Литье из цинка

Виды специального литья

Литье металла в песок (землю) связано с определенными сложностями, в частности, подобное производство требует большого оборота формовочного материала. Кроме того, применение такого способа литья не всегда приводит к получению заготовок требуемого качества.Развитие металлургической науки привело к тому, что появились новые, специальные способы литья металлов.

Главное достоинство названных специальных методов литья то, что металлурги стали получать качественные детали, снизили количество некондиционной продукции, подняли производительность на производстве. Разумеется, вводимые в эксплуатацию специальные методы литья оказывают положительное влияние на улучшении условий труда рабочих и инженеров.

Рассмотрим некоторые из этих специальных способов подробнее.

Цинк

У цинка гексагональная структура. Этим объясняется резкая анизотропия его свойств. Прочностные свойства в поперечном (к прокатке) направлении значительно выше, чем в продольном. При комнатной температуре цинк в литом состоянии малопластичен, а при 100—150 °С становится пластичным и может быть подвергнут обработке давлением — прокатке, прессованию, штамповке и глубокой вытяжке.

Чистый цинк кристаллизуется в процессе обработки давлением и не нуждается в смягчающем отжиге. Технологичность цинка в процессе обработки давлением зависит от его чистоты. Отрицательное влияние на горячую обработку оказывает примесь олова, образующая с цинком эвтектику с температурой плавления 199 °С, и особенно одновременное присутствие олова и свинца, образующих с цинком тройную эвтектику с температурой плавления 150 °С. Железо задерживает рекристаллизацию цинка.

В процессе естественного старения цинковых сплавов происходит уменьшение размеров отлитых изделий (на 0,07—0,09 %), Две третьих усадки происходит в течение 4—5 недель, остальная — в течение многих лет. Для стабилизации размеров применяют термообработку — отжиг (3—6 ч при 100 °С, или 6—10 ч при 85 °С, или 10—20 ч при 70 °С).

Сплавы могут подвергаться пайке и сварке. Однако эти процессы применяют главным образом для заделки дефектов, так как паяные швы имеют низкую прочность. Оловянно-свинцовыми припоями можно паять только предварительно никелированные сплавы. Флюс — подкисленный хлористый цинк. Лучшие результаты дает припой, содержащий 82,5 % Cd, 17,5 % Zn. В этом случае флюс не требуется.

Сварку ведут в восстановительном пламени. Электроды и изделие изготовляют из одного сплава.

Наиболее широко литейные цинковые сплавы используют в автомобильной промышленности для отливки корпусов карбюраторов, насосов, рам спидометров, решеток радиаторов, деталей гидравлического тормоза, различных декоративных деталей. Помимо этого сплавы применяют для отливки деталей стиральных машин, пылесосов, пишущих машинок, кассовых аппаратов, миксеров, корпусов электрических часов, различного кухонного оборудования и т. д. Эти сплавы нельзя использовать в условиях повышенных и низких температур, так как уже при температуре 100 °С прочность снижается на 30 %, твердость — на 40 %, а при температуре ниже 0 °С они становятся хрупкими.

Для повышения коррозионной стойкости и для декоративных целей на цинковые изделия наносят различные защитные покрытия. В зависимости от условий службы цинковых изделий применяют двух- или трехслойные защитные покрытия различных толщин. Как правило, в качестве покрытий используют медь, никель и хром.

Цинковые антифрикционные сплавы

Максимальное распространение имеют антифрикционные материалы. Они применяют как отливки, а также после механической обработки. Эти материалы отличают антифрикционные параметры и довольно высокая прочность. Их применяют для замены бронзы, детали из которой работают при температуре не более 100 градусов Цельсия.

