Модельная плита; 2 — металлическая модель; 3 — формо­вочная смесь; 4— оболочковая полуформа; 5 —толкатель; 6 — оболочковая форма; 7 — опока-контейнер; 8 — кварцевый песок

в Рис. 11.7. Схема получения блок-формы для литья по выплавляемым моделям:

а — металлическая пресс-форма; б — модели из легкоплавких материалов;в— литниковая система; г, д —модельный блок; е— керамическая блок-форма

имеет высокую производительность и заключается в следующем (рис. 11.7). Вначале изготавливают металлическую пресс-форму а, полость которой имеет конфигурацию и размеры будущего изделия с учетом литейной усадки и припуска на механическую обработку, если таковая предусмотрена. Затем с помощью этой пресс-формы из легкоплавких материалов (воска, парафина, церезина, стеарина и др.) отливают модели б. Из моделей в количестве от 2 до 100 шт. со­ставляют модельный блок г, д с единой литниковой системой в. Мо­дельный блок методом окунания покрывают керамической суспен­зией, состоящей из огнеупорного материала (пылевидного кварца, электрокорунда и др.) и связующего (гидролизованного раствора этилсиликата). Затем модельный блок посыпают кварцевым песком и сушат на воздухе. Повторив эти операции несколько раз, получают формы толщиной 5—8 мм. Далее путем нагрева до 80—90 °С из мо­
дельного блока выплавляют модельный состав, и модельный блок прокаливают при температуре 800—900°С. При прокаливании обо­лочка модельного блока превращается в прочную, газопроницаемую (так как из нее выгорают остатки модельного состава) керамическую блок-форму е. Сразу же после прокаливания блок-форму заливают расплавленным металлом. После кристаллизации и охлаждения ме­талла керамическую блок-форму разрушают, а отливки отделяют от литниковой системы и очищают.

При литье в металлические формы (кокили) литейные формы из­готавливают из чугуна или стали и используют их многократно (не­сколько тысяч раз). На рабочие поверхности полости кокиля для за­медления охлаждения отливки наносят теплозащитные покрытия толщиной 0,3—0,8 мм. В зависимости от литьевого металла и толщи­ны стенок отливки кокиль перед заливкой расплавленным металлом нагревают до 150—350 °С. После кристаллизации металла и охлажде­ния отливки кокиль раскрывают и из него выталкивается отливка. Затем процесс повторяют. У полученных отливок удаляют стержни, отделяют литниковую систему, очищают поверхности и в случае не­обходимости подвергают термической и механической обработкам. Основные достоинства этого метода — высокая точность размеров и малая шероховатость поверхности отливок; образование мелкозер­нистой структуры (что повышает механическую прочность), высо­кая производительность (так как все технологические процессы мо­гут быть механизированы и автоматизированы). К недостаткам относятся: высокая трудоемкость изготовления кокилей, отсутствие у стенок кокилей газопроницаемости, трудности изготовления отли­вок со сложными очертаниями и переходами из-за возможности формирования в этих местах трещин, образование цементита в по­верхностях чугунных отливок, что затрудняет последующую механи­ческую обработку.

Литьем под давлением получают отливки в кокилях, когда при литье и кристаллизации металла применяют значительные (до 40—100 МПа) давления, что исключает образование пустот и снижа­ет концентрацию поверхностных дефектов. Этим методом можно получать сложные по конфигурации и очень тонкие (толщина сте­нок до 0,8 мм) отливки без последующей механической обработки.

Центробежное литье — это литье в быстровращающиеся литей­ные формы: металлические, песчаные, оболочковые, по выплавляе­мым моделям. Под действием центробежных сил расплавленный ме­талл оттесняется к наружной поверхности формы, где затвердевает ровным слоем. Легкие примеси и газы оттесняются к внутренней по­верхности отливки. В результате этих процессов металл в отливке уплотняется и ее механические свойства улучшаются. Этим методом получают водопроводные и канализационные трубы, колеса, шкивы, зубчатые колеса и т. п. Преимущества те же, что и при литье в коки­ли, однако качество внутренней поверхности по причинам, изложен­ным выше, хуже, чем наружной.

