Особенности получения литых изделий из драгоценных сплавов

Метод центробежного литья имеет следующие преимущества:

1) возможность получения  отливок по моделям любой сложной  формы сравнительно простым способом;

2) значительное снижение  возможности образования усадочных раковин;

3) уменьшение расхода  металла из-за отсутствия прибылей, потребность в которых отпадает.

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливки происходят при вращении формы либо вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси. Этим достигается дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах. При центробежном литье можно использовать металлические, оболочковые и объемные керамические формы. Главная особенность процесса формирования отливок при центробежном способе литья заключается в том, что заполнение формы и затвердевание отливки происходят в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести.

Машины для центробежного литья должны обеспечивать вращение

форм с требуемой угловой скоростью, изменение числа оборотов формы в заданных условиями технологического процесса пределах, необходимые разгонные и тормозные характеристики; кроме того, они должны работать плавно, без вибраций, иметь прочные и удобные устройства для крепления и фиксации форм, устройства подогрева и охлаждения форм. Независимо от типа и конструктивного исполнения машины для центробежного литья имеют следующие основные узлы: привод вращения формы, опорные приспособления для крепления (или фиксации) формы, кожухи, служащими для обеспечения условий безопасной работы.

Принцип литья вакуумным всасыванием состоит в том, что расплав заполняет форму под действием разряжения, создаваемого в полости формы, и далее при затвердевании металла формируется отливка. Скорость заполнения формы расплавом можно регулировать, изменяя разность между атмосферным давлением и давлением в полости формы. Кроме общих преимуществ, характерных для способов литья под регулируемым давлением, литье вакуумным всасыванием имеет ряд своих достоинств, а именно: увеличенная заполняемость полости формы жидким металлом, что позволяет получать особо тонкостенные отливки, с толщиной стенки менее 1 мм; отсутствие необходимости герметизации печи с жидким металлом, что упрощает конструкцию установок и их обслуживание. Номенклатурой отливок для этого способа является широкий спектр ювелирных изделий, различающихся, как по массе, так и по геометрии. При литье вакуумным всасыванием улучшаются механические свойства отливок, что объясняется лучшими условиями питания. Форма может заполняться расплавом с требуемой скоростью. Расплав, заполнивший форму, затвердевает в условиях вакуума. Газы, содержащиеся в расплаве, могут из него выделяться, благодаря чему создаются условия для получения отливок без газовых раковин и пористости. Одновременно под действием давления воздуха на зеркало расплава, последний постоянно питает затвердевшую отливку, в результате чего она может быть получена плотной, без усадочных дефектов. Однако для получения плотных отливок без усадочных явлений необходима определенная согласованность интенсивности затвердевания и питания отливки, что реализуется на современном плавильно-литейном оборудовании. При применении метода литья вакуумным всасыванием используются машины, которые должны отвечать ряду требований. Основными требованиями при создании такого оборудования является наличие двух надежно герметизированных камер: для расплава и формы. Из выпускаемых в настоящее время машин полнее этому требованию отвечают установки, дополнительно оснащенные специальными модулями. Эти установки обеспечивают получение отливок методами литья вакуумным всасыванием, под низким давлением, с противодавлением, возможными комбинациями этих методов.

Анализ имеющихся в литературе данных показал, что время заполнения жидким металлом каналов литейной формы и время затвердевания отливок из сплавов золота и серебра в зависимости от их размеров и конфигурации дает возможность сделать некоторые выводы.

Время затвердевания частей отливок толщиной 0,2 - 0,6 мм равно или близко ко времени заполнения каналов литейной формы такого сечения жидким металлом. В этом случае лимитирующим фактором получения качественных отливок является гидродинамика движения жидкого металла по каналам литейной формы.

7. ВИДЫ БРАКА

 Основными видами брака  в тонких сечениях отливок  из сплавов золота и серебра будут некачественная поверхность, нечеткое воспроизведение формы, недоливы, включение частиц формовочной смеси и т.п.

