Керамика из муллитокорунда, корундомуллита



Изделия для металлургии: тигли, вкладыши в изложницы

Короба для обжига керамики и металлов,изоляторы для электpонагревателей,тигли для плавки цветных металлов

Ø Температура эксплуатации - до 1750°С

Ø Разработанная технология обеспечивает получение деталей сложной конфигурации с регулируемой открытой пористостью

Ø Материалы обладают достаточной прочностью при рабочих температурах и прошли апробацию в промышленных условиях

 

Другое важное достоинство – точность получаемых отливок, обусловленная высокой жесткостью кокилей. Припуски на механическую обработку обычно снижаются в 2-3 раза, а иногда можно вообще обойтись без нее. Благодаря высокой теплопроводности кокилей отливки в них затвердевают быстро, что улучшает механические свойства металла: повышает его плотность, твердость, прочность. Если же остывание нужно замедлить, это тоже нетрудно сделать, покрывая кокиль термоизоляцией. Кокили прокладывают путь к полной механизации и автоматизации производства, поскольку полностью исключают трудоемкие операции формовки, сборки и выбивки форм.

Основной недостаток кокилей – их дороговизна, особенно для отливок причудливой формы. Но и тут намечается выход: разработаны способы сборки кокилей из дешевых стандартных элементов, из небольших механических «кирпичей», которые можно объединить в крупные блоки. В конечном счете, можно, наоборот, превратить эти кирпичи в тонкие цилиндрические иголки и, набивая ими опоки, получать кокили с любой конфигурацией. Литье в кокиль применяют в серийном и массовом производстве. Использование специальных литейных машин, полуавтоматов и автоматических линий повышает производительность труда по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы в 3-4 раза.

1.4 Литье по выплавляемым моделям (см. видеоприложение «HowItMade-BronzovyeSkulpturi.avi»)

Еще 4 тыс.лет назад в Вавилонии и Древнем Египте для отливки украшений и деталей оружия применялся метод восковой формовки, ставший прообразом современного способа литья по выплавляемым моделям. Всемирно известные «Персей с головой медузы» Бенвенуто Челлини, ленинградский «Медный всадник» и московский памятник Минину и Пожарскому были отлиты по восковым моделям.

Но если раньше этот способ применялся для изготовления уникальных изделий, то современная технология приспособила его к нуждам массового производства. Так, советские ученые и инженеры, удостоенные за это Ленинской премии, создали уникальную автоматическую линию для литья по выплавляемым моделям мелких отливок. При массе каждой отливки не больше 160 г годовая производительность линии составляет 2500 т, т.е. больше 10 млн. деталей!

Победное шествие нового варианта древней технологии в наши дни стало возможно благодаря успехам химии кремнийорганических соединений, а именно, разработке промышленного метода получения этилсиликата, исходного материала для связующих растворов, склеивающих огнеупорную пыль в прочные литейные формы.