11.3. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Обработка металлов давлением основана на их пластической дефор­мации под действием внешних сил, в результате которой металлическая заготовка приобретает определенную форму и размеры. В ходе пластиче­ской деформации зерна измельчаются, структура металла в целом улуч­шается и, как следствие, улучшаются механические свойства.

11.3.1. Общие сведения

Обработке металлов давлением (ОМД) поддаются только пла­стичные металлы и сплавы, а хрупкие (например, марганец, чугун) пластически не деформируются и поэтому к ним ОМД не применя­ют. Пластичность металлов (и сплавов) при нагревании повышается. Поэтому некоторые металлы и сплавы (например, свинец, алюми­ний, однофазная латунь) обычно подвергают ОМД в холодном со­стоянии, другие (например, сталь) — как в холодном, так и в горя­чем состоянии. При ОМД большая часть имеющихся в отливке микротрещин, пор и газовых раковин завариваются. В результате по­вышается плотность металлов, улучшается также их структура — ста­новится мелкозернистой с размерами кристаллитов от сотых до деся­тых долей миллиметра, в результате существенно улучшаются механические свойства. При этом образуется волокнистая структура с выраженной анизотропией механических, магнитных и электриче­ских свойств. Заготовки, получаемые ОМД для последующей меха­нической обработки, называют поковками.

При холодной ОМД в результате пластической деформации зерна (и блоки в них) измельчаются и вытягиваются в направлении наиболь­шего течения металла (рис. 11.8, а—в), а кристаллическая решетка ис­кажается (деформируется): в ней увеличиваются дефекты — возрастает плотность дислокаций и концентрация вакансий. Происходит упрочне­ние металла, называемое наклепом. Наклеп всегда образуется при холодной ОМД. Наклеп повышает твердость и предел прочности на разрыв а_в металлов, но снижает относительное удлинение перед раз­рывом 5 (пластичность) и вязкость (см. рис. 11.8, г, д), несколько по­нижает удельную электропроводность у и коррозионную стойкость. Чтобы металл не разрушался при дальнейшей деформации, на опреде­ленной стадии ОМД наклеп снимают рекристаллизационным отжи­гом. При отжиге стали, начиная от температуры 550 °С и выше, вытя­нутые в результате деформации зерна становятся равноосными. Они (и блоки в них) укрупняются, одновременно снижаются внутренние напряжения и значительно выпрямляется кристаллическая решетка. В результате повышаются удельная электропроводность у и пластич­ность при некотором снижении твердости и предела прочности на разрыв а_в (рис. 11.9). Рекристаллизационный отжиг уменьшает плотность дислокаций (с Ю¹⁰—10¹² см^-2 до 10⁶—10⁸ см^-2). Температура рекристаллизационного отжига углеродистой стали зависит от ее

Рис. 11.8. Структура и механические свойства стали (С = 0,09%) в зависимости от степени деформации (обжатия) ф, %: а— до деформации; б —ср = 35%; в —ср = 90%; г —зависимость а_в и 6 от ср;д —зависимость твердости по Виккерсу НУ от ср

состава и составляет 7^-650—700 41 Для меди наилучшей 7^ является температура примерно 500— 700 °С (температура начала за­метного отжига равна -200 °С), алюминия — 7^ = 330—370 °С (нача­ло заметного отжига при -150 °С). В общем виде для металлов = 0,4 Т_ш. В зависимости от температуры и времени отжига, степе­ни деформации ф, природы металла и т.д. величина зерна может уменьшиться или увеличиться. При уменьшении зерна существенно улучшаются механические свойства, но увеличивается р. При укруп­нении зерна у электротехнических сталей и технического железа улуч­шаются магнитные свойства.

Горячую ОМД осуществляют при температуре Т> Г_рекр, которая обычно равна (0,7—0,75) 7^. При этой температуре одновременно с деформацией происходит рекристаллизация, поэтому наклепа не об­разуется. При горячей ОМД зерна и расположенные между ними не­металлические включения (так же, как и при холодной ОМД) вытя­гиваются, и структура металла становится волокнистой. Поскольку при нагревании пластичность металлов увеличивается, горячую ОМД целесообразно применять для стальных отливок и трудноде-

Рис. 11.9. Структура и механические свойства наклепанной (обжатие = 90 %) стали (С = 0,09) в зависимости от температуры отжига:

Дата добавления: 2015-08-09