Алюміній і його сплави. Особливості отримання виливків

Реферат виконав студент 2-го курсу факультету автомобілебудування,

група: 4ЗАА5 Кабанов А. М.

Московський Державний Технічний Університет МАМІ

Москва 2010р.

Введення

Досягнення промисловості в будь-якому розвинутому суспільстві незмінно пов'язані з досягненнями технології конструкційних матеріалів і сплавів. Якість обробки та продуктивність виготовлення виробів є найважливішими показниками рівня розвитку держави.

Матеріали, вживані в сучасних конструкціях, крім високих міцнісних характеристик повинні володіти комплексом таких властивостей, як підвищена корозійна стійкість, жароміцність, теплопровідність і електропровідність, тугоплавкі, а так само здатність зберігати ці властивості в умовах тривалої роботи під навантаженнями.

Наукові розробки та виробничі процеси в області ливарного виробництва кольорових металів в нашій країні відповідають передовим досягненням науково-технічного прогресу. Їх результатом, зокрема, стало створення сучасних цехів кокильного лиття та лиття під тиском на Волзькому автомобільному заводі та ряді інших підприємств. На Заволзькому моторному заводі успішно працюють великі машини лиття під тиском і зусиллям замикання прес-форми 35 МН, на яких отримують блоки циліндрів з алюмінієвих сплавів для автомашини В«ВолгаВ».

На Алтайському моторному заводі освоєна автоматизована лінія з отримання виливків литтям під тиском. У Радянському Союзі вперше в світі розроблений і освоєний процес безперервного лиття злитків з алюмінієвих сплавів в електромагнітний кристалізатор. Цей спосіб істотно підвищує якість злитків і дозволяє знизити кількість відходів у вигляді стружки при їх обточуванні.

Назва та історія відкриття.

Латинське aluminium походить від латинського ж alumen, що означає галун (сульфат алюмінію і калію (K) KAl (SO4) 2.12 H2O), які здавна використовувалися при виправленні шкір і як в'яжучий засіб. Al, хімічний елемент III групи періодичної системи, атомний номер 13, атомна маса 26, 98154. Через високу хімічної активності відкриття та виділення чистого алюмінію розтягнулося майже на 100 років. Висновок про те, що з квасцов може бути отримана В«земляВ» (Тугоплавка речовина, по-сучасному - оксид алюмінію) зробив ще в 1754р. німецький хімік А. Маркграф. Пізніше виявилося, що така ж В«земляВ» може бути виділена з глини, і її стали називати глиноземом. Отримати металевий алюміній зміг тільки в 1825р. датський фізик Х. К. Ерстед. Він опрацював амальгамою калію (сплавом калію (K) з ртуттю (Hg)) хлорид алюмінію AlCl3, який можна було отримати з глинозему, і після відгонки ртуті (Hg) виділив сірий порошок алюмінію.

Тільки через чверть століття цей спосіб вдалося трохи модернізувати. Французький хімік А. Е. Сент-Клер Девіль в 1854 році запропонував використовувати для отримання алюмінію металевий натрій (Na), і отримав перші злитки нового металу. Вартість алюмінію була тоді дуже висока, і з нього виготовляли ювелірні прикраси.

Промисловий спосіб виробництва алюмінію шляхом електролізу розплаву складних сумішей, що включають оксид, фторид алюмінію і інші речовини, незалежно один від одного розробили в 1886 році П. Еру (Франція) і Ч. Хол (США). Виробництво алюмінію пов'язано з високою витратою електроенергії, тому у великих масштабах воно було реалізовано тільки в 20-му столітті. У Радянському Союзі перший промисловий алюміній був отриманий 14 травня 1932 року на Волховському алюмінієвому комбінаті, побудованому поряд з Волховської гідроелектростанцією.

Алюміній чистотою понад 99, 99% вперше був отриманий електролізом в 1920р. У 1925 р. в роботі Едвардса опубліковані деякі відомості про фізичних та механічних властивостях такого алюмінію. У 1938р. Тейлор, Уїллер, Сміт і Едвардс опублікували статтю, в якої наведені деякі властивості алюмінію чистотою 99, 996%, отриманого під Франції також електролізом. Перше видання монографії про властивості алюмінію вийшло в світ в 1967р.

В наступні роки завдяки порівняльній простоті отримання і привабливим властивостям опубліковано багато робіт про властивості алюмінію. Чистий алюміній знайшов широке застосування в основному в електроніці - від електролітичних конденсаторів до вершини електронної інженерії - мікропроцесорів; в Кріоелектроніка, кріомагнетіке.

Більш новими способами отримання чистого алюмінію є метод зонної очистки, кристалізація з амальгам (сплавів алюмінію з ртуттю) і виділення з лужних розчинів. Ступінь чистоти алюмінію контролюється величиною електроопору при низьких температурах.

