Данная статья была предоставлена нашей партнёрской компанией DEMIN SRM GmbH (www.demin-srm.de)
Главной целью применения прибылей является получение годной отливки без усадочных раковин и пористости. В общем виде картину формирования указанных дефектов можно представить в следующем виде:
— за очень короткий промежуток времени на поверхности формирующейся отливки образуется корочка затвердевшего сплава, определяющая внешний контур отливки;
— уменьшение объема жидкого металла внутри образовавшейся твердой корочки опережает объемную усадку самой твердой оболочки;
— при отсутствии поступления жидкого металла, компенсирующего уменьшение объема, формируются пустоты, называемые раковинами, величина которых зависит от свойств сплава, температуры перегрева и его начального объема. Условиями питания затвердевающей отливки обуславливается возможность получения плотных ее стенок и минимальной неоднородности механических свойств в разных частях отливки, наиболее заметно проявляемой при изготовлении крупногабаритных литых деталей.
Исследования условий питания отливок и разработка способов применения прибылей, определения их размеров, равно как и методов улучшения действия прибылей, основаны на изучении процессов затвердевания сплавов.
Газовое или воздушное давление повышает надежность работы прибыли, способствуя уменьшению расхода металла и пористости в отливках. Однако необходимы дополнительные затраты на реализацию и тщательную отработку технологического процесса. Применение таких прибылей целесообразно при изготовлении крупных отливок, подвергаемых гидроиспытаниям, а также при большой протяженности питаемых узлов, на которых приходится устанавливать несколько обычных прибылей.
Ни какая прибыль с эндотермической или экзотермической оболочкой не дадут такого эффекта, как прибыли с избыточным давлением.
Экзотермические оболочки значительно уменьшают размер прибыльной части и самой усадочной раковины, однако при этом, в тех областях отливки, которые прилегают к экзотермической прибыли, создается локальный перегрев металла до температуры 2000 С и более, что нарушает структуру металла, поступающего в отливку из прибыли. Особенно опасны такие перегревы при литье чугуна со сфероидальным графитом и углеродистой сталью.
Кроме этого в отливках образуются участки с разной микроструктурой на границах перегретого металла и металла с расчетной температурой заливки. Образование таких участков чревато внутренними напряжениями и различными прочностными характеристиками в этих областях.
Способов создания избыточного давления в прибыли несколько – это и подвод сжатого воздуха, и установка газовыделяющих патронов, однако, все эти варианты требуют дополнительных затрат и, самое главное, возможны только на крупногабаритных отливках.
Мы предлагаем новое направление в литье с использованием прибыльных оболочек, создающих избыточное давление за счет расширения материала оболочки, вернее, за счет расширения в объеме покрытия, которое наносится на рабочую часть оболочки. Материал покрытия способен увеличиваться в десятки раз без выделения газообразных веществ, а только лишь за счет изменения своей структуры при температурах выше 300 С.
Регулируя толщину нанесения покрытия по высоте и поверхности прибыльной оболочки можно управлять процессами кристаллизации получаемых отливок.
Принцип действия разработанных нами прибыльных оболочек заключается в следующем: при поступлении металла в прибыль материал покрытия меняет свою кристаллическую решетку и увеличивается в объеме по всей поверхности нанесенного покрытия на величину, зависящую от концентрации покрытия и толщины его нанесения. Давление в прибыли может создаваться от атмосферного до нескольких атмосфер. Это также зависит от толщины и концентрации покрытия.
Этот эффект возможен только лишь на закрытых прибылях.
В данном случае, при избыточном давлении в прибыли можно получать отливки с более тонкими стенками и отливки с разной толщиной стенок, без снижения их качества.
Кроме этого, что также очень важно, можно снизить температуру металла при заливке что повлечет за собой кроме повышения качества отливок, еще и экономию энергоносителей на разогрев металла до более высокой температуры.
