§ 24. Изготовление отливок из сплавов

цветных металлов

1. Отливки из сплавов алюминия, содержащие 5... 13 % кремния (силумины),, полученные литьем в разовые и особенно в металличе­ские формы, отличаются высокими механическими свойствами. Присадка меди и магния позволяет упрочнять силумины не только измельчением структуры при вводе натрия перед заливкой, но и тер­мической обработкой. Эти сплавы применяют для литья высокона- груженных деталей двигателей. Силумин, содержащий 6...8 % кремния и 10...14 % цинка, также обладает хорошими литейными и механическими свойствами, высокой коррозионной и жаростой­костью. Применяют его для деталей автотракторных двигателей. В силумины перед заливкой формы для измельчения структуры вводят хлористые и фтористые соли натрия и калия в количестве до 2 % массы сплава, выдерживают около 15 мин в ковше и быстро разливают по формам.

Алюминиевые сплавы с добавкой меди (дуралюмины) обладают высокими механическими, но низкими литейными свойствами (низкая жидкотекучесть, склонность к появлению горячих тре­щин). Добавка до 0,7 % кремния, до 1,5 % магния, до 2 % никеля с одновременным доведением меди до 10 % повышают литейные свой­ства и жаропрочность дуралюмина, что позволяет отливать из него детали, работающие при высоких температурах (поршни, головки двигателей и др.).

Все литейные сплавы на алюминиевой основе имеют небольшую плотность (2,55...2,95 г/см³), невысокие температуры плавления (610...670 °С) и заливки (640...780 °С).

Формовочные и стержневые смеси для отливок из алюминиевых сплавов, имеющих повышенную усадку, должны обладать доста­точной податливостью. Поскольку алюминиевые сплавы имеют вы­сокую теплопроводность, при изготовлении форм следует применять разветвленную литниковую систему, подводя металл для тонко­стенных отливок через несколько питателей. Учитывая силь­ную окисляемость алюминиевых сплавов, форму следует зали­вать непрерывной струей во избежание образования оксидных плен.

Плавку алюминиевых сплавов производят в газовых или элек­трических тигельных печах, в пламенных отражательных и индук­ционных печах емкостью от 50 кг до 5... 10 т. В тигельных печах с различными способами нагрева плавят небольшое количество металла для мелких и средних отливок. На рис. III.30,в дана схема газовой тигельной печи, футерованной огнеупорной кладкой 6. Природный газ и воздух подают в горелку 7. Металл плавится в металлическом тигле 8. При плавке в металлических тиглях су­ществует опасность загрязнения алюминиевых сплавов железом. Поэтому стенки их перед плавкой покрывают защитными красками. Более качественный металл получают при плавке в индукционных печах, так как процесс йдет быстро, металл хорошо перемешивает­ся и меньше насыщается газами.

2. Отливки из сплавов магния. Сплавы на магниевой осневе небольшой плотности (1,75...1,90 г/см⁸) являются ценным кон­струкционным материалом. Они в 4,5 раза легче сплавов черных металлов и в 1,5 раза — алюминиевых. По удельной прочности сплавы на магниевой основе превосходят некоторые стали, чугуны и алюминиевые сплавы. Замена алюминиевых сплавов магниевы­ми уменьшает массу деталей на 25...30 % при сохранении их проч­ности, что особо важно в самолетостроении. Недостатком этих сплавов является легкая окисляемость как при производстве отли­вок, так и при их обработке и эксплуатации.

Литейные свойства магниевых сплавов ниже, чем алюминиевых. Литейные сплавы на магниевой основе можно разделить на три группы: с кремнием.(1... 1,5 %); с марганцем (1...2 %); с .алюминием (2...10 %) и цинком (0,2...3 %). Сплавы первых двух групп обла­дают низкими литейными свойствами и поэтому применяются для неответственных отливок простой формы. Сплавы третьей груп­пы, содержащие 2...7 % алюминия и 1,5...3 % цинка, имеют удов­летворительные, а содержащие 8... 10 % алюминия и 0,2... 1,5 % цинка — хорошие литейные свойства. Отливки из этих сплавов применяют в авиационной, автомобильной и приборостроительной промышленности. В последнее время используют новые магниевые сплавы, легированные Церием, неодимом, торием и другими редко­земельными элементами, которые улучшают их литейные свойства и свариваемость.

Формовочные и стержневые смеси для магниевых сплавов го­товят с добавкой 0,5...1 % борной кислоты и 0,25...3 % серы во избежание взрыва при реакции магния с влагой. Под действием температуры жидкого металла сера горит, образуя защитный газ, а борная кислота на поверхности формы и стержней образует гла­зурь, препятствующую контакту металла с влагой смеси.