В Нині використовується наступна класифікація алюмінію по ступені чистоти:

Позначення Зміст алюмінію за масою,% Алюміній промислової чистоти 99, 5 - 99, 79 Високочистий алюміній 99, 80 - 99, 949 надчистих алюміній 99, 950 - 99, 9959 особливо чисті алюміній 99, 9960 - 99, 9990 ультрачистої алюміній понад 99, 9990

Загальна характеристика алюмінію.

Природний алюміній складається з одного нукліда 27Al. Конфігурація зовнішнього електронного шару 3s2p1. Практично у всіх з'єднаннях ступінь окислення алюмінію +3 (Валентність III). Радіус нейтрального атома алюмінію 0, 143 нм, радіус іона Al3 + 0, 057 нм. Енергії послідовної іонізації нейтрального атома алюмінію дорівнюють, відповідно, 5, 984, 18, 828, 28, 44 і 120 еВ. За шкалою Полінга електронегативність алюмінію 1, 5.

Алюміній - М'який, легкий, сріблясто-білий метал, кристалічна решітка якого кубічна гранецентрована, параметр а = 0, 40403 нм. Температура плавлення чистого металу 660 В° C, температура кипіння близько 2450 В° C, щільність 2, 6989 г/см3. Температурний коефіцієнт лінійного розширення алюмінію близько 2, 5.10 -5 К-1.

Хімічний алюміній - доволі активний метал. На повітрі його поверхня миттєво покривається щільною плівкою оксиду Al2О3, яка перешкоджає подальшому доступу кисню (O) до металу і приводить до припинення реакції, що обумовлює високі антикорозійні властивості алюмінію. Захисна поверхнева плівка на алюмінії утворюється також, якщо його помістити в концентровану азотну кислоту.

З іншими кислотами алюміній активно реагує:

6НСl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,

3Н2SO4 + 2Al = Al2 (SO4) 3 + 3H2.

Алюміній реагує з розчинами лугів. Спочатку розчиняється захисна оксидна плівка:

Al2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na [Al (OH) 4].

Потім протікають реакції:

2Al + 6H2O = 2Al (OH) 3 + 3H2,

NaOH + Al (OH) 3 = Na [Al (OH) 4],

або сумарно:

2Al + 6H2O + 2NaOH = Na [Al (OH) 4] + 3Н2,

і в результаті утворюються алюмінати: Na [Al (OH) 4] - алюмінат натрію (Na) (Тетрагідроксоалюмінат натрію), К [Al (OH) 4] - алюмінат калію (K) (Терагідроксоалюмінат калію) або ін Так як для атома алюмінію в цих з'єднаннях характерно координаційне число 6, а не 4, то дійсні формули зазначених тетрагідроксосоедіненій наступні:

Na [Al (OH) 4 (Н2О) 2] і К [Al (OH) 4 (Н2О) 2].

При нагріванні алюміній реагує з галогенами:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,

2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.

Цікаво, що реакція між порошками алюмінію та йоду (I) починається при кімнатній температурі, якщо у вихідну суміш додати кілька крапель води, яка в даному випадку відіграє роль каталізатора:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Взаємодія алюмінію з сіркою (S) при нагріванні приводить д...о утворення сульфіду алюмінію:

2Al + 3S = Al2S3,

який легко розкладається водою:

Al2S3 + 6Н2О = 2Al (ОН) 3 + 3Н2S.

З воднем (H) алюміній безпосередньо не взаємодіє, однак непрямими шляхами, наприклад, з використанням алюмінійорганіческіх з'єднань, можна синтезувати твердий полімерний гідрид алюмінію (AlН3) х - найсильніший відновник.

В вигляді порошку алюміній можна спалити на повітрі, причому утворюється білий тугоплавкий порошок оксиду алюмінію Al2О3.

Висока міцність зв'язку в Al2О3 обумовлює велику теплоту його освіти з простих речовин і здатність алюмінію відновлювати багато метали з їх оксидів, наприклад:

3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe і навіть

3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са.

Такий спосіб отримання металів називають алюминотермии.

Знаходження в природі

За поширеності в земній корі алюміній займає перше місце серед металів і третє місце серед всіх елементів (після кисню (O) і кремнію (Si)), на його частку припадає близько 8, 8% маси земної кори. Алюміній входить у величезне число мінералів, головним чином, алюмосилікатів, і гірських порід. З'єднання алюмінію містять граніти, базальти, глини, польові шпати та ін Але ось парадокс: при величезному числі мінералів і порід, що містять алюміній, родовища бокситів - головного сировини при промисловому отриманні алюмінію, досить рідкісні. У Росії родовища бокситів є в Сибіру і на Уралі. Промислове значення мають також алуніти і нефеліни. В якості мікроелемента алюміній присутній в тканинах рослин і тварин. Існують організми - концентратори, накопичують алюміній в своїх органах, - деякі плауни, молюски.