Время затвердевания частей отливок толщиной более 1 мм значительно (в 10 - 100 раз) больше времени заполнения жидким металлом каналов литейной формы. В данном случае наибольшее развитие получают объемные изменения сплавов при их кристаллизации и взаимодействии расплава с литейной формой. Основными видами брака в таких сечениях будут усадочные раковины, усадочная пористость, газовая пористость и искажение формы изделия. Необходимыми условиями получения качественных отливок являются обеспечение возможности направленной кристаллизации расплава: правильная подготовка литейной формы, минимальная шероховатость поверхности рабочей полости литейной формы, а также ее оптимальные значения по газопроницаемости и газотворной способности. Полученные экспериментальные данные кинетики затвердевания отливок из сплавов золота ЗлСрМ585-80 позволяют сделать следующие выводы: градиент температур по сечению отливок весьма незначительный. Практически в жидкой фазе отливки устанавливается однородное по сечению температурное поле. Залитые металлом литейные формы охлаждают на воздухе. В процессе охлаждения в результате объемных изменений кремнеземисто-гипсовых формовочных смесей литейные формы растрескиваются, что значительно облегчает операцию выбивки опок и очистку отливок. На практике применяются охлаждение опок в воде для ускорения процесса выбивки опок и облегчения очистки отливок от остатков формовочной смеси, но в этом случае возможно искажение формы и трещинообразование на отливках. После извлечения блока из опоки отливки его очищают от остатков формовочной смеси с помощью травления в плавиковой кислоте (концентрация 20 - 40%) или в водном растворе трилона Б (0,05% кг/л) с едким натром (0,01 кг/л) при температуре 60 - 70 oС в течение 120 - 180 с. Затем следует операция промывки отливок в воде, отбел в 10%-м водном растворе серной кислоты, а для сплавов серебра при температуре 60 - 70 oС не более 300 с и снова промывка в воде и сушка в сушильном шкафу при температуре 100 - 120 oС. Отбеленная и просушенная блок-отливка подлежит разделке на отдельные детали. Результаты статистического анализа брака в ювелирном производстве показали следующие виды брака и причины его возникновения:

Недолив – отсутствие частей или деталей отливки, торцы недолитых деталей скруглены. Причина недоливов – нарушение температурных режимов прокалки керамической формы и нагрева расплава перед литьем; недостаточное количество расплава вследствие погрешностей при расчете шихты.

Неслитины – несплошность, немонолитность детали, наличие щелей или углублений с закругленными краями, слоистость детали. На микроструктуре дефектного металла выявляются сквозные или поверхностные щели с округлыми границами, структура металла по обеим сторонам неслитины может быть различной. Дефект вызван нарушением температурных режимов прокалки керамической формы и нагрева расплава перед литьем. Следы от шлака имеют вид вмятин и раковин с чистой рельефной поверхностью. Причина дефекта – попадание шлака в струю металла при литье и последующее полное или частичное его удаление при отбеле (травлении) отливки.

Пригар – наплавы неправильной формы с шероховатой поверхностью. На микрошлифе обнаруживаются включения частиц формовочной смеси в металле отливки. Дефект вызван осыпанием формовочной смеси.

Облой – плоский ободок неправильной формы вокруг отливки. Причина дефекта – наличие трещин в керамической форме.

Трещины – щели или углубления в теле отливки, имеющие ломаные края. На микрошлифе наблюдается разрыв с неровными краями. Дефект вызван наличием напряжений в отливке. Утяжины – сосредоточенная вогнутость на гладкой поверхности, контуры утяжины совпадают с контурами изделия. Утяжины вызваны недостаточным питанием отливки в период кристаллизации металла.

Усадочная пористость, рыхлость, раковины – скопление пор, раковин неправильной формы с изрезанными краями и поднутрениями. Причина брака – недостаточное питание отливки жидким металлом в период кристаллизации.

Газовая пористость – лунки, раковины сферической формы с гладкой поверхностью. Дефект связан с выделением газов с внутренней поверхности керамической формы, выделением газов из металла в момент кристаллизации, захватом газа при турубулентном течении струи расплава. Заливы – вытянутые в одном направлении выступы на поверхность отливки. Дефект вызван смещением половин резиновой пресс-формы при запрессовке воска или изнашиванием резиновой пресс-формы.

Корольки – сферические выступы на поверхности отливок. Возникновение дефекта связано с наличием на восковых моделях пузырьков воздуха, неудаленных при вакуумировании керамической массы.

Для устранения брака в первую очередь устанавливают и устраняют

причину его возникновения. При существующем технологическом процессе литья по выплавляемым моделям брак не должен превышать 10%. Следует отметить, что литейные свойства сплавов на основе золота и

серебра аналогичны сплавам на основе меди (латуни Л63 и др.). В связи с этим пробные отливки, отладку режимов отливки можно проводить на латунных сплавах.

8. ФАКТОРЫ ЛИТЬЯ

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 количестварасплава, 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 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.