Титановое литье (либо литье другого метала)

Литниковой системой называют каналы в форме, предназначенные для подачи в форму расплавленного металла. Материалом для изготовления моделей служит воск или пластики, которые можно расплавить, испарить или выжечь. Подобная модель покрывается жидкой массой, состоящей из огнеупора и связующего. При изготовлении форм по выплавляемым моделям для литья титана, в качестве обсыпки рекомендуется использовать электрокорунд, графит и кокс. Свойства применяемых модельных составов приведены в таблице 5. Составы группы 1широко распространены припроизводстве отливок от единичного до серийного производства, в том числе со сложными внутренними полостями. Группа 2 — составы, применяемые для изготовления выплавляемых или выжигаемых моделей. От составов группы 1 эти составы отличаются более высокой прочностью и теплоустойчивостью. Применяют в основном в условиях мелкосерийного и опытного производства. Таблица 5 — Классификация и свойства модельных составов

Группа состава

Марка состава

Содержание компонентов, % (масс. доля) Предел прочности при изгибе, МПаЛинейная усадка, %Теплостойкость, °СТемпература плавления, °ССодержание золы, % (масс.

доля)1.Воскообразные выплавляемые

ПСПарафин 50; стеарин 501.

8 — 2,00,71- 1,213 047,50,01 — 0,05Р-3 (ПЦБКо)Парафин 58—60;синтетический церезин 20—24; кубовый остаток крекинга парафина 4—6;буроугольный воск 10—143,1 — 4,00,54−1,43 977−840,122.На основе натуральных и синтетических смол с добавками воскообразных компонентов

МАИ-Зш (КЦПэБн)Канифоль 30; церезин 18; полиэтилен 1,6; нефтяной битум 0,46,20,73 590−920,5−0,8КПсЦКанифоль 50; полистирол 30; церезин 207,5−8,00,9−1,401 400,3Предварительное приготовление многих модельных составов заключается в поочередном или одновременном расплавлении составляющих, фильтровании расплавов и разливке их в формы-изложницы.Сборка моделей в блоки может быть осуществлена припаиванием моделей деталей к модели литниковой системы с помощью подогретого ножа, шпателя или паяльника ЭТ-П (ГОСТ 7219—83), имеющего наконечник в виде лезвия ножа. При изготовлении литых деталей из титана в качестве огнеупорного материала применяют окись циркония, а связующим служит нитрат циркония или силикат. Затем покрытую слоем смеси модель посыпают грубозернистым порошком окиси циркония и ставят для просушки. Высушенную модель вновь покрывают жидкой массой, состоящей из крупнозернистой окиси циркония, связующего и отвердителя, и опять сушат. Затем модель выплавляют, а форму прокаливают при 820−870° С и в течение 1−2 ч охлаждают на воздухе. В отдельных случаях в качестве огнеупорного материала можно пользоваться графитом, что позволяет обходиться без повторной обмазки модели и пользоваться пониженными температурами при прокаливании. Как и при литье в оболочковые формы, литейная форма снимается с отливки и выбрасывается. Особенность изготовления оболочковых форм заключается в сложности технологического процесса и оборудования; выборе формовочных материалов, обладающих специфическими свойствами, которые должны обеспечивать получение из любых сплавов отливок с поверхностями высокого качества; удалении модели без нарушения целостности оболочек, что обеспечивает повышенную геометрическую точность отливок; уменьшении газотворной способности оболочки прокаливанием при 800−1100°С, способствующим лучшей заполняемости металлом. Формовочные материалы для получения оболочек содержат: основу, связующее, растворители, добавки. Материалы основы являются оксидами или их соединениями: кристаллический кварц, плавленый кварц и т. д. В качестве связующих материалов при изготовлении оболочковых форм используют тугоплавкие неорганические окислы или соединения окислов, образующихся из связующих растворов при сушке и прокаливании оболочек: этилсиликат (ЭТС), фосфаты. Оболочка состоит из 95−97% основы и связующего. В качестве растворителей применяют этанол, ацетон, метанол. Для улучшения свойств оболочковых форм используют следующие добавки: соляная кислота, вода, соляная кислота, сернокислый алюминий и т. д. Связующие растворы подразделяют на органические, водно-спиртовые и водно-спиртовые с упрочняющими добавками Органические связующие растворы получают введением органических растворителей (спирта, ацетона или их смесей).

