Плавка оловянных бронз в индукционных печах

Шихтой для приготовления литейных оловянных бронз служат либо готовые сплавы в чушках, либо чистые металлы. Последние из экономических соображений используют редко, в основном для деформируемых оловянных бронз.

Плавка оловянных бронз из шихты на основе чушковой бронзы состоит из четырех основных периодов: загрузка, расплавление, перегрева и рафинирующе-дегазирующей обработки расплава.

Независимо от типа печей время плавки должно быть минимальным, что обеспечивается оптимальными размерами шихту. Чем короче время плавки, тем ниже угар дефицитных цветных металлов, меньше опасность насыщения расплава газами.

Плавку в индукционных печах ведут в графито-шамотных либо в графито-карборудных тиглях. Тигли перед установкой в печь должны быть просушены и прокалены. При выплавки оловянных бронз из чистых металлов плавку начинают с расплавления меди, которую загружают в печь сразу полностью или по частям. плавку меди ведут форсировано под покровом древесного угля.

После расплавления всей шихты расплав перегревают до 1150...1200 ⁰С и вводят фосфористую медь. Присадки фосфора в оловянные бронзы, содержание цинка, благоприятно действуют на образование жидких фосфатов, легко удаляемых из расплавов по сравнению с твердыми, вязкими оксидами цинка.

Приготовление оловянных бронз производят с применением покрова из древесного угля либо из угля с солевыми добавками, улучшающими защитные свойства покровов. Если шихта загрязнена вредными примесями - алюминием, кремнием, магнием и др., то плавку полезно проводить с применением солевых жидких флюсов.

Дегазацию оловянных бронз от водорода проводят продувкой расплава осушенным азотом или аргоном, что является наиболее эффективным средством рафинирования бронз. Оптимальным считаются режимы продувки при интенсивности подачи азота 0,6...0,8 л/(мин*кг). Время продувки обычно составляет 3...10 мин в зависимости от емкости печи.

Получение отливок из оловянных бронз методом литья в песчаные формы

Для изготовления форм при литье медных сплавов в песчаные формы применяют смеси с более высокой прочностью в сыром и сухом состоянии. Необходимость этого вызывается опасностью размывания формы струей падающего металла и более высоким металлостатическим давлением на стенки формы, обусловленными большей плотностью медных расплавов. Необходимая прочность формовочных смесей обеспечивается повышенным содержанием глинистой составляющей и воды.

На отливках из оловянных бронз с температурой заливки 1100...1200 °С иногда образуется трудноудаляемый металлизиро­ванный пригар. Это связано с частичным химическим взаимо­действием оксидов, содержащихся в расплаве, с оксидами мате­риала формы, с образованием легкоплавких солей, а также вслед­ствие проникновения жидкого металла в поры формы ввиду вы­сокой жидкотекучести медных сплавов. Чем больше фосфора в бронзе и выше температура заливки, тем больше опасность обра­зования пригара в отливках, так как фосфор повышает жидкотекучесть оловянных бронз, снижает поверхностное натяжение и тем самым способствует проникновению расплава в тонкие межзеренные поры литейной формы. Образование пригара предотв­ращают добавкой в формовочные смеси углеродсодержащих до­бавок (мазута, сланцевых смол и др.), а рабочие поверхности су­хих форм для этих целей покрывают защитными красками.

В производстве отливок из медных сплавов применяют раз­личные конструкции литниковых систем в зависимости от спла­ва, габаритов, конфигурации и массы отливки. Как правило, ис­пользуют расширяющиеся литниковые системы с верхним боко­вым, сифонным (нижним) и щелевым подводом металла в фор­му. Выбор типа литниковой системы определяется также свой­ствами сплавов.

При получении отливок из бронз, не образующих прочных оксидных плен на поверхности расплава, применяют литнико­вые системы без шлакоуловителей сложной конструкции. Основ­ным требованием к таким литниковым системам является обес­печение спокойного заполнения полости формы металлом.

Для простых по конфигурации отливок (втулки, слитки) применяют верхние или дождевые литниковые системы с подводом металла в прибыль. В тех случаях, когда прибыль отсутствует, компенсация объемной усадки (от температуры заливки до температуры солидуса сплава) осуществляется литниковой системой. Питатели в таких систе­мах должны иметь большую площадь сечения; металл в них дол­жен кристаллизоваться после того, как закристаллизуется отлив­ка. Верхний подвод металла при литье оловянных бронз пред­почтителен потому, что сплавы с широким интервалом кристал­лизации практически трудно питать из массивных прибылей, по­этому для получения плотного металла в отливках необходимо обеспечить строгое направленное его затвердевание в форме снизу вверх.