Промислове отримання: при промисловому виробництві боксити спочатку піддають хімічній переробці, видаляючи з них домішки оксидів кремнію (Si), заліза (Fe) та інших елементів. В результаті такої переробки одержують чистий оксид алюмінію Al2O3 - Основна сировина при виробництві металу електролізом. Однак через те, що температура плавлення Al2O3 дуже висока (понад 2000 В° C), використовувати його розплав для електролізу не вдається.

Вихід вчені та інженери знайшли в наступному. У електролізної ванні спочатку розплавляють кріоліт Na3AlF6 (температура розплаву трохи нижче 1000 В° C). Кріоліт можна отримати, наприклад, при переробці нефелінів Кольського півострова. Далі в цей розплав додають трохи Al2О3 (до 10% по масі) і деякі інші речовини, улучающіе умови проведення наступного процесу. При електролізі цього розплаву відбувається розкладання оксиду алюмінію, кріоліт залишається в розплаві, а на катоді утворюється розплавлений алюміній:

2Al2О3 = 4Al + 3О2.

Алюмінієві сплави

Більшість металевих елементів сплавляються з алюмінієм, але тільки деякі з них відіграють роль основних легуючих компонентів у промислових алюмінієвих сплавах. Тим не менш, значне число елементів використовують як добавок для поліпшення властивостей сплавів. Найбільш широко застосовуються:

Берилій додається для зменшення окислювання при підвищених температурах. Невеликі добавки берилію (0, 01 - 0, 05%) застосовують в алюмінієвих ливарних сплавах для поліпшення плинності у виробництві деталей двигунів внутрішнього згоряння (Поршнів і головок циліндрів).

Бор вводять для підвищення електропровідності і як рафінуючі добавку. Бор вводиться в алюмінієві сплави, використовувані в атомній енергетиці (крім деталей реакторів), тому він поглинає нейтрони, перешкоджаючи поширенню радіації. Бор вводиться в середньому в кількості 0, 095 - 0, 1%.

Вісмут. Метали з низькою температурою плавлення, такі як вісмут, свинець, олово, кадмій вводять в алюмінієві сплави для поліпшення оброблюваності різанням. Ці елементи утворюють м'які легкоплавкі фази, які сприяють ламкості стружки і змазування різця.

Галій додається в кількості 0, 01 - 0, 1% в сплави, з яких далі виготовляються витрачаються аноди.

Залізо. У малих кількостях (В»0, 04%) вводиться при виробництві проводів для збільшення міцності і покращує характеристики повзучості. Так само залізо зменшує прилипання до стінок форм при литті в кокіль.

Індій. Добавка 0, 05 - 0, 2% упрочняют сплави алюмінію при старінні, особливо при низькому вмісті міді. Індієвий добавки використовуються в алюмінієво-кадмієвих підшипникових сплавах.

Приблизно 0, 3% кадмію вводять для підвищення міцності і поліпшення корозійних властивостей сплавів.

Кальцій надає пластичність. При вмісті кальцію 5% сплав володіє ефектом надпластичності.

Кремній є найбільш використовуваною добавкою у ливарних сплавах. У кількості 0, 5 - 4% зменшує схильність до тріщин. Поєднання кремнію з магнієм роблять можливим термоуплотненіе сплаву.

Магній. Добавка магнію значно підвищує міцність без зниження пластичності, підвищує зварюваність і збільшує корозійну стійкість сплаву.

Мідь упрочняет сплави, максимальне зміцнення досягається при вмісті міді 4 - 6%. Сплави з міддю використовуються у виробництві поршнів двигунів внутрішнього згоряння, високоякісних литих деталей літальних апаратів.

Олово покращує обробку різанням.

Титан. Основне завдання титану в сплавах - подрібнення зерна в виливках і злитках, що дуже підвищує міцність і рівномірність властивостей у всьому обсязі.

Хоча алюміній вважається одним з найменш благородних промислових металів, він досить стійкий у багатьох окисних середовищах. Причиною такої поведінки є наявність безперервної окісної плівки на поверхні алюмінію, яка негайно утворюється знову на зачищених ділянках при впливі кисню, води та інших окислювачів.

В більшості випадків плавку ведуть на повітрі. Якщо взаємодія з повітрям обмежується утворенням на поверхні нерозчинних у розплаві з'єднань і виникаюча плівка цих з'єднань істотно сповільнює подальше взаємодія, то зазвичай не приймають жодних заходів для придушення такого взаємодії. Плавку в цьому випадку ведуть при прямому контакті розплаву з атмосферою. Так чинять при приготуванні більшості алюмінієвих, цинкових, олов'яно - Свинцевих сплавів.

