Отливки из медных сплавов
Для изготовления отливок используют три группы медных сплавов:
1 — оловянные бронзы; 2 — безоловянные бронзы; 3 — латуни.
Медные сплавы имеют сравнительно высокие механические и антифрикционные свойства, хорошо противостоят коррозионному воздействию агрессивных сред (морской воды, пара и др.), сохраняют высокую пластичность при низких температурах. Они немагнитны, легко полируются и обрабатываются резанием.
Оловянные бронзы широко применяют для изготовления арматуры, подшипников, шестерен, втулок, работающих в условиях истирания, повышенного давления воды и водяного пара. Характерная особенность этой группы сплавов — большой интервал между температурами ликвидуса и солидуса (150-200 °С).
Оловянные бронзы имеют хорошие литейные свойства, позволяющие получать сложные по конфигурации отливки.
Бронзы с высоким содержанием олова из-за высокой стоимости и дефицитности его применяют только для случая изготовления изделий ответственного назначения.
Из примесей, присутствующих в бронзах, наиболее вредное влияние на свойства оказывают алюминий и кремний. Сотые доли содержания этих элементов снижают механические свойства ронз и способствуют усилению поглощения водорода при плавке.
Механические свойства оловянных бронз зависят от содержания олова. По мере увеличения содержания олова прочность врастает, а относительное удлинение снижается.
Легирование бронз цинком повышает литейные свойства и дешевляет стоимость сплава.
Свинец улучшает антифрикционные свойства бронз, их обраываемость резанием и жидкотекучесть; фосфор повышает цзно-остойкость и улучшает жидкотекучесть; никель также повышает механические свойства и измельчает структуру оловянных бронз.
Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных. По механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные.
Однако технологические их свойства хуже (жидкотекучесть, склонность к окислению и пр.).
Из сплавов этой группы наиболее широко применяют алюминиевые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обладают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным износом.
Алюминиевые бронзы применяют для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжелонагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов и т. д.
Механические, технологические и эксплуатационные свойства алюминиевых бронз улучшают легированием железом, марганцем, никелем.
Железо и марганец устраняют самопроизвольный отжиг отливок (склонность к образованию крупнозернистой структуры), повышают механические свойства; никель улучшает износостойкость и коррозионные свойства бронз.
Свинцовые бронзы Бр. СЗО, Бр.
СН60-2,5 обладают высокой износостойкостью при трении в условиях больших удельных нагрузок и скоростей вращения. Поэтому свинцовые бронзы используют как заменитель оловянной при изготовлении вкладышей подшипников.
Особенность свинцовых бронз — сильная ликвация свинца. Дисперсное распределение свинца в бронзе может быть достигнуто большими скоростями охлаждения.
Алюминиевые бронзы склонны к окислению, сопровождающемуся загрязнением расплава твердыми дисперсными окислами АтОз, трудно удаляемыми из расплава.
Латуни. Для фасонного литья применяют сложнолегирован-ные медноцинковые сплавы; простые латуни используют сравнительно редко.
Эти латуни имеют недостаточную пластичность при высоких температурах, поэтому склонны к образованию трещин при затрудненной усадке. Латунь склонна к поглощению водорода и образованию газовой пористости.
Алюминиевая латунь обладает коррозионной стойкостью в морской воде, поэтому она широко применяется в судостроении, а также в машиностроении при изготовлении тяжелонагруженных деталей.
Марганцевую латунь применяют для изготовления жаростойких и коррозионностойких отливок. Легирование этой латуни оловом улучшает коррозионную стойкость в морской воде.
Свинцовая латунь используется как антифрикционный материал; свинец улучшает обрабатываемость латуни резанием.
Латуни обладают лучшими, чем бронзы, литейными свойствами; они мало подвержены газовой пористости, так как дегазируются парами цинка в процессе плавки.
Особенности плавки и литья медных сплавов. Для плавки медных сплавов используют отражательные, дуговые и индукционные печи, футерованные шамотом, динасом или кварцем.
При плавке в дуговых печах необходимо учитывать возможность местных перегревов расплава, приводящих к загрязнению расплава окислами и потерям на испарение легколетучих компонентов. С этой точки зрения, такие печи малопригодны для плавки латуней и алюминиевых бронз.
При плавке на воздухе медь интенсивно растворяет кислород. Последующее легирование алюминием, марганцем, оловом, цинком и другими компонентами, имеющими большие отрицательные значения изобарного потенциала образования окисла, по сравнению с Cu20 сопровождается раскислением меди и образованием твердых, жидких или газообразных окислов этих элементов.
Находясь в дисперсном состоянии, твердые окислы очень медленно выделяются из расплавов и в тех случаях, когда не применяется рафинирование, большая часть их попадает в отливку. Одновременно идет и насыщение водородом.
Взаимодействие с газами протекает тем интенсивнее, чем выше температура перегрева расплава. Загрязнению твердыми окислами и насыщению водородом наиболее подвержены алюминиевые и кремниевые бронзы и латуни.
Перегрев их выше 1100-1200 °С недопустим.
Перед разливкой медные сплавы иногда рафинируют хлористым марганцем (0,03 — 0,1 %) или продувкой азота (0,25-0,5 м3 а 1 щ расплава).
Для нейтрализации вредного влияния примесей висмута, сурьмы, мышьяка и свинца медь и двойные латуни обрабатывают присадками кальция (до 0,2%), церия (до 0,3%) или циркония (0,4%) —
Измельчение зерна отливок из оловянных и алюминиевых бронз достигается введением ванадия, титана, бора или циркония (0,15-0,2%).
Технология изготовления фасонных отливок во многом определяется величиной интервала кристаллизации сплавов и склонностью к окислению в процессе заполнения литейных форм.
Для сплавов с узким интервалом кристаллизации (латунь Л68, высокопрочные латуни, алюминиевые бронзы) характерно образование сосредоточенных усадочных раковин и почти полное отсутствие пористости. Изготовление отливок из таких сплавов требует установки массивных прибылей в тепловых узлах.
Сплавы с широким интервалом кристаллизации (оловянные бронзы, медноникелевые сплавы, кремнистые бронзы, латуни с низким содержанием цинка (20-30%) нейзильберы и др.) склонны к рассеянной усадочной пористости, компенсация которой в отливках с помощью прибылей малоэффективна. Отливки из сплавов с широким интервалом кристаллизации изготовляют с прибылями или без них.
Для алюминиевых бронз и других сплавов с легкоокисляющимися компонентами применяют расширяющиеся литниковые системы, предназначенные для отделения окисных плен и обеспечения минимальной скорости течения металла. Как правило, используют расширяющиеся литниковые системы с нижним или сифонным подводом металла; предусматривают устройство центробежных шлаковиков, установку сеток и кусковых фильтров.
Менее расширяющиеся и более простые литниковые системы применяют для оловянных бронз и латуней.
Медные сплавы при медленном охлаждении (кроме сплавов Cu-Si, Бр. ОЦ, Бр.
АН, кремнистой латуни) не склонны к образованию горячих трещин; при резком охлаждении более подвержены трещинообразованию сплавы с широким интервалом кристаллизации. По этой причине они почти не применяются для литья в кокиль и под давлением.
Для создания направленной кристаллизации при литье в разовые формы широко используют холодильники. Разовые формы уготовляют из мелкозернистых смесей с высоким содержанием ливы (до 12%).