Литье по выплавляемым моделям широко применяется для изготовления отливок сложной конфигурации из сплавов практически любых составов. Этим способом отливки изготавливают в неразъемных формах, выполненных по точным неразъемным моделям. Материал формы в виде суспензии наносится на модель из легкоплавкого модельного состава и образует керамическую оболочку. При нагреве модельный состав расплавляется и вытекает из полости формы. Таким образом, каждая модель служит для изготовления только одной формы. Отсутствие разъемов в форме и удаление модели путем выплавления обеспечивает повышенную точность литья, благодаря отсутствию перекосов, смещения отдельных частей формы и др. Точность отливок по выплавляемым моделям достигает +0,05 мм на 25 мм длины отливки, а толщина стенок может составлять 0,3-0,8 мм. Модельные составы, применяемые в промышленности, разнообразны и обычно состоят из 2-3 компонентов, основными из которых являются стеарин, парафин, буроугольный воск, этилцеллюлоза, полистирол и др. Модельные составы плавят в автоклавах или термостатах, снабженных приспособлениями для перемешивания. Заполнение пресс-форм модельным составом производят заливкой из автоклава под давлением или специальным шприцем. После затвердения легкоплавкие модели извлекают из пресс-форм и зачищают. Мелкие модели объединяют в блоки с общей литниковой системой. Затем на модели наносят 3–6 слоев (толщина стенки 4–8 мм) огнеупорного покрытия. Покрытие представляет собой жидкую суспензию, состоящую из 60-70% природного пылевидного кварца или молотого, тонкодисперсного кварцевого песка и 30-40% связующего вещества. Связующим обычно служит гидролизованный раствор этилсиликата, получаемый путем гидролиза технического (С2Н5О)4Si в присутствии растворителей ацетона или этилового спирта. Из полученной керамической литейной формы выплавляют модель. Выплавление производят горячей водой, паром или горячим воздухом (120-150°С). Освобожденные от моделей формы помещают в опоки или контейнеры, засыпают снаружи сухим прокаленным песком, уплотняют и прокаливают в электрических печах при 900-970 °С в течение 4-7 ч. При этом происходит выгорание остатков модельного состава и обжиг керамической формы. После прокаливания готовые формы в горячем состоянии подают под заливку металлом. Литьем по выплавляемым моделям получают отливки высокой точности и чистоты поверхности.

Применение магнитного поля позволило заменить технологический процесс литья по выплавляемым моделям на литье по выжигаемым моделям, изготавливаемым из легкообрабатываемого пенопласта.

Итак, на дно опоки, вставленной внутрь соленоида, присоединенного к сети переменного тока, высыпают слой железного порошка, кладут на него пенопластовую модель с литником и засыпают ее доверху, затем включают ток, превращающий железный порошок в монолит, и заливают металл, мгновенно сжигающий пенопласт. Как только отливка чуть затвердеет, ток выключают, и форма вновь рассыпается в порошок. Поверхность отливок получается безупречной, до мельчайших подробностей воспроизводящей даже фактуру моделей.

Установка представляет собой конвейер с опоками, проходящий сквозь мощное электромагнитное поле. Как уже говорилось, опоки остаются в зоне действия поля до образования тонкой металлической корочки на расплаве, после чего конвейер делает очередной шаг, и отливка легко извлекается из потерявшего монолитность железного порошка. На установке успешно отливались магниевые блоки для автомобильных двигателей, причем, качество не уступало кокильному литью. Отсутствие же дорогостоящих кокилей, простота и универсальность магнитных форм позволило снизить себестоимость продукции ровно вдвое. И никаких отходов, никаких установок для регенерации литейной земли – идеальный с точки зрения охраны окружающей среды технологический процесс, в котором расходовался главным образом жидкий металл, превращавшийся в готовые отливки.

1.5 Литье под давлением

Литье под давлением – это, фактически, то же литье в металлические формы. Но дополнительное воздействие на расплав давлением, иногда в несколько тысяч атмосфер, существенно расширяет технологические возможности. Так, давление с большой скоростью (до 12 м/с) «загоняющее» расплав за десятые, а то и сотые доли секунды в стальную пресс-форму, заставляет его заполнить самые узкие каналы. Это позволяет получать отливки сложнейшей формы, с тонкими ребрами, с повышенной на 25-40% прочностью благодаря высокой плотности и мелкозернистому строению, обусловленному быстрым затвердеванием расплава в форме.

По способу создания давления можно выделить разновидности этого процесса: литье под поршневым (рис. 2.2) и газовым давлением, вакуумное всасывание, литье выжиманием, жидкая штамповка, кристаллизация под сверхвысоким давлением, кристаллизация в электромагнитных полях. Наиболее распространено формообразование под поршневым давлением при использовании литейных машин и компрессорного действия.

Рисунок 2.2 – Схема поршневой машины для литья под давлением с горячей камерой сжатия:

1 – тигель; 2 – камера сжатия; 3 – плунжер; 4 – отверстия для подвода жидкого металла в камеру сжатия; 5 – соединительный канал; 6 – пресс-форма.