Простір, в якому протікає процес плавки сплавів, обмежується вогнетривкої футеровкою, здатної витримувати температури 1500 - 1800 Лљ С. У всіх процесах плавки бере участь газова фаза, яка формується в процесі згоряння палива, взаємодіючи з навколишнім середовищем і футеровкою плавильного агрегату і т.п.

Більшість алюмінієвих сплавів мають високу корозійну стійкість в природній атмосфері, морській воді, розчинах багатьох солей і хімікатів і в більшості харчових продуктів. Конструкції з алюмінієвих сплавів часто використовують в морській воді. Морські бакени, рятувальні шлюпки, судна, баржі будуються з сплавів алюмінію з 1930 р. В даний час довжина корпусів кораблів із сплавів алюмінію досягає 61 м. Існує досвід алюмінієвих підземних трубопроводів, сплави алюмінію володіють високою стійкістю до грунтової корозії. У 1951 році на Алясці був побудований трубопровід довжиною 2, 9 км. Після 30 років роботи не було виявлено жодної течі або серйозного пошкодження через корозію.

Алюміній у великому обсязі використовується в будівництві у вигляді облицювальних панелей, дверей, віконних рам, електричних кабелів. Алюмінієві сплави не схильні до сильної корозії протягом тривалого часу при контакті з бетоном, будівельним розчином, штукатуркою, особливо якщо конструкції не піддаються частому намоканню. При частому намоканні, якщо поверхня алюмінієвих виробів не була додатково оброблена, він може темніти, аж до почорніння в промислових містах з великим вмістом окислювачів в повітрі. Для уникнення цього випускаються спеціальні сплави для отримання блискучих поверхонь шляхом блискучого анодування - нанесення на поверхню металу оксидної плівки. При цьому поверхні можна надавати безліч кольорів і відтінків. Наприклад, сплави алюмінію з кремнієм дозволяють отримати гаму відтінків, від сірого до чорного. Золотий колір мають сплави алюмінію ...з хромом.

Промисловий алюміній випускається у вигляді двох видів сплавів - ливарних, деталі з яких виготовляються литтям, і деформаційні - сплави, що випускаються у вигляді деформівних напівфабрикатів - листів, фольги, плит, профілів, дроту. Виливки з алюмінієвих сплавів отримують всіма можливими способами лиття. Найбільш поширене лиття під тиском, в кокіль і в піщано-глинисті форми. При виготовленні невеликих партій застосовується лиття в гіпсові комбіновані форми і лиття по виплавлюваних моделях. З ливарних сплавів виготовляють литі ротори електромоторів, литі деталі літальних апаратів та ін Деформуючі сплави використовуються в автомобільному виробництві для внутрішньої обробки, бамперів, панелей кузовів і деталей інтер'єру; в будівництві як обробний матеріал; в літальних апаратах та ін

В промисловості використовуються також і алюмінієві порошки. Застосовуються в металургійної промисловості: в алюминотермии, в якості легуючих добавок, для виготовлення напівфабрикатів шляхом пресування і спікання. Цим методом отримують дуже міцні деталі (шестерні, втулки і ін). Також порошки використовуються в хімії для отримання сполук алюмінію і в якості каталізатора (наприклад, при виробництві етилену і ацетону). Враховуючи високу реакційну здатність алюмінію, особливо у вигляді порошку, його використовують під вибухових речовинах і твердому паливі для ракет, використовуючи його властивість швидко запалати.

Враховуючи високу стійкість алюмінію до окислення, порошок використовуються в якості пігменту в покриттях для фарбування обладнання, дахів, паперу в поліграфії, блискучих поверхонь панелей автомобілів. Також шаром алюмінію покривають сталеві і чавунні вироби, щоб уникнути їх корозії.

За масштабами застосування алюміній і його сплави займають друге місце після заліза (Fe) і його сплавів. Широке застосування алюмінію в різних областях техніки і побуту пов'язане з сукупністю його фізичних, механічних і хімічних властивостей: малою щільністю, корозійною стійкістю в атмосферному повітрі, високою тепло- і електропровідністю, пластичністю і порівняно високою міцністю. Алюміній легко обробляється різними способами - куванням, штампуванням, прокаткою та ін Чистий алюміній застосовують для виготовлення дроту (електропровідність алюмінію складає 65, 5% від електропровідності міді, але алюміній більш ніж в три рази легше міді, тому алюміній часто замінює мідь в електротехніці) і фольги, використовуваної як пакувальний матеріал. Основна ж частина виплавленого алюмінію витрачається на отримання різних сплавів. На поверхні сплавів

Різноманітність Основну

Сплави В Землі.

При присмак.

Отримання

Основна виробів.

5.1.

З форми.

Для

Тип При

Для обробці.

Сплави

Найбільше закритими. Для тиском повітря. Трубки

Заливку

5.2.

Лиття

Дрібні вапна.