Водно-спиртовые растворы получают введением воды в качестве разбавителя. Упрочняющие добавки в водно-спиртовые растворы вводят на стадии гидролиза. Перед выплавлением моделей и извлечением металлического стояка торцевой слой оболочки на воронке отрезают абразивным отрезным кругом. Модели удаляют из оболочек или форм после формовки блоков. При литье по выплавляемым моделям используют графитовые тигли вместимостью не более 100 кг и стальные футерованные ковши. Вручную формы заливают из ковшей вместимостью до 30 кг. При вместимости ковшей более 30 кг применяют электромеханические подвески различных типов. Для получения ответственных отливок заливку осуществляют в вакууме, в среде инертных газов и центробежной заливкой форм для крупных отливок, имеющих форму тел вращения и тонкие кромки на периферии отливки. Центробежное литье

Центробежным литьем получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения: втулки, венцы червячных колес, барабаны для бумагоделательных машин, роторы электродвигателей. Отливки из титановых сплавов получают в графитовых формах, полученных прессованием или по выплавляемым моделям [7]. По сравнению с литьем в неподвижные формы центробежное литье имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость формы, плотность и механические свойства отливок. Однако для его реализации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм. При разработке технологии центробежного литья необходимо, прежде всего, выбрать положение оси вращения и рассчитать скорость вращения формы. В общем случае вращение вокруг горизонтальной оси рациональнее при изготовлении крупногабаритных деталей; вокруг вертикальной — для мелких фасонных отливок. Скорость вращения рассчитывают из гидродинамических условий заполнения литейной формы и формирования свободной поверхности отливки. Давление на форму при центробежном литье титановых сплавов не должно превышать 0,12 МПа, что ограничивает скорость вращения формы. Схема центробежного литья титанового сплава в керамическую форму, изготовленную по выплавляемым моделям, приведена на рисунке 2. Экономика литейного производства титана

Литье по выплавляемым моделям целесообразно использовать в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства. Экономические показатели этого способа, рациональность его применения зависят от номенклатуры отливок. Наиболее целесообразно изготовлять этим способом мелкие, но сложные по конфигурации отливки с толщиной стенки до 0,5 мм, а также крупные отливки, к которым предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоте литой поверхности, отливки из труднообрабатываемых сплавов. Для изготовления оболочковых форм и стержней требуется сложная и дорогостоящая металлическая оснастка, поэтому этот способ экономически выгодно применять в условиях массового и крупносерийного производства отливок. В настоящее время в оболочковых формах получают отливки массой до 100 кг максимальным размером до 800 мм. Наряду с преимуществами (повышенная чистота поверхности, точность, малыеприпуски на обработку, малый расход формовочной смеси) процесс литья в оболочковых формах обладает такими недостатками, как значительная стоимость формовочных смесей и высокаягазотворная способность связующего (термореактивной смолы), вследствие чего повышается загазованность цеха и требуется усиленная вентиляция. Это в конечном итоге приводит к необходимости дополнительного оснащения литейного цеха и удорожанию продукции. Наибольший технико-экономический эффект применения центробежного способа литья достигается при изготовлении отливок, имеющих форму тела вращения, а в ряде случаев его целесообразно применять и для фасонных отливок, таких как шестерни, турбинные диски с лопатками, детали арматуры и др. Заливка вращающейся формы и затвердевание отливки во вращающейся форме под действием центробежных сил обусловливают главные преимущества этого способа литья:

при литье полых цилиндров не требуется стержней для образования отверстия, так как металл под действием центробежной силы распределяется у стенок формы;

литниковые системы обычно отсутствуют;

затвердевание металла способствует получению плотныхотливок без рыхлот. Заключение

Рассматривая вопросы экономики производства и переработки титана, необходимо иметь в виду, что основные издержки связаны с затратами на сырье, основные материалы и энергию, а также с содержанием и обновлением основных фондов. Следовательно, для снижения этих затрат надо прежде всего использовать наиболее эффективные виды сырья, обеспечить комплексную его переработку и высокое извлечение полезных компонентов, а также применять основное технологическое оборудование большой единичной мощности. При достигнутом техническом уровне и объеме выпуска и переработки титана указанные издержки по его производству, по данным зарубежных источников, значительно выше, чем у других основных цветных металлов. Однако даже при нынешней стоимости титана во многих случаях применение оборудования из него с учетом значительно большего срока службы и снижения затрат на ремонты дает высокий технико-экономический эффект. Нет сомнения в том, что по мере дальнейшего увеличения выпуска титана и совершенствования технологии его производства, а также снижения расхода металла на выпуск полуфабрикатов и изделий из него эффективность применения титана и различных отраслях промышленности будет расти. Список использованной литературы

Гармата В. А., Петрунько А. Н., Галицкий Н. В., Олесов Н. В., Сандлер Р.

А. Титан. — М.: Металлургия, 1983. ;

559 с. Колачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: «МИСИС», 1999.

— 416 с.С. Абковиц, Дж. Бурке, Р. Хилц. Титан в промышленности. — М.: Оборонгиз, 1957 — 257 с. Ильин А. А., Колачёв Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы.

Состав, структура, свойства — М.: ВИЛС — МАТИ, 2009. — 520 с.: ил. Галдин Н. М. Цветное литье. Справочник.

М.: Машиностроение, 1989. — 528 с. Титов Н. Д., Степанов Ю. Л. Технологии литейного производстваМ.: «Машиностроение», 1974. — 172 с. Сергеев В. В., Галицкий Н. В., Киселев В. П., Козлов В. М. Металлургия титана- М.: «Металлургия», 1971. — 320с.