При литье мелких отливок в опоках с вертикальным и горизонтальным разъемом применяют литниковые системы с нижнем подводом металла. Литниковую систему с сифонным и боковым рассредоточенным подводом металла применяют при изготовлении отливок сложной конфигурации.

Выбор температуры заливки зависит от конфигурации и массы отливки, а также от метода подвода металла в форму и конструкции литниковой системы. При верхнем подводе металла в форму температура заливки может быть снижена на 10...20 ⁰С по сравнению с сифонным подводом.

Для получения плотных отливок из медных сплавов рекомен­дуется направленное затвердевание с применением комбиниро­ванных способов питания массивных узлов от прибылей в соче­тании с наружными холодильниками. Усадочные пороки неболь­ших тепловых узлов отливки иногда удается устранить рацио­нальной установкой только одних холодильников, которые вы­равнивают скорости затвердевания этих узлов и примыкающих к ним более тонких сечений. Особенно эффективно использовать холодильники для создания направленного затвердения при по­лучении отливок из бронз с широким интервалом кристаллиза­ции (оловянные бронзы). Повышенная скорость затвердевания со стороны холодильника уменьшает рассредоточенную порис­тую зону, увеличивает толщину плотной литейной корки и повы­шает свойства металла. Наружные холодильники изготовляют из меди, графита, чугуна, стали. Поверхность холодильников покры­вают различными красками, чтобы они не приваривались к ме­таллу и обеспечивали гладкую поверхность отливки.

В практике при литье медных сплавов применяют открытые прибыли, прибыли с обогревом экзотермическими смесями, зак­рытые сферические прибыли, прибыли с атмосферным и газо­вым давлением. Более высокая эффективность прибылей с газо­вым и атмосферным давлением позволяет уменьшить их объем по сравнению с объемом открытых прибылей даже в случае обо­грева последних экзотермическими смесями.

Получение отливок из оловянных бронз методом литья в металлические формы (кокиль, центробежное литье).

Литье в кокиль позволяет получить более высококачественные отливки, особенно из оловянных бронз с широким интервалом кристаллизации, повышает выход годного (75...90 %) и коэффи­циент использования металла (КИМ). Скорость затвердевания расплава в кокиле в несколько раз превышает эту характеристику в песчаной форме и обеспечивает получение более плотного ме­талла; зона усадочной пористости уменьшается и концентриру­ется в осевой узкой зоне. Повышенная скорость затвердевания подавляет выделение газов из расплава при кристаллизации. Они остаются в пересыщенном растворе и не оказывают такого вред­ного влияния как газоусадочная пористость.

Кокиля изготовляют из чугуна, а металлические стержни из стали. Для увеличения срока службы форм и стержней иногда предусматривают их охлаждение водой. Сложные полости в от­ливках выполняют песчаными стержнями. Наиболее рациональ­но применять оболочковые стержни, получаемые с помощью го­рячего или холодного твердения, так как они обеспечивают вы­сокую точность геометрии отливки, минимальные припуски на обработку и высокое качество литой поверхности.

Заливку металла ведут в нагретые до 150...250 °С формы. Для облегчения извлечения отливок и охлаждения рабочей поверхно­сти полость формы перед заливкой смазывают суспензией машинного масла с 6 % графита. Для оловянных бронз используют литниковые системы с верхним подводом металла или осуществляют заливку через прибыль.

При разработке технологии литья в кокиль основное внимание уделяют созданию направленного затвердевания отливок в форме.

В целях снижения величины усадочных напряжений в отливках их извлекают из металлических форм сразу же после приобретения ими достаточной механической прочности.

Значительное распространение получил центробежный метод литья крупных, так и мелких заготовок из медных сплавов (например, в станкостроении этим методом отливается около 37 % всех заготовок). Центробежным методом получают крупные цилиндрические заготовки в виде цилиндрических барабанов из оловянной и алюминиевой бронз.Отливку производят на горизонтальных центробежных машинах в стальную изложницу, которая опирается на несколько ролико­вых опор. Изложница после заливки в нее бронзы охлаждается снаружи водой. Бо­лее мелкие цилиндрические заготовки отливают на горизонталь­ных машинах консольного типа. Для получения отливок с услож­ненными внутренними полостями применяют машины с верти­кальной осью вращения.