Глава 1.

Краткая история производства отливок из сплавов цветных металлов

Литейная технология является одним из древнейших методов получения изделий из металлов. Первые изделия из металла появились за 7…9 тыс. лет до н.э.

Граница между каменным веком и бронзовым не определена точно. Считается, что зарождение металлургии на Востоке происходило в VII тысячелетии до н.э., а в Зап. Европе – во II.

Первым металлом, из которого человек научился производить предметы, вероятнее всего была самородная медь. Человек заметил, что из этого красивого материала путём ударов каменным инструментом можно изготовить полезные изделия. Поэтому «кузнечная» технология получения изделий из металла некоторое время была основной при получении изделий из металла. Позднее человек обнаружил, что при нагревании на костре этот материал обрабатывается значительно легче. При ещё большем нагревании материал превращается в жидкость и может принимать любую форму. Так человек научился путём литья в форму получать нужные предметы.

Одним из первых цветных металлов, который человечество научилось использовать в глубокой древности, является медь и сплав меди с оловом, сурьмой или мышьяком - бронза.

Медь является одним из первых металлов, полезные свойства которого были использованы человеком, т.к. она чаще, чем другие металлы встречаются в самородном виде. Полагают, что человечество познакомилось с медью более 10 тыс. лет назад. Сначала это знакомство было эпизодическим, но уже через 2…3 тысячи лет люди научились использовать медь для изготовления орудий труда вместо камня. На смену каменному веку пришёл век медный. Ещё позднее люди научились получать сплав меди с оловом – бронзу. На смену медному веку пришёл век бронзовый. Медь и её сплавы с древних пор применяют сначала для изготовления монет, предметов украшения, инструментов. Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Они создали в V111 в. гигантскую фигуру Будды массой 400т.

Первые отливки из бронзы получены уже за 5-7 тысяч лет до нашей эры в древнейших центрах человеческой культуры (в Египте, Китае, Индии и др.). Из бронзы отливали украшения, предметы культа, домашнюю утварь, кинжалы, наконечники стрел и копий и.т.д. Первые отливки получали, вероятно, литьём в каменные формы, которые вырезали в мягком известняке. Применяли также литьё по восковым моделям. Археологические раскопки позволяют судить нам о том уровне развития литейного производства, которого достигло человечество в древности. Дошедшая до нас скульптура женщины, изготовленная по восковым моделям в древней Индии во 11 тысячелетии до н.э., свидетельствует о высоком уровне литейного мастерства, достигнутого уже в то время.

Большого мастерства достигли древние римские и греческие мастера в скульптурном литье. До наших дней сохранилась величественная бронзовая скульптура римского императора Марка Аврелия (2-й век н.э.).

На территории нашей страны уже к концу 3-началу 2-го тысячелетия до н.э. люди обладали развитым литейным мастерством и изготовляли сложные бронзовые отливки различного назначения. Скифы, населяющие территорию Северного Причерноморья, уже около двух с половиной тысяч лет тому назад освоили способ отливки бронзовых наконечников стрел в металлические формы с применением металлических стержней.

Развитие литейного производства в древней Руси отмечается с шестого века. Объектами древнерусского литейного ремесла в основном являлись предметы церковного обихода (колокола, церковные двери, паникадила и др.), домашняя утварь, предметы вооружения.

Показателем технического уровня литейного производства страны было умение отливать крупные колокола. Кто умел лить крупные колокола, тот мог лить и пушки.

Большой шаг в развитии бронзового литья в России был сделан в 14 -16 вв., когда борьба с татарским игом и готовность противостоять сильным врагам на Западе потребовали от России развивать производство пушек. Сначала это были заимствованные через монголов китайские пушки, а затем на Руси наладили изготовление пушек собственные мастера-литейщики.

Примером непревзойдённого мастерства русских литейщиков является Царь-пушка, изготовленная Андреем Чоховым в 1586 г. Уровень литейного мастерства российских умельцев достиг такого уровня, что качество пушек из бронзы, содержащей 7-10 % олова, ценилось выше, чем шведских и немецких мастеров.

Большое внимание развитию литейного производства уделял Пётр 1. Он организовал специальные ремесленные школы, в которых ученики обучались общей грамоте, различным инженерным наукам, в том числе литейному делу.

В 18 в. большого развития в России достигло статуарное и колокольное литьё. В 1735 г. московскими литейщиками Иваном и Михаилом Моториными изготовлен крупнейший в мире колокол весом 205 т. («Царь-колокол»), который стоит в московском Кремле.

Всемирную известность получили отлитые из бронзы памятники Петру 1 в Петербурге (1775 г.) и «Тысячелетие России» в Новгороде (1862 г.). Продолжает развиваться мастерство российских литейщиков колоколов и в настоящее время. Большим достижением литейного производства является изготовление в 2003 г. бронзового колокола массой 72 т. на ОАО «Балтийский завод» в Санкт-Петербурге для Свято-Троицкой Сергиевой Лавры в г. Сергиев Посад.

По объёму производства в 18 в. на первое место выходит новый литейный материал - чугун, однако производство отливок из цветных металлов продолжает развиваться.

С 1910-1920 годов начинается широкое производство отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Примерно одновременно начинается освоение фасонного литья из специальных (алюминиевых, марганцевых, кремнистых и др.) бронз и латуней.

В 1920-1930 годах создаются цинковые сплавы, и развивается фасонное литьё под давлением.