Микроструктура цинковых антифрикционных сплавов

Если температура выше означенной то сплав приобретает излишнюю мягкость и постепенной верхний слой цинковой детали окажется на поверхности вала. Сплавы этого класса используют для получения цельнометаллические или биметаллические материалы. Из сплавов на основе цинка наиболее широкое распространение получили такие сплавы, как ЦАМ1, ЦАМ 4-1, в их составе содержится до 4% алюминия и 1% меди. Кроме, них для получения отливок применяют такие марки, как ЦАМ 10, состоящий на 5% из алюминия и 10% меди. Его отличают высокие механические и антифрикционные свойства. Этот материал широко используется для деталей мотоциклетной техники. Его технические свойства позволяют применять его и в производстве подшипников скольжения. Особняком стоит сплав ЦАМ 4-1. Этот материал используют для получения деталей различной конфигурации и назначения в автомобильной промышленности. Состав этого материала нормирован ГОСТ 19424-97. В соответствии с его требованиями в состав этого сплава, кроме алюминия и меди, могут входить:

• кремний, не более 0,13%;
• магний, не более 0,06%;
• железо, не более 0,005%;
• свинец, не более 0,01%;
• олово, не более 0,012%;
• кадмий, не более 0,004%.

Применение цинковых антифрикционнх сплавов

Свойства и характеристики сплава отличаются от множества других сплавов, так, ЦАМ 4-1, имеет плотность, превышающую 7,1 кг на 1 дм, предел текучести лежит в пределах 100 КГс и рядом других. Для получения деталей из цинка ЦАМ 4-1, последний поступает в чушках, весом по 25 кг каждая, допустимо и применение материала – сырца в чушках по 500 кг.

Получение цинка

Первый – электролитический, основывается на обработке оксида цинка серной кислотой. В результате этой реакции образовывается сульфатный раствор, который очищают от примесей и подвергают электролизу. На алюминиевых катодах осаживается цинк, который затем плавят в индукционных печах. Чистота цинка, полученного таким образом, составляет около 99,95%.

Второй способ, наиболее давний – дистилляционный. Концентраты нагревают до очень высокой температуры (около 1000°С), выделяются пары цинка, которые путем конденсации оседают на глиняных сосудах. Но этот способ не дает такой чистоты, как первый. В полученных парах содержится около 3% различных примесей, включая такой ценный элемент, как кадмий. Поэтому дальше Zn очищают ликвацией. При температуре 500°С его отстаивают некоторое время и получают чистоту 98%. Для дальнейшего изготовления сплавов этого достаточно, ведь потом цинк все равно легируют этими же элементами. Если этого недостаточно, применяют ректификацию и получают цинк с чистотой 99,995%. Таким образом, оба способа позволяют получить высокочистый цинк.

Литье по выплавляемым моделям

Такой метод специального литья подразумевает то, что отливки получают в одноразовых формах, которые получают выплавлением моделей, выполненных из легкоплавких материалов, на поверхность которых наносят огнеупорные покрытия.Такой метод литья эффективен при производстве деталей небольших размеров сложной формы. Причем этот способ пригоден для работы с любыми металлами. С его помощью выполняют получение отливок сложной конфигурации с тонкими стенками.

Литье по выплавляемым моделям

Для производства моделей применяют парафин, воск и пр. Чаще всего применяют смесь парафина и стеарина. Для изготовления моделей используют запрессовку полученного состава в пресс-формы, выполненные из металла. Кроме этого, возможно, использование ручных шприцев.При производстве такого типа изготовление отливок для одной детали не имеет смысла. Поэтому такие модели компонуют в блоки, имеющими один общий стояк. Для присоединения моделей применяют питатели (литниковые ходы). Использование таких конструкций поднимает эффективность труда, кроме того, применение единой литниковой системы приводит к экономии материала.Огнеупорную оболочку формируют при окунании блока с моделями в ванну, заполненную обмазкой, выполненной с применением керамики. После окунания блоки обсыпают кварцевым песком и отправляют на просушку, которая длится от 4 до 5 часов. Модели выплавляют в ванне, с водой, разогретой до температуры 70 – 85 градусов. Такой подход подразумевает то, что этот состав будет возвращен в повторное производство практически в полном объеме.Формы, покрытые составом, прокаливают при 900 — 950 градусах.Металлический расплав заливают сразу после прокаливания. Часто применяют центробежный способ заливки. По мере охлаждения оболочка растрескивается, и ее удаляют при помощи вибрации.