Особливістю Ця обставина

5.3.

Лиття піщані форми.

Для

Мала зібудівлі спрямованої кристалізації обумовлюють отримання виливків з більш низькими властивостями, ніж при литті в сирі піщані форми.

5.4. Лиття по виплавлюваних моделях

Лиття по виплавлюваних моделях застосовують для виготовлення виливків підвищеної точності (3-5-ий клас) і чистоти поверхні (4-6-й клас шорсткості), для яких цей спосіб є єдино можливим або оптимальним.

Моделі в більшості випадків виготовляють з пастоподібних парафіностеарінових (1: 1) складів запресовуванням в металеві прес-форми (литі та збірні) на стаціонарних або карусельних установках. При виготовленні складних виливків розмірами більше 200 мм щоб уникнути деформації моделей до складу модельної маси вводять речовини, що підвищують температуру їх розм'якшення (оплавлення).

В Як вогнетривкої покриття при виготовленні керамічних форм використовують суспензію з гідролізованого етилсилікати (30 - 40%) і пилоподібного кварцу (70-60%). Обсипання модельних блоків ведуть прожареним піском 1КО16А або 1К025А. Кожен шар покриття сушать на повітрі протягом 10-12 год або в атмосфері, що містить пари аміаку. Необхідна міцність керамічної форми досягається при товщині оболонки 4-6 мм (4-6 шарів вогнетривкої покриття). Для забезпечення спокійного заповнення форми застосовують розширюються ливникові системи з підведенням металу до товстим перетинах і масивним вузлам. Харчування виливків здійснюють звичайно від масивного стояка через потовщені літники (живильники). Для складних виливків допускається застосування масивних прибутків для харчування верхніх масивних вузлів з обов'язковим заповненням їх з стояка.

виплавленої моделей з форм здійснюють у гарячій (85-90 В° С) воді, підкисленою соляною кислотою (0, 5-1 см3 на літр води) для запобігання омилення стеарину. Після виплавлення моделей керамічні форми просушують при 150-170 В° С протягом 1-2 год, встановлюють у контейнери, засипають сухим наповнювачем і прожарюють при 600-700 В° С протягом 5-8год. Заливку ведуть в холодні і нагріті форми. Температура нагріву (50-300 В° С) форм визначається товщиною стінок виливка. Заповнення форм металом здійснюють звичайним способом, а також з використанням вакууму або відцентрової сили. Більшість алюмінієвих сплавів перед заливкою нагрівають до 720-750 В° С.

5.5. Лиття в кокіль

Лиття в кокіль - основний спосіб серійного і масового виробництва виливків з алюмінієвих сплавів, що дозволяє одержувати виливки 4-6-го класів точності з шорсткістю поверхні Rz = 50-20 і мінімальною товщиною стінок 3-4 мм. При лиття в кокіль поряд з дефектами, зумовленими високими швидкостями руху розплаву в порожнині ливарної форми і недотриманням вимог спрямованого затвердіння (газова пористість, оксидні полони, усадочная рихлота), основними видами шлюбу виливків є недоливи і тріщини. Поява тріщин викликається утрудненою усадкою. Особливо часто тріщини виникають у виливках зі сплавів з широким інтервалом кристалізації, що мають велику лінійну усадку (1, 25-1, 35 %). Запобігання утворення зазначених дефектів досягається різними технологічними прийомами.

Для того щоб забезпечити плавне, спокійне надходження металу в порожнину ливарної форми, надійне відділення шлаку і оксидних полон, що утворилися в металі в процесі плавки і руху по літнікових каналів, і запобігання їх освіти в ливарній формі, при лиття в кокіль застосовують розширюються ливникові системи з нижнім, щілинним і багатоярусним підведенням металу до тонких сечениям виливків. У разі підведення металу до товстим перетинах повинна бути передбачена підживлення місця підведення установкою живильної бобишки (прибутку). Всі елементи систем літників розташовують по роз'єму кокіль. Рекомендуються наступні співвідношення площ перетину літнікових каналів: для дрібних виливків EFст: EFшл: EFпіт = 1: 2: 3; для великих виливків EFст: EFшл: EFпіт = 1: 3: 6.

Для зниження швидкості надходження розплаву в порожнину форми застосовують вигнуті стояки, сітки з склотканини або металу, зернисті фільтри. Якість виливків з алюмінієвих сплавів залежить від швидкості підйому розплаву в порожнині ливарної форми. Ця швидкість повинна бути, достатньої для гарантованого заповнення тонких перетинів виливків в умовах підвищеного тепловідводу і в той же час не викликати недоливів, зумовлених неповним виходом повітря і газів через вентиляційні канали та прибутку, завихрень і фонтанування розплаву при переході з вузьких перетинів в широкі. Швидкість підйому металу в порожнині форми при лиття в кокіль приймають декілька більшою, ніж при лиття в піщані форми. Мінімально допустиму швидкість підйому розраховують за формулами А. А. Лебедєва і Н. М. Галдіна (див. розділ 5.1, В«Лиття в піщані формиВ»).

