Способ литья алюминиевых сплавов

Изобретение относится к литью алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям и может быть использовано в авиационной технике и автомобилестроении. Сспособ включает сборку моделей и элементов литниковой системы, нанесение газопроницаемого противопригарного покрытия на модель, формовку модели в литейной форме в песке и заливку литейной формы металлом. Покрытие имеет следующий состав, мас.%: 2%-ный раствор поливинилбутираля в изопропиловом спирте 38-49, олифа 1-2, маршалит - остальное. Толщина покрытия составляет 0,1-0,3 мм. Обеспечивается получение качественных фасонных отливок с повышенными механическими свойствами, повышение надежности и ресурса изделий из алюминиевых сплавов. 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к литейному производству алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям, и может быть использовано в авиационной технике и автомобилестроении.

Известен способ литья в разовые песчаные формы отливок из сплавов системы Al-Si-Cu-Mg. Способ включает проектирование и изготовление деревянной модели и оснастки, приготовление формовочной, облицовочной и стержневой смесей, изготовление стержней, формовку модели в опоке, заливку металла, охлаждение, выбивку готовой отливки. (В.М.Лебедев, А.В.Мельников, В.В.Николаенко. Отливки из алюминиевых сплавов. - М.: Машиностроение, 1970, стр.216).

Недостатками способа литья в песчаные формы являются невозможность получения качественных отливок и недостаточно высокие механические свойства, невысокая точность размеров.

Известен способ литья по газифицируемым моделям отливок, включающий погружение модели в форму из сыпучего материала без связующего, заполнение формы жидким металлом, воздействие на форму изостатическим давлением газа. Способ используют в основном для литья изделий из алюминиевых сплавов, имеющих интервал кристаллизации больше 30°С. Геометрия отливок такова, что отношение длины, которая отделяет прибыльную часть слитка от одной или нескольких критических зон образования усадочных раковин, к половине средней толщины отливки вдоль этой длины превышает значение 10. Давление газа составляет 0,1-0,5 МПа. (Патент РФ №1838042.)

Известен также способ литья алюминия и его сплавов, включающий установку пенополистироловой модели в контейнер с сыпучим огнеупорным материалом без связующего, заливку форм металлом под газовым давлением, которое начинают поднимать после кристаллизации металла не менее 40% по массе, отличающийся тем, что газовое давление увеличивают до величины в пределах 5-10 МПа. (Патент РФ №1819185.)

Недостатками известных способов является большая трудоемкость при получении отливок сложной конфигурации и недостаточно высокие механические свойства.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения литья по газифицируемым моделям, включающий сборку моделей и элементов литниковой системы, имеющих пустотелые полости и газоотводные каналы, нанесение противопригарной краски, формовку в песке, вакуумирование литейной формы и заливку ее металлом при переменном давлении газа над металлом в форме, в котором во время формовки газоотводные каналы и пустотелые полости модели в форме соединяются между собой и с системой приема газов, а при заливке металла в форму давление газа над металлом дважды понижают ниже атмосферного: в начале и в конце заполнения формы металлом, при этом над залитой полостью форм поддерживают избыточное давление газа, превышающее давление на противопригарную краску, но ниже металлостатического давления в форме, причем наносят противопригарную газонепроницаюмую краску. (Патент РФ №1764768.)

Недостатками способа-прототипа являются невозможность получения качественных отливок и недостаточно высокие механические свойства.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа литья по газифицируемым моделям алюминиевых сплавов, преимущественно системы Al-Si-Cu-Mg, обеспечивающего получение качественных фасонных отливок с повышенными механическими свойствами.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ литья алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям, включающий сборку моделей и элементов литниковой системы, нанесение противопригарного покрытия на модель, формовку модели в литейной форме в песке, заливку литейной формы металлом, отличающийся тем, что на модель наносят газопроницаемое противопригарное покрытие толщиной 0,1-0,3 мм следующего химического состава, мас.%:

2% раствор поливинилбутираля
в изопропиловом спирте	38-49
олифа	1-2
маршалит	остальное

Применение газопроницаемого покрытия заявляемой толщины позволяет осуществлять быстрый отвод образующихся при заливке металлом газообразных продуктов.

Газопроницаемое покрытие толщиной менее 0,1 мм не дает возможности получить чистую поверхность отливки, а при толщине покрытия более 0,3 мм увеличивается время кристаллизации, что приводит к увеличению величины зерна и структурных составляющих, следовательно, снижаются значения механических свойств. Только совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения: газопроницаемость противопригарного покрытия, его толщина и химический состав, позволяет получать качественные фасонные отливки с повышенными механическими свойствами.

Примеры осуществления

Пример 1.

Для получения отливок из алюминиевого сплава по газифицируемым моделям производили сборку моделей и элементов литниковой системы. На собранные модели наносили газопроницаемое противопригарное покрытие толщиной 0,1 мм, химического состава, мас.%: 2%-ный раствор поливинилбутираля в изопропиловом спирте - 49, олифа - 1, маршалит - остальное. Производили формовку модели в литейной форме в песке. Заливали литейную форму сплавом АЛ4МС.