Полученные отливки отправляют в механический цех для удаления литников и облоя.Специальное литье по моделям применяют для производства деталей с повышенной точностью, при его использовании значительно повышается качество отливок. Но, весь процесс литья такого типа вполне обоснованно считают длительным и сложным. Это сказывается на себестоимости выполняемых работ.

Центробежное литье

Специальные виды литья неограниченны темы методами, приведенными выше. При центробежном способе специального литья, расплав заполняет форму под воздействием центробежных сил. Они возникают при вращении литьевой формы вокруг оси, которая может быть расположена вертикально, горизонтально или под углом к горизонту.

Центробежное литье

При таком методе литья внутренняя поверхность отливки формируется, не вступая в контакт с рабочей поверхностью формы, и поэтому ее называют свободной.Такая специальная технология предполагает, что литьевые формы выполнены из металла. Перед началом заливки расплава ее необходимо разогреть до температуры 250 – 350 градусов, затем на рабочие поверхности наносят огнеупорное покрытие. Использование центробежной обработки расплава позволяют получить плотность отлитого металла, отсутствие пустот и раковин в теле полученной детали. Под воздействием центробежных сил.

Центробежная обработка расплава позволяет производить следующие типы деталей:

• втулки;
• барабаны;
• корпуса роторов и многое другое.

Вследствие этого детали обладают повышенной износостойкостью. Кроме того, центробежные силы вытесняют из расплава посторонние включения и шлаки.

Температуры плавления

Температура плавления бронзы напрямую зависит от наполняемости химическими элементами сплава. Ведь в качестве легирующих компонентов могут выступать тугоплавкие элементы. Так, максимальная температура для разлива бронзы составляет 1350 °С.

Маркировка легирующих элементов, добавляемых в сплавы меди:

• алюминий (А);
• бериллий (Б);
• железо (Ж);
• кремний (К);
• марганец (Мц);
• никель (Н);
• свинец (С);
• селен (О);
• титан (Т);
• цинк (Ц).

Для деления бронзовых сплавов пользуются двумя определениями – это оловянистые и безоловянистые бронзы. Температура плавления пригодного для литья, в зависимости от ее химического состава приведена в таблице.

Это далеко не полный перечень литейных бронзовых сплавов.

Если плавка бронзы производится в домашних условиях, то особое внимание следует обращать на температуру плавления сплава. Оловянистым бронзам не требуется преодолевать тысячеградусный порог

Им достаточно 900°С — 950 °С. Безоловянистым сплавам уже требуется 950 °С — 1100 °С.

Детали, получаемые из бронзы методом центробежного литься

При выплавке бронзовых деталей стоит учитывать их высокую вязкость. Поэтому для качественного литья нагревать их следует выше температуры плавления примерно на 100 градусов. Бронзы обладают минимальной усадкой, которая не превышает 1,5%. Данная характеристика является преимуществом перед латунями и позволяет получать фасонные отливки.

Для сравнения можно посмотреть на температуру плавления латуней. Выделяются две категории латуней – это двухкомпонентные и многокомпонентные латуни. В состав двух компонентных сплавов кроме меди входит цинк. Его количество влияет на температуру плавления, которая находится в диапазоне 880°С — 965°С.

Для много компонентных температурные режимы повышаются до 895 °С — 1070 °С из-за ввода легирующих компонентов с высокой температурой плавления.