Для отримання щільних виливків створюють, так само як і при лиття в піщані форми, спрямоване затвердіння шляхом належного розташування виливки у формі і регулювання тепловідводу. Як правило, масивні (товсті) вузли виливків розташовують в верхній частині кокіль. Це дає можливість компенсувати ск...орочення їх обсягу при затвердінні безпосередньо з прибутків, встановлених над ними. Регулювання інтенсивності тепловідводу з метою створення спрямованого затвердіння здійснюють охолодженням або утепленням різних ділянок ливарні форми. Для місцевого збільшення тепловідводу широко використовують вставки з теплопровідної міді, передбачають збільшення поверхні охолодження кокіль за, рахунок оребрення, здійснюють локальне охолодження кокілів стисненим повітрям або водою. Для зниження інтенсивності тепловідводу на робочу поверхню кокіль наносять шар фарби товщиною 0, 1-0, 5 мм. На поверхню літнікових каналів і прибутків для цієї мети наносять шар фарби товщиною 1-1, 5 мм. Уповільнення охолодження металу в прибутках може бути досягнуто також за рахунок місцевого потовщення стінок кокиля, застосування різних малотеплопроводних обмазок та утеплення прибутків наклейкою азбесту. Забарвлення робочої поверхні кокиля покращує зовнішній вид відливок, сприяє усуненню газових раковин на їх поверхні і підвищує стійкість кокілів. Перед фарбуванням кокілі підігрівають до 100-120 В° С. Зайве висока температура нагрівання небажана, оскільки при цьому знижуються швидкість затвердіння виливків і тривалість терміну служби кокіль. Нагрівання зменшує перепад температур між відливанням і формою і розширення форми за рахунок прогріву її металом виливки. У результаті цього в литві зменшуються розтягуючі напруги, що викликають появу тріщин. Однак одного тільки підігріву форми недостатньо, щоб усунути можливість виникнення тріщин. Необхідно своєчасне вилучення виливки з форми. Видаляти виливок з кокіль слід раніше того моменту, коли температура її зрівняється з температурою кокиля, а усадочні напруги досягнутий найбільшої величини. Зазвичай виливок витягають в той момент, коли вона зміцніє настільки, що її можна переміщати без руйнування (450-500 В° С). До цього моменту литниковая система ще не набуває достатньої міцності і руйнується при легких ударах. Тривалість витримки виливка у формі визначається швидкістю затвердіння і залежить від температури металу, температури форми та швидкості заливки. Алюмінієві сплави в залежності від складу і складності конфігурації виливків заливають в кокілі при 680-750 В° С. Вагова швидкість заливання становить 0, 15-3 кг/с. Відлиття з, тонкими стінками заливають з великими швидкостями, ніж з товстими.

Для усунення прилипання металу, підвищення терміну служби і полегшення вилучення металеві стрижні в процесі роботи змащують. Найбільш поширеною мастилом є водно-графітова суспензія (3-5% графіту).

Частини кокілів, що виконують зовнішні обриси виливків, виготовляють із сірого чавуну. Товщину стінок кокілів призначають залежно від товщини стінок виливків у відповідності з рекомендаціями ГОСТ 16237-70. Внутрішні порожнини в виливках виконують за допомогою металевих (сталевих) і піщаних стрижнів. Піщані стрижні використовують для оформлення складних порожнин, які неможливо виконати металевими стрижнями. Для полегшення вилучення виливків з кокілів зовнішні поверхні виливків повинні мати ливарний ухил від 30 "до 3 В° в сторону роз'єму. Внутрішні поверхні виливків, виконуваних металевими стрижнями, повинні мати ухил не менше 6 В°. У виливках не допускаються різкі переходи від товстих перетинів до тонких. Радіуси заокруглень повинні бути не менше 3 мм. Отвори діаметром більше 8 мм для дрібних виливків, 10 мм для середніх і 12 мм для великих виконують стрижнями. Оптимальне відношення глибини отвору до його діаметра одно 0, 7-1. Величина припуску на обробку при лиття в кокіль призначається в два рази меншою, ніж при лиття в піщані форми.

Повітря і гази виводяться з порожнини кокиля за допомогою вентиляційних каналів, розташовуваних в площині роз'єму, і пробок, що розміщуються в стінках поблизу глибоких порожнин.

В сучасних ливарних цехах кокілі встановлюють на однопозиційні або багатопозиційні напівавтоматичні ливарні машини, в яких автоматизовані закриття і розкриття кокиля, установка і витяг стрижнів, виштовхування і видалення виливки з форми. Передбачено також автоматичне регулювання температури нагріву кокіль. Заливку кокілів на машинах здійснюють за допомогою дозаторів.