В крупносерийном и массовом производстве отливок сплавы на магниевой основе лучше заливать в металлические формы и лишь в единичном производстве возможно применение разовых форм. Во избежание воспламенения магниевого сплава при соприкосновении с воздухом в процессе заливки струю опыляют порошком серы, образующим защитный сернистый газ.

Плавка магниевых сплавов имеет свои особенности, обуслов­ленные способностью магния в жидком состоянии легко взаимодей­ствовать с кислородом, влагой и азотом. При температурах более 800 °С магний с поверхности возгорается, так как его рыхлая оксидная пленка (в отличие от плотной оксидной пленки алюминия) не защищает металл от проникновения кислорода. Поэтому вести плавку на воздухе невозможно, а лишь в нейтральной атмосфере или под слоем флюса. В литейных цехах большее распространение получил второй способ плавки. Флюсы готовят на основе хлоридов и фторидов щелочных металлов. При плавке в тиглях сначала расплав­ляют флюс, а затем металлическую шихту погружают в жидкий флюс для предотвращения возгорания магния. Если готовый жидкий сплав сильно газонасыщен, то дегазацию осуществляют продувкой инерт­ного газа (аргона) или хлора. Перед заливкой в формы в магни­евые сплавы вводят углеродсодержащие вещества (графит, мел, мрамор, магнезит) для предотвращения крупнозернистой струк­туры.

3. Отливки из сплавов меди. Сплавы на медной основе обладают хорошими литейными и достаточно высокими механическими и ан­тифрикционными свойствами, но имеют высокую плотность (8,9... ...9,2 г/см³).

По химическому составу медные сплавы делят на бронзы и ла­туни. Оловянные бронзы содержат 2... 14 % олова, 4... 15 % цинка,

4. .30 % свинца. Олово повышает механические и антифрикцион­ные, цинк — литейные и свинец — антифрикционные свойства. Алюминиевые бронзы, получившие применение в промышленности, содержат 8... 10 % алюминия. Присадка к ним железа измельчает структуру, задерживая фазовую перекристаллизацию, которая приводит к образованию крупнозернистой хрупкой фазы. Алю­миниевые бронзы имеют большую усадку, чем оловянные, что уве­личивает опасность образования трещин в отливках. Эти бронзы стойки в пресной и морской воде, стойки против кавитации и по­этому их используют для литья гребных винтов крупных судов. Простые латуни, содержащие только цинк, в литейном производ­стве не применяются из-за низких литейных свойств и сильного испарения цинка, ухудшающего условия труда. Специальные ли­тейные латуни содержат меньше цинка, но имеют добавки других

элементов (кремний, марганец, алюминий и др.), которые повышают литейные и механические свойства латуни. Кремнистая латунь в ряде случаев успешно заменяет дорогие оловянные бронзы благодаря своим прекрасным литейным свойствам (особенно высо­кой жидкотекучести). Свинцовистая латунь является хорошим литейным сплавом для получения отливок методом литья под давле­нием и центробежным способом.

Формовочные и стержневые смеси для получения гладкой по­верхности отливок из медных сплавов готовят из мелкозернистого кварцевого песка. При производстве мелких бронзовых и латунных деталей в одной форме располагают несколько отливок с общими литниковой системой и стояком. Отливки из алюминиевых бронз имеют большую усадку, поэтому для их получения надо устанавли­вать прибыли и подводить металл к массивным сечениям отливки.

Плавку медных сплавов можно осуществлять в плавильных агрегатах, развивающих температуру до 1300 °С. Чаще всего ис­пользуют электродуговые печи (рис. III.30,г) емкостью 100... ...1000 кг. Дуга горит между горизонтально расположенными элек­тродами 9, расстояние между которыми поддерживается автомати­чески механизмом 10. Во время плавки печь покачивают с помощью механизма поворота печи 11, что перемешивает металл и ускоряет его прогрев благодаря соприкосновению с раскаленными стенками. При плавке бронз угар металла сравнительно невелик (1...2 %); латуни имеют повышенный угар (3...6 %) из-за испарения цинка. Поэтому плавить в этих печах латуни с содержанием цинка более 20 % экономически невыгодно. Латуни плавят в индукционных низкочастотных и тигельных печах, которые обеспечивают быструю плавку и меньшее испарение цинка. В литейных цехах медные сплавы плавят под слоем предварительно прокаленного древес­ного угля, который защищает металл от окисления, создавая вос­становительную атмосферу. Дегазацию готового расплава осу­ществляют продувкой осушенным азотом через графитные трубки. Расплав, обработанный азотом, содержит меньше водорода и ок­сидов, что повышает плотность отливок.