Виливки з мідних сплавів - Ливарне виробництво
Обробка дерева та металу
Для виготовлення виливків використовують три групи мідних сплавів: 1 - олов'яні бронзи; 2 - безолов'яні бронзи; 3 - латуні.
Мідні сплави мають порівняно високі механічні та антифрикційні властивості, добре протистоять корозійному впливу агресивних середовищ (морської води, пари та ін), зберігають високу пластичність при низьких температурах. Вони немагнітні, легко поліруються та обробляються різанням.
Олов'яні бронзи широко застосовують для виготовлення арматури, підшипників, шестерень, втулок, що працюють в умовах стирання, підвищеного тиску води та водяної пари. Характерна особливість цієї групи сплавів - великий інтервал між температурами ліквідусу та солідус (150-200 ° С).
Олов'яні бронзи мають гарні ливарні властивості, що дозволяють отримувати складні конфігурації виливки.
З домішок, присутніх у бронзах, найбільш шкідливий вплив на властивості мають алюміній і кремній. Соті частки вмісту цих елементів знижують механічні властивості ронз та сприяють посиленню поглинання водню при плавці.
Механічні властивості олов'яних бронз залежить від вмісту олова. У міру збільшення вмісту олова міцність зростає, а відносне подовження знижується.
Легування бронз цинком підвищує ливарні властивості та дешевшає вартість сплаву.
Свинець покращує антифрикційні властивості бронз, їх утворюваність різанням та рідиною; фосфор підвищує цзно-стійкість і покращує рідину; нікель також підвищує механічні властивості та подрібнює структуру олов'яних бронз.
Безолов'яні бронзи використовують як замінники олов'яних. За механічними, корозійними та антифрикційними властивостями безолов'яні бронзи перевершують олов'яні.Однак технологічні їх властивості гірші (рідотекучість, схильність до окислення тощо).
Зі сплавів цієї групи найбільш широко застосовують алюмінієві бронзи. Вони мають хорошу корозійну стійкість у прісній та морській воді, добре протистоять руйнуванню в умовах кавітації, мають менший, ніж олов'яні бронзи, антифрикційний зношування.
Алюмінієві бронзи застосовують для виготовлення гребних гвинтів великих суден, важконавантажених шестерень і зубчастих коліс, корпусів насосів і т.д.
Механічні, технологічні та експлуатаційні властивості алюмінієвих бронз покращують легуванням залізом, марганцем, нікелем.
Залізо і марганець усувають мимовільний відпал виливків (схильність до утворення крупнозернистої структури), підвищують механічні властивості; нікель покращує зносостійкість та корозійні властивості бронз.
Бронзи свинцеві Бр. СЗО, Бр. СН60-2,5 мають високу зносостійкість при терті в умовах великих питомих навантажень і швидкостей обертання. Тому свинцеві бронзи використовують як замінник олов'яної під час виготовлення вкладишів підшипників.
Особливість свинцевих бронз – сильна ліквація свинцю. Дисперсний розподіл свинцю в бронзі можна досягти великими швидкостями охолодження.
Алюмінієві бронзи схильні до окислення, що супроводжується забрудненням розплаву твердими дисперсними оксидами АтОз, що важко видаляються з розплаву.
Латунь. Для фасонного лиття застосовують складнолеговані мідноцинкові сплави; прості латуні використовують порівняно рідко.
Ці латуні мають недостатню пластичність при високих температурах, тому схильні до утворення тріщин при утрудненій усадці. Латунь схильна до поглинання водню та утворення газової пористості.
Алюмінієва латуньмає корозійну стійкість у морській воді, тому вона широко застосовується в суднобудуванні, а також в машинобудуванні при виготовленні важконавантажених деталей.
Марганцеву латунь застосовують для виготовлення жаростійких та корозійностійких виливків. Легування цієї латуні оловом покращує корозійну стійкість у морській воді.
Свинцева латунь використовується як антифрикційний матеріал; свинець покращує оброблюваність латуні різанням.
Латуні мають кращі, ніж бронзи, ливарні властивості; вони мало схильні до газової пористості, так як дегазуються парами цинку в процесі плавки.
Особливості плавки та лиття мідних сплавів. Для плавки мідних сплавів використовують відбивні, дугові та індукційні печі, футеровані шамотом, динасом або кварцем. При плавці в дугових печах необхідно враховувати можливість місцевих перегрівів розплаву, що призводять до забруднення розплаву окислами та втрат на випаровування легколетких компонентів. З цієї точки зору, такі печі малопридатні для плавки латунів та алюмінієвих бронз.
При плавці повітря мідь інтенсивно розчиняє кисень. Подальше легування алюмінієм, марганцем, оловом, цинком та іншими компонентами, що мають великі негативні значення ізобарного потенціалу утворення оксиду, порівняно з Cu20 супроводжується розкисленням міді та утворенням твердих, рідких або газоподібних оксидів цих елементів. Перебуваючи в дисперсному стані, тверді оксиди дуже повільно виділяються з розплавів і в тих випадках, коли не застосовується рафінування, більшість їх потрапляє у виливок. Одночасно йде насичення воднем.
Взаємодія з газами протікає тим інтенсивніше, що вища температура перегріву розплаву. Забруднення твердими оксидами та насичення воднем найбільшесхильні алюмінієві та кремнієві бронзи та латуні. Перегрів їх вище 1100-1200 ° С неприпустимий.
Перед розливом мідні сплави іноді рафінують хлористим марганцем (0,03 - 0,1%) або продуванням азоту (0,25-0,5 м3 а 1 щ розплаву).
Для нейтралізації шкідливого впливу домішок вісмуту, сурми, миш'яку та свинцю мідь та подвійні латуні обробляють присадками кальцію (до 0,2%), церію (до 0,3%) або цирконію (0,4%).
Подрібнення зерна виливків з олов'яних та алюмінієвих бронз досягається введенням ванадію, титану, бору чи цирконію (0,15-0,2%).
Технологія виготовлення фасонних виливків багато в чому визначається величиною інтервалу кристалізації сплавів та схильністю до окислення у процесі заповнення ливарних форм.
Для алюмінієвих бронз та інших сплавів з легкоокисляющимися компонентами застосовують літникові системи, що розширюються, призначені для відділення окисних полон і забезпечення мінімальної швидкості течії металу. Як правило, використовують літникові системи, що розширюються, з нижнім або сифонним підведенням металу; передбачають влаштування відцентрових шлаковиків, встановлення сіток та шматкових фільтрів. Менш розширюються і простіші литникові системи застосовують для олов'яних бронз і латунів.
Мідні сплави при повільному охолодженні (крім сплавів Cu-Si, Бр. ОЦ, Бр. АН, кремнистої латуні) не схильні до утворення гарячих тріщин; при різкому охолодженні більш схильні до тріщиноутворення сплави з широким інтервалом кристалізації. Тому вони майже не застосовуються для лиття в кокіль і під тиском.