Для поліпшення заповнення тонких порожнин кокілів і видалення повітря і газів, що виділяються при деструкції сполучних, здійснюють вакуумування форм, заливку їх під низьким тиском або з використанням відцентрової сили.

5.6. Лиття вижиманням

Лиття вижиманням є різновидом лиття в кокіль, Воно призначене для виготовлення великогабаритних виливків (2500х1400 мм) панельного типу з товщиною стінок 2-3 мм. Для цієї мети використовують металеві напівформи, які кріплять на спеціалізованих ливарно-Вижимні машинах з одностороннім або двостороннім зближенням напівформ. Відмінною особливістю цього способу лиття є примусове заповнення порожнини форми широким потоком розплаву при зближенні напівформ. У ливарній формі відсутні елементи звичайної ливникової системи. Даним способом виготовляють виливки із сплавів ЧЕРВОНИЙ2, ЧЕРВОНИЙ4, АЛ9, ЧЕРВОНИЙ34, що мають вузький інтервал кристалізації.

Допустима швидкість підйому розплаву на робочому ділянці порожнини форми при литті панелей з алюмінієвих сплавів повинна бути в межах 0, 5-0, 7 м/с. Менша швидкість може призвести до незаповнені тонких перетинів виливків, надмірно висока - до дефектів гідродинамічного характеру: хвилястості, нерівностей поверхні виливків, захопленню повітряних бульбашок, розмиву піщаних стрижнів і утворення тріщин через розриву потоку. Заливання металу виробляють в підігріті до 250 - 350 В° С металлопріемнікі. Регулювання швидкості охолодження розплаву здійснюють нанесенням на робочу поверхню порожнини форм теплоізоляційного покриття різної товщини (0, 05-1 мм). Перегрів сплавів перед заливкою не повинен перевищувати 15-20 В° С над температурою ліквідуса. Тривалість зближення напівформ 5-3 с.

5.7. Лиття під низьким тиском

Лиття під низьким тиском є ​​іншим різновидом лиття в кокіль. Воно набуло застосування при виготовленні великогабаритних тонкостінних виливків з алюмінієвих сплавів з вузьким інтервалом кристалізації (ЧЕРВОНИЙ2, ЧЕРВОНИЙ4, АЛ9, ЧЕРВОНИЙ34). Так само як і при лиття в кокіль, зовнішні поверхні виливків виконуються металевою формою, а внутрішні порожнини - металевими або піщаними стрижнями.

Для виготовлення стрижнів використовують суміш, що складається з 55% кварцового піску 1К016А; 13, 5% напівжирного піску П01; 27% пилоподібного кварцу; 0, 8% пектинового клею; 3, 2% смоли М і 0, 5% гасу. Така суміш не утворює механічного пригару. Заповнення форм металом здійснюють тиском стислого осушеного повітря (18-80 кПа), що подається на поверхню розплаву в тиглі, нагрітого до 720-750 В° С. Під дією цього тиску розплав витісняється з тигля в металлопровода, а з нього в колектор ливникової системи і далі - в порожнину ливарні форми. Перевагою лиття під низьким тиском є ​​можливість автоматичного регулювання швидкості підйому металу в порожнині форми, що дозволяє одержувати тонкостінні виливки більш якісними, ніж при литті під дією сили тяжіння.

Кристалізацію сплавів у формі проводять під тиском 10 - 30 кПа до утворення твердої кірки металу і 50-80 кПа після утворення кірки.

Більш щільні виливки з алюмінієвих сплавів одержують литтям під низьким тиском з протитиском. Заповнення порожнини форми при литті із протитиском здійснюють за рахунок різниці тисків в тиглі і в формі (10-60 кПа). Кристалізація металу у формі ведеться під тиском 0, 4-0, 5 МПа. При цьому запобігається виділення розчиненого в металі водню та освіта газових пор. Підвищений тиск сприяє кращому харчуванню масивних вузлів виливків. В іншому технологія лиття з протитиском не відрізняється від технологією лиття під низьким тиском.

При лиття з протитиском успішно суміщені гідності лиття під низьким тиском і кристалізації під тиском.

5.8. Лиття під тиском

Литтям під тиском... з алюмінієвих сплавів АЛ2, АЛЗ, АЛ1, ало, ЧЕРВОНИЙ 11, АЛ13, АЛ22, АЛ28, АЛ32, ЧЕРВОНИЙ34 виготовляють складні по конфігурації виливки 1-3-го класів точності з товщиною стінок від 1 мм і вище, литими отворами діаметром до 1, 2 мм, литий зовнішньої і внутрішньої різьбленням з мінімальним кроком 1 мм і діаметром 6 мм. Чистота поверхні таких виливків відповідає 5 - 8-го класів шорсткості. Виготовлення таких виливків здійснюють на машинах з холодною горизонтальної або вертикальної камерами пресування, з питомим тиском пресування 30 - 70 МПа. Перевага віддається машинам з горизонтальною камерою пресування.

