Предотвращение ликвационных явлений в сплавах, в том числе и с повышенной склонностью к их протеканию, может быть достигнуто литьем слитков направленной кристаллизацией, т. е. низкоскоростным и непрерывным литьем.

Большая скорость охлаждения слитков после кристаллизации, если они подвержены ликвационной неоднородности может привести к растрескиванию слитков и отливок. А в тех случаях, когда отливаются слитки из металлов и сплавов, не склонных к ликвационным явлениям и термомеханическому растрескиванию, их можно сразу же подвергать более интенсивному охлаждению. Слитки из сплавов, подверженных термомеханическому растрескиванию, следует охлаждать в изложнице без ее раскрытия до тех пор, пока температура слитка не снизится ниже температуры полного затвердевания самой легкоплавкой фазы сплава или ниже температуры проходящих в нем фазовых превращений. При быстрой кристаллизации и последующем охлаждении слитков из сплавов, подверженных термомеханическому растрескиванию во избежание их растрескивания под действием возникающих в них температурных напряжений недопустимо воздействие ударных нагрузок.

Давление и разрежение при кристаллизации могут существенно влиять на качество слитков только в случаях специальных видов литья, предназначаемых в основном для производства фасонных отливок: литье и кристаллизация под давлением или кристаллизация под давлением. Литье и кристаллизация в вакууме или только кристаллизация в вакууме, а также литье под вакуумом с последующей кристаллизацией под давлением имеет значение для качества не только отливок фасонного литья, но и слитков, обрабатываемых давлением. Применение повышенного газового или механического давления на расплав в процессе его литья и кристаллизации приводит к захвату всех находящихся в исходном расплаве газовых, окисных и шлаковых включений в том состоянии, в котором они находились в расплаве в момент окончания его кристаллизации. Получаемые таким способом отливки по плотности пригодны лишь для фасонного литья и не годятся для произ­водства слитков, обрабатываемых давлением. В прокатанных из них полосовых полуфабрикатах или волоченных проволоках средних толщин и диаметров исходные дефекты увеличиваются в десятки раз, а при изготовлении фольги или тонкой проволоки и тем более сусальных металлов и тончайшей проволоки соответственно в сотни, тысячи и даже десятки тысяч раз. Это неизбежно приводит к массовому браку полуфабрикатов и изделий по пузырям, пленам и другим металлургическим дефектам.

Вакуум над расплавом в процессе его литья и кристаллизации наоборот, дегазирует расплав и освобождает его от других посторонних включений, что весьма положительно отражается как на улучшении качества отливки или слитка, так и на получаемых из них полуфабрикатов.