В поршневых машинах с горячей камерой сжатия (рис. 2.2) жидкий металл из ковша заливают в тигель или ванну, подогреваемую извне, для поддержания требуемой температуры расплава. В ванне смонтирована камера сжатия с поршнем, соединенная каналом с литейной формой. При опускании поршня жидкий металл по соединительному каналу нагнетается в полость формы. После затвердевания отливки поршень возвращают в исходное положение, форму раскрывают для извлечения отливки, и рабочий цикл повторяют вновь. Однако пока оно применимо главным образом для получения тонкостенных деталей из цветных сплавов. Увеличение стенки отливки до 6 мм и выше обычно приводит к газовой пористости.

По сравнению с другими методами литье под давлением экономит 30-50% металла (по массе) и часто в десятки раз снижает общую трудоемкость изготовления детали. Основные направления его развития – использование новых, особенно бесконтактных, способов создания избыточного давления, усовершенствование соответствующих машин, увеличение массы и габаритов литья, повышение точности отливок, их армирование, автоматизация операций и др.

Механической обработки при этом способе практически не требуется; высокие точность размеров, чистота поверхности пресс-формы и давление обеспечивают столь же высокие точность и гладкость отливки. Все операции формовки, сборки и выбивки форм отпадают, ибо сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются самой литьевой машиной. В сочетании с быстрым затвердением расплава в пресс-форме это делает процесс литья под давлением высокопроизводительным и позволяет полностью его автоматизировать.

С научных позиций процесс литья под давлением впервые рассмотрен академиком А.А. Бочваром и профессором А.Г. Спасским, которые показали, что давление улучшает питание междендритных и внутридендритных несплошностей, а это, в свою очередь, уменьшает пористость и объем усадочной раковины. Однако одновременно наблюдается и другой эффект – значительное измельчение зерна. Чем можно объяснить это? Прежде всего отметим, что, обсуждая влияние давления на свойства кристаллизующих отливок, нужно различать собственно кристаллизацию под давлением (до 300 МН/м2) и кристаллизацию под сверхвысоким давлением (более 300 МН/м2).

Необходимость такого разделения очевидна, ибо при достижении давления порядка 100-300 МН/м2 механизм кристаллизации, вероятно, изменяется мало, так же, как и температура плавления металла или сплава.

Изменение же давления в пределах, наиболее просто реализуемых техникой, т.е. в пределах 0,5-1 МН/м2, конечно, не влияет заметно на температуру начала кристаллизации. Тем не менее, в этом диапазоне влияние давления особенно эффективно. Можно полагать, что здесь действуют несколько факторов.

Во-первых, резко меняется скорость кристаллизации в связи с исчезновением воздушного зазора между кристаллизатором и отливкой. Во-вторых, по мнению некоторых исследователей, изменяется коэффициент теплопередачи между кристаллом и расплавом, так как там выделяется слой дисперсных пузырьков газа. Однако особенно важно, по-видимому, изменение здесь межфазной энергии, ибо работами ученого С.И. Попеля показано, что межфазное напряжение существенно зависит от давления, причем характер его изменения связан с поверхностной активностью того или иного элемента. Отсюда следует, что влияние давления на структуру многокомпонентных сплавов не может быть однозначным, а зависит от наличия и концентрации поверхностно-активных элементов.

Наконец, укажем еще одно важное явление, которое должно иметь место при кристаллизации под давлением. При увеличении давления расплав проникает в трещины, отчего резко сокращается вероятность их возникновения вследствие концентрации напряжений.

Оценивая в целом возможности направленного воздействия на кристаллизацию, следует отметить, что давление – один из наиболее результативных факторов внешних воздействий, тем более что фактор этот может использоваться в широком диапазоне – от вакуума до тысяч атмосфер, тогда как возможности изменения, например, температуры или времени ограничены.

