Показать меню Технической информации

Применение ПКФ для алюминиевого литья

(из доклада Mollard F.R., Davidson N. на конгрессе Американской ассоциации литейщиков, 1980 г.)

Керамические пенные фильтры (фильтры с открытыми сообщающимися пора­ми), применяемые при литье алюминиевых сплавов, весьма эффективно задерживают неметаллические включения. Опыты проводились при литье в песчаные, гипсовые и керамические формы точного литья. Масса отливок составляла от 3 кг (литье по вы­плавляемым моделям) до 360 кг (литье в землю). Формы заливались сплавами А 201 ( А1 - 4,5%, Сu -0,6%, Ag-0,3%, Мn - 0,25%, Mg ), А 356 ( А1-7%, Si -0.3%, Mg) и 535 ( А1 -7%, Mg -0,2%, Мп).

Фильтры помещались в специально изготовленную полость в коллекторе. Соот­ношение между площадями поперечных сечений коллектора и фильтра, исходя из ско­рости заполнения формы, принималось равным 1:10. Фильтры устанавливаются как можно ближе к полости формы.

Отливки, полученные с применением керамических пенных фильтров, как пра­вило, не имели поверхностных дефектов. Вначале это объяснялось только процес­сом фильтрации. Однако последующие исследования показали, что применение пен­ных фильтров в форме способствует спокойному не турбулентному заполнению полос­ти литейной формы и уменьшает вероятность образования окисных включений в ме­талле.

Ранее проведенные исследования по использованию керамических фильтров при литье брусков и тонких плит показали значительное снижение неметаллических вклю­чений. С помощью радиографического контроля удалось установить, что имеет место существенное улучшение качества отливок из всех исследованных сплавов. Механиче­ские свойства сплавов Al-Cu и А1- Si несколько повысились. В случае А1—Mg-сплавов (особенно склонных к образованию окисных включений) применение фильтров дало возможность повысить предел прочности на 50% и относительное удлинение - в 2 раза.

Данное исследование проводилось в ряде литейных цехов на реальных отлив­ках ответственного назначения. При литье такого рода отливок обычно применялись стальные сетки или сетки из стеклоткани. Результаты, полученные при применении керамических пенных фильтров, оценивались в сравнении с качеством отливок, полу­ченных по обычной технологии.

Фильтры представляли собой плиты, выпускаемые промышленностью, толщи­ной 2,5 см и размером от 5 х 5 см до 10x15 см. Объем пустот составляет 85-95%. Керамический материал для фильтра состоит в основном из глинозема с небольшим количеством окиси хрома, которая придает фильтру зеленую окраску. Применялись также белые фильтры из чистого глинозема с повышенной прочностью, их рафини­рующая способность не отличалась от зеленых фильтров.

Все отливки изготовлялись по обычной технологии, применяемой в литейном цехе, включая плавку, литниковые системы и прибыли. Керамические фильтры уста­навливались как можно ближе к полости формы, чтобы имелась возможность на самой последней стадии заливки предотвратить попадание в отливку окисных плен и неметал­лических включений. Фильтр не рекомендуется устанавливать в нижней части стояка или сразу после литниковой чаши, чтобы избежать закупорки фильтра крупными окисными пленами. Фильтры располагались в форме вертикально в зависимости от техно­логии изготовления отливки. Пористый фильтр оказывает тормозящее действие на заполнение литейной формы, замедляя скорость заливки. Для сохранения скорости за­полнения формы площадь поперечного сечения фильтра назначалась примерно в 10 раз больше площади коллектора.

Пространство между фильтром и его полостью уплотнялось смесью во избежа­ние образования заливов и протекания нефильтрованного металла в полость формы.

Примеры изготовления некоторых отливок.

Отливка передней рамы реактивного двигателя диаметром 82 см и массой 40 кг изготовляется из Ал-сплава (А 201) литьем в песчаные формы. При изготовлении таких отливок с использованием стальных сеток в теле отливок наблюдалось значи­тельное количество разбросанных шлаковых включений. Применение керамического пенного фильтра позволило полностью исключить появление этих дефектов в дан­ных отливках. Для изготовления этой отливки применяются четыре питателя и четыре пары фильтров. Крышка коробки передач для вертолета массой 13 кг (габаритные размеры 25 х 35 х 10 см) должна отвечать требованиям, предъявляемым к отлив­кам группы С ( наивысшая степень качества отливок общего назначения). В таких отливках допускается не более двух посторонних включений, обнаруживаемых при помощи радиографического контроля.

По обычной технологии было изготовлено 300 отливок, из которых 75 (25%) было забраковано, в это число (75) не входят отливки, поверхностные дефекты ко­торых были исправлены. После установки керамического пенного фильтра было изго­товлено 155 отливок, из которых 154 были годными.

Подставка массой 350 кг изготовлялась в песчаные формы из сплава 535. Обра­батываемые поверхности не должны иметь никаких дефектов. Это требование трудно выполнимо при обычных условиях, так как сплав 535, имея значительное количество магния, склонен к образованию окисных включений. В обычных отливках некоторые поверхностные дефекты устраняются заваркой и последующей шлифовкой. Из каждых пяти отливок, полученных по обычной технологии, только две были годные. Установ­ка двух керамических фильтров размером 10x10 позволила получать отливки, не требующие заварки поверхностных дефектов.

Рабочее колесо компрессора изготовляется из сплава А 201 в гипсовые формы. Масса отливки - 19 кг, диаметр - 4 см и высота -18см.

На лопастях рабочего колеса не допускается каких-либо дефектов. Из 125 отли­вок, изготовленных по обычной технологии, только 96 были годными. После установки керамических фильтров в каждый питатель было отлито 155 отливок, из них 154 - год­ные, а 1 - брак (но не вследствие присутствия включений).

Было опробовано использование керамических пенных фильтров при изготовле­нии отливок методом точного литья (детали радара и самолета). В этом случае фильтр изготовлялся как часть выплавляемой модели.

Деталь радара - коробчатая отливка массой 3 кг и размером 35 х 15 х 20 см изго­товлялась из сплава А 356. Вначале было изготовлено 200 отливок по обычной техноло­гии (с фильтровальными сетками). Из них 160 отливок (80%) были годными, а 40 (20%) - брак. Установка фильтров (5x5 см) позволила полностью устранить дефекты в отливках.

Высокая эффективность керамических пенных фильтров по сравнению с обыч­ными сетчатыми может быть объяснена их многостеночной структурой. Керамические пенные фильтры могут задерживать очень мелкие включения (около 3 мкм), в то время как при использовании сетчатых фильтров размер включений определяется размером открытого отверстия сетки (обычно не менее 1250 мкм). Другим важным преимуществом керамических фильтров является обеспечение плавного заполнения полости литей­ной формы жидким металлом без завихрений (при применении обычных сеток неред­ко возникает турбулентное движение и фонтанирование металла в полости литейной формы).

Применение керамических фильтров может быть рекомендовано и при литье в металлические формы.