5. Виды дефектов при литье и способы их устранения

Центробежное и вакуумное (со стопорной разливкой) литье сплавов меди по выплавляемым моделям позволяет получать отливки ювелирных и сувенирных изделий, максимально приближенные к готовым по форме и размерам с минимальным припуском для механической обработки на последующих операциях. Качеству литых поверхностей в точном литье придается большое значение. Точное соблюдение технологии на всех стадиях изготовления отливок (получение восковых моделей, формовка, прокалка, литье), пооперационный контроль обеспечивают их высокое качество.

В точном литье по выплавляемым моделям основными видами брака являются деформация восковых моделей, пористость, облой, газовые раковины, усадочные раковины и рыхлота, шлаковые включения, засор формовочным материалом, горячие и холодные трещины.

Усадочные раковины и пористость, рыхлота

По распространенности пористость представляет собой серьезную проблему при изготовлении изделий методом литья. Анализ многих данных показывает, что усадочные раковины и поры обусловлены рядом причин конструктивного и технологического порядка. Так, если конструкция модели не обеспечивает направленную и последовательную кристаллизацию отливки, а литниково-питающая система не обеспечивает заполнения полости расплавом в процессе затвердевания, то это неизбежно приведет к образованию пористости. Поэтому при разработке модели необходимо учитывать все факторы и для каждого шифра отрабатывать конструкцию и литниково-питающую систему. Модель изделия должна согласовываться со специалистами-литейщиками еще на стадии выполнения эскизов.

Визуальный осмотр пористых изделий и микроструктурный анализ показывают, что так называемый брак по пористости представляет собой междендритную усадку, которая образуется во время кристаллизации отливки. Недостаточное питание отливки и перегрев расплава приводят к резкому увеличению пористости. Пористость может проявляться и в случае заполнения форм недостаточно нагретым металлом, так как быстрый переход в жидко-твердое состояние в литниковой системе также приводит к образованию пор.

На образование усадочных явлений и рыхлоты существенное влияние оказывает состав сплава. При изготовлении массивных отливок сувенирно-подарочных и художественных изделий из бронзы (с широким интервалом кристаллизации) усадочные поры распределены по всему телу отливок. Заливка металла при температуре, близкой к температуре ликвидуса, в слабонагретые формы - существенный фактор в борьбе с усадочными порами и рыхлотой. Для получения качественной лицевой поверхности необходимо снижать температуру опоки и заливаемого металла. В этом случае усадочная пористость, неизбежно образующаяся при литье сплавов с широким интервалом кристаллизации, не проявляется на поверхности, что позволяет получать гладкие отливки; при этом уменьшается также рыхлота.

При использовании для литья сплавов с узким (β-латунь) и средним (нейзильбер) интервалом кристаллизации в отливках с местным утолщением наблюдается, как правило, образование усадочных раковин. В конструкциях изделий, имеющих массивные части, для ликвидации усадочных раковин в некоторых случаях необходимо применять дополнительные питатели, подводимые в утолщения. При этом, однако, следует учитывать соотношение площадей в других сечениях.

Разработка литниково-питающей системы и выбор места подвода литника к телу отливки имеют важное значение для получения качественного литья. Особенно это относится к моделям со сложной формой, резкими переходами по сечению отливок. Усадочные раковины и рыхлоту в деталях различной толщины можно устранить, если подвод литника сделать к тонкому участку. Сечение тонкого участка отливки до застывания в нем металла должно обеспечить заполнение металлом всей полости. Массивные детали можно отливать через тонкие щелевые литники, что предотвращает разогрев формы, но обеспечивает заполнение ее и устраняет образование рыхлоты.

Газовая пористость хорошо раскисленного металла не проявляется, так как форма обладает достаточно низкой теплопроводностью, что способствует удалению из отливки всех газов.

Облой

Облой в отливках возникает из-за образования в формах трещин, которые заполняются металлом во время литья. Нарушение технологии при форхмовке опок, несоблюдение режима прокаливания форм - все это может привести к появлению трещин. Отсутствие стабильности по времени затвердевания при использовании формовочной массы одной партии (для которой подобрано водомассовое соотношение и определены другие параметры) также приводят к образованию трещин, особенно в тех случаях, когда продолжительность затвердевания суспензии превышает 30 мин. В большей мере это относится к формомассе "Ювелирная".

Использование для формовки опок различных размеров требует дифференцированного подхода к выбору программ для прокаливания форм в печах. Для больших опок (диаметр 160...200 мм) временной режим прокаливания при низких температурах (до 300 °С) должен предусматривать более длительный нагрев с целью выравнивания температурного градиента по всему сечению. Необходимо учитывать, что именно при этих температурах происходят значительные объемные изменения основных компонентов, составляющих формовочную массу. Несоблюдение температурного и временного режимов прокаливания опок неизбежно приводит к образованию трещин в формах.

На некоторых отливках, особенно массивных, наблюдается такой вид брака как "бахрома" - микрооблой. Происходит он в результате неправильно подобранного температурного режима литья. Бахрома образуется как при центробежной заливке металла, так и при стопорной разливке. Повышенная температура литья, динамический напор расплава приводят к прорыву тонкого слоя затвердевшей корочки и расклиниванию ею формы. Как правило, расклинивание и образование бахромы наблюдается в тех деталях, где есть острые кромки, которые являются концентраторами локальных прорывов.

Засор в отливках

Отливки засоряются как формовочной массой при низкой прочности форм, так и шлаком, материалом тигля. Выдерживание оптимального водомассового отношения при формовке, соблюдение режима прокаливания опок с учетом выполнения всех требований технологического процесса изготовления отливок обеспечивают максимальную прочность формы, стойкость ее при заливке горячего металла.

Другой причиной засора может быть неправильная сборка восковых моделей в блок. Необходимо, чтобы в месте припайки питателя к стояку были выполнены галтели. В противном случае при формовке небольшие углубления на стояке, оставленные от паяльника, будут заполняться формовочной массой. Образовавшиеся таким образом наплывы при заливке размываются расплавом, что приводит к засорам отливок.

Чистоте тигля и шихтовых материалов следует уделять особое внимание. Шихту необходимо протирать и сушить. Тигли в установках с индукционным нагревом для плавки сплавов меди изготавливают из мелкодисперсного графита. Прочность тигля при длительном пользовании (более 20 плавок на воздухе) уменьшается, графит начинает осыпаться. Поэтому нужно своевременно заменять отработанный тигель на новый. При плавке на установке центробежного литья флюс перед разливкой необходимо снимать с поверхности металла.

Образование шлаков зависит от степени загрязненности сплава посторонними включениями. При плавной заливке шлак, как более легкий, оттесняется металлом и в опоку попадает в последнюю очередь. Конструкция литниково-питающей системы обеспечивает чистоту отливок от шлаковых включений. Загрязненность сплава и слишком быстрое заполнение формы в некоторых случаях могут привести к засорам отливок частицами шлака. Условия ведения плавки в закрытой камере с инертной средой в машинах со стопорной разливкой не позволяют удалять шлак, однако отливки не засоряются, так как шлак попадает в опоку всегда в конце заливки.