Сейчас литьем под давлением получают детали массой от нескольких граммов до нескольких килограммов, главным образом из алюминиевых, медных, цинковых и магниевых сплавов. Чаще всего это детали автомобилей, тракторов, самолетов, шестерни, панели и элементы приборов, имеющие развитую поверхность размерами менее метра.

Точность размеров отливок и их шероховатость при литье под давлением зависит от точности и чистоты поверхности пресс-форм. Наиболее качественно литьем под давлением могут быть получены отливки с небольшой (1,5-3,0 мм) и равномерной толщиной стенок.

1.6 Центробежное литье

Чтобы создать давление на жидкий металл, не обязательно иметь поршень или сжатый воздух. Можно использовать центробежные силы, возникающие при быстром вращении формы. Под действием центробежной силы расплав быстро и равномерно распределяется по литейной форме, прижимаясь к стенкам, отливка уплотняется, не давая образоваться усадочным раковинам, отливка очищается от неметаллических загрязнений. Этим способом можно получать пустотелые отливки (трубы, кольца, втулки, гильзы для цилиндров двигателей внутреннего сгорания и пр.). Этим способом можно получать изделия двухслойными. Например: при литье труб сначала в форму заливается обычный чугун (дешевый), а затем уже легированный. В результате внутренний слой трубы получается более прочным, износостойким, с улучшенными антикоррозионными свойствами, а сама труба обходится гораздо дешевле, чем если бы ее всю отлили из дорогостоящего сплава.

В зависимости от размеров и конфигурации отливки применяют центробежные машины с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Центробежные установки с вертикальной осью вращения (а), горизонтальной осью вращения (б) и для литья центрифугированием (в)

 

Машины с вертикальной осью вращения применяют для получения отливок небольшой высоты и сравнительно большого диаметра (кольца). При вращении формы по вертикальной оси внутренняя свободная поверхность расплавленного металла принимает очертания параболоида вращения, и отливка по высоте получается разностенной. Чем меньше скорость вращения, тем больше разностенность. Поэтому число оборотов формы рассчитывают таким образом, чтобы при заданной высоте отливки разностенность не превышала припуска на механическую обработку. Практически скорость вращения форм составляет 600–800 об/мин. Центробежные машины с горизонтальной осью вращения применяют для получения отливок большой длины при малом диаметре. Вращение по горизонтальной оси позволяет получить равностенные отливки, но при большой длине труднее обеспечить заданные размеры внутреннего диаметра отливки. Необходимая скорость вращения формы зависит от наружного диаметра и толщины стенки отливки. Кроме того, скорость вращения формы должна быть достаточной для обеспечения необходимого внутреннего давления расплавленного металла, чтобы отливка получилась плотной. Обычно скорость вращения на горизонтальных машинах находится в пределах 600–1200 об/мин.

Отливки, получаемые методами центробежного литья, в наружных слоях имеют плотную мелкозернистую структуру и повышенные механические свойства.

Следует указать на возможность получения тонкостенных отливок даже из сплавов с низкой жидкотекучестью, а также на высокую производительность установок. Недостатки способа – трудность получения однородных по сечению отливок из сплавов, склонных к ликвации, неточность диаметра внутренней полости отливок, загрязнение этой полости ликватами и неметаллическими включениями, а также ограниченные размеры отливок, ибо вращение значительных масс требует не только больших затрат энергии, но и сопряжено с опасностью разрушения оборудования.

Факторы, ограничивающие скорость вращения: сложность конструкции машин и опасность для обслуживающего персонала. По этим причинам весьма перспективно использование вращающегося электромагнитного поля, создаваемого статором. Здесь жидкий металл играет роль ротора асинхронного двигателя и вращается пропорционально напряженности поля. Способ позволяет получать втулки и трубы при отсутствии вращения формы. Отметим, что устройство для электромагнитного бесконтактного вращения расплава способно к реверсу поля, что приводит к измельчению структуры и существенному улучшению свойств металла.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 994; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!