Какими преимуществами обладает цинковое покрытие

Независимо от типа выполнения покрытия, будь то на производстве или в домашних условиях, цинковый защитный слой имеет следующие достоинства:

• Качественная защита от коррозийных процессов.
• Придание изделию дополнительных свойств и качеств – регулируется наличием примесей в цинке.
• Большой эксплуатационный ресурс – деталь/материал может использоваться в течение десятилетий, не теряя своих изначальных характеристик.
• Универсальность – им можно покрыть любой металл, т.к. достаточно провести предварительную подготовку изделия.

Получение цинка в домашних условиях позволяет выполнить оцинковку гальваническим способом, потратив минимум времени на подготовку и реализацию процесса. Этот вариант обработки металлических изделий заключается в электрохимической реакции – ионы цинка покрывают поверхность детали, создавая защитный слой на поверхности. Задача такого покрытия – обеспечить защиту от воздействия влаги и механических повреждений, которые могут привести к коррозии.

Главный плюс цинкового покрытия – при получении повреждения слоя (до металла под ним) коррозия не возникает, т.к. цинк защищает все изделие, не допуская распространение ржавчины.

Как итог, можно сказать, что найти цинк в домашних условиях просто – любой из предложенных элементов можно найти у каждого человека. Его плавка занимает небольшое количество времени и сил, что позволит без усилий создать защитный слой, который сохранить деталь от негативного влияния влаги и других воздействий.

Современные методы литья из алюминия

Виды литья алюминия во многом схожи с литьем других металлов. «Московский литейный завод» в совершенстве владеет такими методиками и технологиями и производит продукцию высокого качества и надежности.

Литье из алюминия относится к литью из цветных металлов. Наиболее эффективными методами литья алюминия, используемыми промышленными предприятиями, являются:

• Литье алюминия под высоким давлением;
• Литье в кокиль (металлическую форму);
• Центробежное литье;
• Литье с использованием гипсовых комбинированных форм.

Технология производства литья из алюминия предусматривает также метод литья алюминия в пенопласт.

Самым продуктивным считается организация литья алюминия под давлениемпри помощи поршневых машин. Этот метод позволяет получить качественные и прочные отливки. Гидравлический пресс или поршень, под воздействием сжатого газа может нагнетать давление до 200 атмосфер. Благодаря этому, получаются отливки с ровной поверхностью и не требующие особой обработки (шлифования, полирования и т.д.). Процесс протекает в специальных разъемных формах. Таким методом можно получить детали сложных форм с отличными характеристиками.

Метод литье изделий из алюминия в кокиль (кокиль – металлическая форма, бывает разъемная или неразъемная) предусматривает многоразовое использование форм. Неразъемные формы используют для литья простых деталей. Разъемные формы могут быть вертикальные, горизонтальные или криволинейные. Части формы соединяются между собой и после этого подается расплавленный алюминий.

Оба эти метода достаточно экономичные и позволяют получать детали, отличающиеся высокой надежностью и точностью.

Центробежное литье с горизонтальной осью вращения

Это способ является наиболее широко распространенным методом центробежного литья. Он состоит в том, что формирование отливки со свободной поверхностью происходит в поле центробежных сил. При этом внутренняя поверхность изложницы играет роль формообразующей поверхности. Заливка в форму расплава из ковша производится через специальный заливочный желоб. В процессе производства происходит растекание расплава по внутренней поверхности формы, и он под воздействием центробежных сил образует пустотелый цилиндр. После того, как металл или сплав затвердеет, форма останавливается, и готовое изделие из нее извлекается.

Центробежное литье с вертикальной осью вращения

Для того чтобы получить отливку на машинах, которые вращают форму вокруг оси, расположенной вертикально, заливка расплавленного металла или сплава производится сверху во вращающуюся форму через отверстие расположенное по оси вращения шпинделя.

В процессе вращения металл или сплав под влиянием центробежных сил стремится к боковым стенкам формы (изложницы). Вращение осуществляется до тех пор, пока форма затвердеет полностью. Как только это произойдет, форма останавливается, и из нее извлекается отливка.