Примеры 2, 3 для сплава АЛ4МС и 1, 2, 3 для сплава АЛ32 проводили аналогичным образом, см. таблицу.

Пример 4.

Для получения отливок из алюминиевого сплава по газифицируемым моделям по способу-прототипу производили сборку моделей и элементов литниковой системы с газоотводными каналами. На собранные модели наносили газонепроницаемое противопригарное покрытие марки КР-10 (ПИ1.2.100-78) толщиной 1,5 мм, химического состава, мас.%: дистенсиллиманит марки КДСП (ТУ 48-4-307-74) - 50; гидролизованный раствор этилсиликата 32 с содержанием SiO₂ 5% (ГОСТ 26371-84) - 23; борная кислота - 1,3 (ГОСТ 18704-73); вода - остальное. Производили формовку модели в литейной форме в песке. Вакуумировали форму (разрежение 60-120 кПа). Заливали литейную форму сплавом АЛ4МС.

Для сплава АЛ32 Пример 4 проводили аналогичным образом.

В таблице приведены механические свойства образцов, вырезанных из отливок из сплавов системы Al-Si-Cu-Mg, отлитых по предлагаемому способу и по способу-прототипу.

Механические свойства определялись после термообработки по режиму Т5 для сплава АЛ4МС нагрев под закалку 3-ступенчатый при температуре 490°С - 4 ч + 500°С - 4 ч + 510°С - 6 ч, закалка в воде 20°С, старение при 160°С - 10 ч, охлаждение на воздухе; для сплава АЛ32 нагрев под закалку 2-ступенчатый при температуре 505°С - 4 ч + 515°С - 6 ч, закалка в воде 20°С, старение при 150°С - 10 ч, охлаждение на воздухе.

Из таблицы следует, что для отливок из сплавов АЛ4МС и АЛ32, полученных по предлагаемому способу, предел прочности возрастает на 10-15%, относительное удлинение на 30-50%, плотность литья выше по сравнению с отливками из сплавов АЛ4МС и АЛ32, полученными по способу-прототипу. Отливки, имеющие балл пористости выше 3, бракуются.

Таблица. Механические свойства образцов, вырезанных из отливок, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу.
№ п/п	Способ литья	Марка сплава	Состав противопригарного покрытия, мас.%	Толщина противоприг арного покрытия, мм	Плотность отливок, балл пористости	Механические свойства
σв, МПа	δ, %
1	Предлагаемый способ	АЛ4МС	Газопроницаемое покрытие: 2-% р-р поливинилбутираля в изопропиловом спирте - 49; олифа - 1; маршалит - остальное	0,1	1-2	370	3,3
2			2-% р-р поливинилбутираля в изопропиловом спирте - 44; олифа - 1,5; маршалит - остальное	0,2	1-2	385	3,0
3	2-% р-р поливинилбутираля в изопропиловом спирте - 38; олифа - 2; маршалит - остальное	0,3	1-2	380	3,8
4	Прототип		Газонепроницаемое покрытие: дистен-силлиманит - 50; гидролизованный р-р этилсиликата 32 с содержанием SiO2 5% - 23; борная кислота 1,3; вода - остальное.	1,5	3-5	335	2,5
1	Предлагаемый способ	АЛ32	Газопроницаемое покрытие: 2-% р-р поливинилбутираля в изопропиловом спирте - 49; олифа - 1; маршалит - остальное	0,1	1-2	260	2,8
2			2-% р-р поливинилбутираля в изопропиловом спирте - 44; олифа - 1,5; маршалит - остальное	0,2	1-2	270	2,9
3	2-% р-р поливинилбутираля в изопропиловом спирте - 38; олифа - 2; маршалит - остальное	0,3	1-2	268	3,0
4	Прототип		Газонепроницаемое покрытие: дистен-силлиманит - 50; гидролизованный р-р этилсиликата 32 с содержанием SiO2 5% - 23; борная кислота 1,3; вода - остальное.	1,5	3-5	235	2,0

Использование предлагаемого способа литья алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям значительно упростит процесс, позволит получать качественные и точные отливки, что снизит металлоемкость и повысит надежность в эксплуатации и ресурс изделий из сплавов преимущественно системы Al-Si-Cu-Mg.

Способ литья алюминиевых сплавов по газифицируемым моделям, включающий сборку моделей и элементов литниковой системы, нанесение противопригарного покрытия на модель, формовку модели в литейной форме в песке, заливку литейной формы металлом, отличающийся тем, что на модель наносят газопроницаемое противопригарное покрытие толщиной 0,1-0,3 мм следующего химического состава, мас.%:

2%-ный Раствор поливинилбутираля
в изопропиловом спирте	38-49
Олифа	1-2
Маршалит	Остальное