Розміри і маса виливків обмежуються можливостями Машин лиття під тиском: об'ємом камери пресування, питомим тиском пресування (р) і зусиллям замикання (0). Площа проекції (F) виливки, літнікових каналів і камери пресування на рухому плиту прес-форма не повинна перевищувати значень, що визначаються за формулою F = 0, 85 0/р.

Під уникнути незаповнення форм і неслітін, товщину стінок оливок з алюмінієвих сплавів призначають з урахуванням площі їх поверхні:

Площа поверхні

виливки, см2 До 25 25-150 150-250 250-500 Св. 500

Товщина стінки, мм. 1-2 1, 5-3 2-4 2, 5-6 3-8

Оптимальні значення ухилів для зовнішніх поверхонь становлять 45 В°; для внутрішніх 1 В°. Мінімальний радіус заокруглень 0, 5-1мм. Отвори більше 2, 5мм в діаметрі виконуються литтям. Виливки з алюмінієвих сплавів, як правило, піддають механічній обробці тільки по посадковим поверхням. Припуск на обробку призначається з урахуванням габаритів виливка і становить від 0, 3 до 1 мм.

Для виготовлення прес-форм застосовують різні матеріали. Частини прес-форм, дотичні з рідким металом, виготовляють зі сталей ЗХ2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, плити кріплення і обойми матриць - зі сталей 35, 45, 50, штирі, втулки і направляючі колонки - із сталі У8А.

Підведення металу до порожнини прес-форм здійснюють за допомогою зовнішніх і внутрішніх літнікових систем. Живильники підводять до ділянок виливки, що піддаються механічній обробці. Товщину їх призначають залежно від товщини стінки виливки в місці підведення і заданого характеру заповнення прес-форми. Ця залежність визначається відношенням товщини живильника до товщини стінки виливка. Плавне, без завихрень і захоплення повітря, заповнення прес-форм має місце, якщо відношення близьке до одиниці. Для виливків з товщиною стінок до 2 мм. живильники мають товщину 0, 8 мм; при товщині стінок 3мм. товщина живильників дорівнює 1, 2мм; при товщині стінок 4-6 мм-2 мм.

Для прийому першої порції розплаву, збагаченого повітряними включеннями, поблизу порожнини прес-форми розташовують спеціальні резервуари-промивнікі, обсяг яких може досягати 20 - 40% від обсягу виливки. Промивнікі з'єднують з порожниною ливарної форми каналами, товщина яких дорівнює товщині живильників. Видалення повітря й газу з порожнини прес-форм здійснюють через спеціальні вентиляційні канали і зазори між стрижнями (виштовхувачами) і матрицею прес-форми. Вентиляційні канали виконують в площині роз'єму на нерухомій частини прес-форми, а також уздовж рухомих стержнів і виштовхувачів. Глибина вентиляційних каналів при литті "алюмінієвих сплавів приймається рівною 0, 05-0, 15 мм, а ширина 10-З0 мм в цілях поліпшення вентиляції прес-форм порожнини промивніков тонкими каналами (0, 2-0, 5 мм) з'єднують з атмосферою.

Основними дефектами виливків, отриманих литтям під тиском, є повітряна (Газова) подкорковая пористість, обумовлена ​​захопленням повітря при великих швидкостях впуску металу в порожнину форми, і усадочная пористість (або раковини) в теплових вузлах. На утворення цих дефектів великий вплив мають параметри технології лиття, швидкість пресування, тиск пресування, теплової режим прес-форми.

Швидкість пресування визначає режим заповнення прес-форми. Чим вище швидкість пресування, тим з більшою швидкістю переміщається розплав по літнікових каналів, тим більше швидкість впуску розплаву в порожнину прес-форми. Високі швидкості пресування сприяють кращому заповненню тонких і подовжених порожнин. Разом з тим вони є причиною захоплення металом повітря та освіти підкіркової пористості. При лиття алюмінієвих сплавів високі швидкості пресування застосовують лише при виготовленні складних тонкостінних виливків. Великий вплив на якість відливок чинить тиск пресування. У міру підвищення його збільшується щільність відливок.

Величина

На форми.

Товщина

Температура

Стабільність

Для Для цієї мети використовують

Істотно прес-форм. замінюють киснем. Такі

6.

В Періодичність тріщин.

Пористість

Висновок.

Вже Це

Список літератури

1. Технологія конструкційних матеріалів. Під ред. А.М. Дальського. 2004р.

2. Металургія. 1986.

3. Довідкове керівництво.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту referat.ru