Одной из характерных особенностей тех отливок, которые получаются на машинах с вертикальными осями вращения, является то, что толщина их стенок неравномерна по высоте: в нижней части они получаются более толстыми. Во многом именно поэтому таким способом обычно изготавливают отливки с небольшим габаритным значением по высоте: кольца, фланцы, короткие втулки.

Центробежное литье и центробежный метод литья

Центробежный метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин.

Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок.

При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %.

В нашем производстве используют машины с горизонтальными осями вращения. Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья. Что такое центробежное литьё?

Центробежное литье — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

• Высокая износостойкость.
• Высокая плотность металла.
• Отсутствие раковин.
• В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

• втулки;
• венцы червячных колёс;
• барабаны для бумагоделательных машин;
• роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

Применение медного литья

Медное литье применяется для изготовления широкого спектра изделий. В ювелирном деле легендарный металл чаще используют в составе сплавов. В небольших количествах ее добавляют в золотые изделия для повышения их прочности и стойкости к истиранию. Бронза, представляющая собой сплав меди с оловом, используется для создания авторских подвесок, цепочек, колец и сережек.

Ювелирные украшения из меди

Литье из меди применяется также для изготовления рыболовных блесен уникальной формы. Еще одна сфера применения — создание авторских масштабных моделей техники — кораблей, автомобилей, танков, самолетов и пр. Здесь кроме бронзы используется латунь — сплав с цинком.

Латунь и бронза применяются также для отливки элементов декора помещений, накладок и авторских дверных ручек. Здесь, кроме конструкционных достоинств — прочности, долговечности и внешнего вида, применяются и бактерицидные свойства меди и ее сплавов.

https://youtube.com/watch?v=wPO1fFYp6t4

Центробежное литье с горизонтальной осью вращения

Это способ является наиболее широко распространенным методом центробежного литья. Он состоит в том, что формирование отливки со свободной поверхностью происходит в поле центробежных сил. При этом внутренняя поверхность изложницы играет роль формообразующей поверхности. Заливка в форму расплава из ковша производится через специальный заливочный желоб. В процессе производства происходит растекание расплава по внутренней поверхности формы, и он под воздействием центробежных сил образует пустотелый цилиндр. После того, как металл или сплав затвердеет, форма останавливается, и готовое изделие из нее извлекается.

Выберите регион

Россия

• Алтайский край
• Белгородская область
• Брянская область
• Владимирская область
• Волгоградская область
• Вологодская область
• Воронежская область
• Ивановская область
• Иркутская область
• Кабардино-Балкарская Республика
• Калужская область
• Кемеровская область
• Кировская область
• Костромская область
• Краснодарский край
• Красноярский край
• Курганская область
• Курская область
• Ленинградская область
• Липецкая область
• Московская область
• Нижегородская область
• Новгородская область
• Новосибирская область
• Омская область
• Оренбургская область
• Орловская область
• Пензенская область
• Пермский край
• Приморский край
• Псковская область
• Республика Адыгея
• Республика Башкортостан
• Республика Дагестан
• Республика Карелия
• Республика Коми
• Республика Крым
• Республика Марий Эл
• Республика Мордовия
• Республика Татарстан
• Республика Хакасия
• Ростовская область
• Рязанская область
• Самарская область
• Саратовская область
• Свердловская область
• Смоленская область
• Ставропольский край
• Тамбовская область
• Тверская область
• Томская область
• Тульская область
• Тюменская область
• Удмуртская Республика
• Ульяновская область
• Ханты-Мансийский АО — Югра
• Челябинская область
• Чувашская Республика
• Ярославская область

Преимущества и недостатки центробежного литья

С помощью центробежного литья получить отливку, имеющую геометрически правильную свободную поверхность, можно только в том случае, если частота вращения является строго определенной (она определяется таким показателем, как гравитационный коэффициент). Если частота вращения отливки оказывается недостаточной, то вследствие усадки, как при вертикальном, так и при горизонтальном положении оси неизбежно возникают искажения.

