Качество отливок

Качество отливок можно оценивать четырьмя основными факторами:

• точностью размеров,
• механическими свойствами,
• шероховатостью поверхности,
• пористостью.

Точность размеров зависит прежде всего от точного изготовления форм, а также от стабильности технологического процесса, обеспечивающей постоянство усадки заливаемого сплава. Размеры частей отливки оформляемых в полуформах, зависят от плотности закрытия формы, которая определяется правильным выбором усилия запирающего механизма машины.

Механические свойства зависят от выбранного сплава, от качества его приготовления и рафинирования. Механические свойства резко снижаются из-за наличия крупной и мелкой газовой пористости. Газовая пористость ограничивает применение для литья под давлением сплавов системы алюминий — кремний—медь, хотя механические свойства их значительно повышаются при термообработке.

Спокойные режимы заполнения без захвата воздуха в сочетании с вакуумированием полости формы позволяют производить термообработку отливок.

Шероховатость поверхности отливок определяется чистотой обработки рабочих поверхностей формы и степенью ее эксплуатации. Практика доказывает, что для обеспечения 6-го класса чистоты поверхности (по ГОСТу 2789—59) отливок из алюминиевых и магниевых сплавов приходится заменять вкладыши матриц и пуансонов через каждые 5—10 тыс. заливок. Азотирование поверхности повышает стойкость форм в 2—3 раза.

В табл. 2 приведены данные о влиянии износа формы из стали 3X2B8 (форма не азотированная) на шероховатость поверхности отливок.

Таблица 2. Влияние износа формы на шероховатость поверхности отливок

Обеспечить равномерную шероховатость поверхности можно только при соблюдении основного принципа конструирования литых деталей — равностенности. Несоблюдение этого требования вызывает образование неслитин, неспаев и недоливов в тонких сечениях, в которых металл затвердевает до окончания заполнения полости формы. Одновременно на поверхностях, ограничивающих утащенные массивы, возникает, так называемый «мороз» — мелкая рябь, вызванная смывом затвердевшей корочки при излишнем перегреве.

Высокое качество поверхности обеспечивается правильным расчетом времени заполнения из условия сохранения жидкотекучести сплава до окончания заполнения.

Пористость, обнаруженная при механической обработке, становится причиной увеличения брака отливок. Пористость вызывает вздутие поверхности при нагреве отливок, что не дает возможности использовать для литья под давлением сплавы, упрочняющиеся при термообработке.

Источниками пористости являются усадка сплава, газы, выделяющиеся из жидкого металла при кристаллизации, и воздух, который захватывается потоком металла в полости формы. Наряду с воздухом в процессе заполнения могут захватываться газы, образующиеся при сгорании смазки.

Усадочная поpистость возникает преимущественно в утолщенных сечениях вследствие затрудненной подачи металла через литниковую систему во время затвердевания отливки. Усадочная пористость в чистом виде наблюдается только при вакуумировании формы.

Основной метод борьбы с усадочной пористостью — соблюдение принципов технологичности при конструировании литых деталей: равностенности, тонкостенности, расположения отверстий и армирования. При обычной заливке металл перемешивается с пузырьками газов, которые находятся под большим давлением, что вызывает перетекание металла в места образования усадочных раковин.

Вторым источником пористости являются газы, растворенные в жидком металле и выделяющиеся из него при кристаллизации. Анализ состава газов в отливках показал наличие дополнительного водорода и окиси углерода в порах. Это опровергает существующее мнение о том, что при литье под давлением газы не успевают выделяться из твердых растворов.

Для снижения влияния газов на качество отливок необходимо тщательное рафинирование, фильтрация или вакуумирование сплавов перед заливкой.

Основным источником пористости является воздух. Процессы литья под давлением характеризуются высокими скоростями движения металла, которые приводят к образованию турбулентного, струйчатого и даже капельного заполнения с захватом воздуха из полости формы. В настоящее время уделяется большое внимание удалению воздуха и газообразных продуктов сгорания смазки путем вакуумирования. Однако при внедрении вакуумированного процесса необходимо учитывать рост газовыделения из твердых растворов, а также экономическую целесообразность применения дорогостоящей вакуумной оснастки.

Во многих случаях можно резко снизить воздушно-газовую пористость, правильно выбрав режимы литья без вакуумирования.

Совокупность таких технологических факторов, как давление на металл, скорость прессования и скорость впуска, зависящая от площади поперечного сечения впускного отверстия, определяет гидродинамический режим заполнения формы.

Температура формы и жидкого металла в сочетании со скоростью заполнения определяют тепловой режим формирования отливки, т. е. тепловое состояние металла от момента заливки его в камеру прессования до удаления затвердевшей отливки из формы.

Для разработки конструкторских и технологических мероприятий по повышению качества отливок необходим детальный теоретический анализ гидродинамических и тепловых параметров, причем гидродинамические факторы должны выбираться с учетом наиболее благоприятного теплового режима формирования отливки.

Вопросы теории литья под давлением впервые были рассмотрены Л. Фроммером в 1926 г.. В дальнейшем теория этого вида литья разрабатывалась крайне медленно, базируясь главным образом на накоплении производственного опыта, и лишь в последние годы в результате многочисленных научных исследований разработаны основы теоретических и практических методов расчета технологических режимов литья под давлением.