В 1930-1940 годах получает развитие фасонное литьё из никелевых сплавов. Для плавки никелевых сплавов широко применяются электрические печи.

Развитие техники (автомобилестроение, авиация, ракетостроение, космические исследования, военная техника, судостроение) потребовало создания новых видов сплавов с особыми свойствами: жаростойких, жаропрочных, износостойких и других, что вызвало коренную перестройку технологии плавки и плавильного оборудования. В период 1950-1970 гг. были разработаны технологии плавки и литья титана и его сплавов, циркония, молибдена, вольфрама, хрома и др. тугоплавких металлов. Плавка тугоплавких металлов оказалась возможной только при использовании вакуумных дуговых печей, электронно-лучевых и плазменных печей. В настоящее время идёт освоение технологии плавки с применением лазерного луча.

Освоение производства новых сплавов потребовало применения новых формовочных материалов и новых специальных способов литья. Возрождается древний способ литья по выплавляемым моделям, позволяющий получать точные отливки с минимальной механической обработкой. В последнее время получило развитие изготовление литейных форм методом быстрого прототипирования. Сущность метода заключается в том, что с помощью лазерного луча и компьютерной программы вырезается модель из пенополистирола или других легкоплавких материалов, которая в дальнейшем может быть заформована и залита металлом. Для получения отливок типа тел вращения и отливок из сплавов с пониженной жидкотекучестью широко применяют центробежные машины. Разрабатываются и другие специальные способы получения отливок (литьё в оболочковые формы, литьё выжиманием, непрерывное литьё, литьё намораживанием и др.).

По мере развития производства отливок из цветных металлов и сплавов накапливаются знания о свойствах жидких металлов, закономерностях явлений, происходящих в плавильных печах, ковшах, литейных формах. Устанавливаются зависимости между качеством литого изделия и условиями плавки и литья.

Изучение закономерностей явлений, происходящих в процессе плавки металла и литья, изучение процессов кристаллизации и структурообразования сплавов при малых и больших скоростях охлаждения, установление зависимостей между качеством литого изделия, материалом и процессами, происходящими при плавке и заполнении литейных форм, составляет основное содержание науки о литейном производстве. Необходимость получения высокого качества литых заготовок привела к углублению научных исследований свойств жидких металлов, процессов, кристаллизации и структурообразования. Начало глубоким научным исследованиям в России положено в 1930-1940 гг. академиком Бочваром Андреем Анатольевичем.

Трудами учёного создано стройное учение о структуре и свойствах антифрикционных сплавов. Установлена связь между литейными свойствами сплавов и диаграммой состояния. Научные положения, созданные школой академика Бочвара А.А., позволяет установить причины многих явлений и особенности получения отливок различными методами. Большую роль в развитии науки о литье цветных металлов и сплавов сыграли научные труды академика Курнакова Н.С. Его работы в области физико-химического анализа сплавов послужили базой для создания диаграмм состав - литейные свойства.

В настоящее время производство отливок из цветных металлов и сплавов продолжает развиваться. Научные разработки проводятся в направлении создания сплавов с особыми свойствами: повышенной износостойкостью, жаропрочностью, антикоррозионными свойствами и др.), создания нового формообразующего оборудования с целью уменьшения припусков на механическую обработку, уменьшения толщины стенок литых заготовок и повышения уровня механизации и автоматизации процесса, а также создания новых методов плавки, обеспечивающих получение сплавов с особыми свойствами (вакуумная плавка, плазменная плавка, плавка с помощью лазерных лучей).

Проблема повышения качества заготовок неразрывно связана с проблемой снижения расхода металла. Стоимость цветных металлов непрерывно возрастает. Сейчас стоимость цветных металлов в 5-10 раз выше стоимости чугуна и стали. Поэтому одним из направлений развития литейного производства является разумное использование отходов цветных металлов. В настоящее время ведутся широкие исследования по разработке способов более широкого использования отходов цветных металлов в производстве, по разработке специальных методов рафинирования расплавов и по разработке технологии получения качественных заготовок.

В общем случае производство отливок включает в себя следующие основные технологические операции:

- подготовку шихтовых и формовочных материалов;

- плавку металла;

- приготовление формовочных смесей;

- изготовление литейных форм и стержней;

- заполнение литейных форм жидким металлом (заливка);

- затвердевание и охлаждение отливок в форме;

- выбивку, обрубку и очистку отливок;

- выявление и исправление дефектов отливок;

- термическую и механическую обработку отливок.

Литература к главе 1.

1.Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов.

/ Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков Е.Л. 2-е издание, дополненное и переработанное-М.: » МИСиС», 1996 г.

2.Книга о литье. Петриченко А.М. « Техника», Киев,1972.

3.Рубцов Н.Н. История литейного производства в СССР. Государственное научно –техническое издательство машиностроительной литературы. Москва – 1962.

4.Гини Э.Ч. Литейное производство в 20 веке. Анализ итогов. // Литейное производство.-2002.-№ 8.-С.4.

5.Литейное производство.-2005.-№ 4.

6.Литейщик России—2005 г. № .

7. Бех Н.И., Васильев В.А., Гини Э.Ч., Петриченко А.М. Мир художественного литья: Под общей редакцией В.А. Васильева-М.: Металлург,1997.

8. Журнал «Библиотечка литейщика» №5, 2005г.