Таким образом, можно констатировать, что одним из преимуществ центробежного литья является то, что оно позволяет существенно улучшить показатель заполняемости формы расплавом, поскольку на него действует повышенное давление, возникающее под воздействием центробежных сил. Кроме того, в отливках образуется меньше раковин, пор, разнообразных включений, существенно возрастает их плотность.

Необходимо также отметить, что достоинством этого метода литья является также уменьшение расхода металла и повышение такого показателя, как выход годного, по причине отсутствия литниковой системы. Помимо этого, при центробежном литье деталей и заготовок, имеющих форму труб и втулок, не нужно нести затраты на технологические стержни.

Что касается недостатков, то они у центробежного литья тоже есть. К таковым относится трудность изготовления отливок из тех сплавов, что склонны к ликвации; неточность размеров полости отливок, имеющих свободные поверхности; повышенная загрязненность поверхностей отливок ликватами и неметаллическими включениями (из-за этого приходится существенно повышать припуски на их механическую обработку).

Материал для литья алюминия в кокиль

Для изготовления кокилей для литья алюминиевых сплавов на Московском литейном заводе используется алюминий (перед применением поверхность кокиля анодируют). Внутренние поверхности кокиля обрабатываются огнеупорными материалами типа графита, жидкого стекла, глины, кварца. Термостойкое покрытие кокиля регулирует интенсивность теплового взаимодействия формы и отливки, предотвращает деформацию оснастки при заливке в нее горячего металла, является защитным слоем, который препятствует взаимодействию жидкого сплава алюминия с кокилем.

Оборудование для литья алюминия в кокиль включает автоматизированные кокильные литейные машины, на которых проходит технологический процесс получения готовых металлических отливок. Технология литья алюминия в кокиль применяется для точного изготовления деталей и сокращения расхода материалов на стружку и их механическую обработку. Обычно эта технология задействуется на массовом или крупносерийном выпуске партии отливок (от 300 до 500 штук в партии).

Свойства цинковых сплавов

Изделия из цинковых сплавов применяют в различных промышленных отраслях и быту. К примеру, во время сборки автомобильной техники цинковые сплавы применяют во время изготовления отдельных корпусных деталей, фильтров и множестве иных. Электротехническая промышленность использует цинк для изготовления щеткодержателей. Сплавы из данного материала очень пластичны. И данное свойство позволяет его использовать для получения отливок замысловатой формы с тонкими стенками. Цинковые литьевые сплавы не вступают в хим. реакцию с металлом формы и не липнут к ее поверхности. Параметры данных материалов дают возможность делать детали с резьбой.

Свойства цинковых сплавов

Между тем механичные свойства цинка и сплавов из него определяет то, что прочностный предел находится в диапазоне 20 – 38 кгс на квадратный метр, а твердость по Бринеллю составляет 65 – 110 единиц. Отливки из цинковых сплавов обладают невысокой шершавостью поверхности, точностью размеров. Заготовки, полученные литьем под давлением отлично, отделываются давлением и резанием.Между тем цинковые сплавы, обладают большой плотностью – 7 кг на дециметр, а это сравнимо со сталью. Они имеют не очень большую устойчивость к влиянию коррозии. Наличие в составе сплава подобных веществ, как – свинец, кадмий и остальных приводит к тому что ускоряются процессы старения. Он сопровождается снижением механических показателей и изменением объема отливки. Плюс ко всему сплавы из данных материалов отличительны очень высокой пористостью.

С целью улучшения свойств прочности и приданию цинковым сплавам хорошей устойчивости к коррозии, в их состав вводят магний, его концентрация не должна быть больше 0,1%. По мимо этого, способа используют и довольно классические методы – никелирование, кадмирование и др.Свойства сплава устанавливается наличием тех либо других веществ в составе сплава.