Получение поковок из литейной латуни Лц40С обработкой металлов давлением

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.7.043

Получение поковок из литейной латуни Лц40С обработкой металлов давлением

Р. В. Кузнецов, А. В. Гоциридзе, К. В. Мартынов

В статье рассмотрен опыт получения поковки из литейного медного антифрикционного сплава методом штамповки жидкого металла. Изучены закономерности изменения структуры сплава и механических свойств заготовки в зависимости от технологии ее получения. Описано применение нового разделительного покрытия.

Ключевые слова: штамповка жидкого металла, поршневая схема прессования, литейные медные сплавы, противопригарные покрытия.

Производство заготовок из сплавов на основе меди для арматуры, втулок и сепараторов подшипников всегда было востребованным во многих отраслях машиностроительного сектора. Не прекращаются поиски путей снижения себестоимости и повышения качества заготовок для этих деталей. Как правило, на производстве для решения этой задачи проводится частичная модернизация применяемой технологии, что не всегда приводит к значительным положительным результатам.

В институте «Металлургии, машиностроения и транспорта» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого была проведена инициативная научно-исследовательская работа, целью которой являлось определение возможности и перспективности применения метода горячей объемной штамповки для получения заготовок с повышенными свойствами из литейного сплава ЛЦ40С (ГОСТ 17711-93).

Известно, что большинство свойств отливок формируется в период первичной кристаллизации металла [4]. Обязательным условием, обеспечивающим высокое качество заготовок, является химическая и физическая однородность сплава [1]. Для изделий, получаемых по любой из традиционных литейных технологий, характерны химическая ликвация, газовая пористость и усадочные раковины, возникающие в процессе затвердевания расплава. По данным работы [3], приложение давления на стадии первичной кристаллизации позволяет избежать возникновения этих дефектов.

Влияние внешнего давления во время кристаллизации на структуру и свойства сплава ЛЦ40С исследовалось на заготовках, полученных на гидравлическом прессе П474А с номинальным усилием прессования 1000 кН и скоростью рабочего хода ползуна не менее 2 мм/с. Плавку металла осуществляли в индукционной печи ИСТ-0,16, оборудованной графитовым тиглем вместимостью 50 кг. Температура выпуска металла из печи — 1130 °С.

Заливку осуществляли в цилиндрическую матрицу с внутренним диаметром 60 мм, длиной 150 мм и толщиной стенки 15 мм. Матрицу и нижний пуансон предварительно нагревали в прокалочной печи до температуры 350 °С. Сразу после заливки жидкого металла к нему с помощью верхнего пуансона прикладывалось давление 100 мПа. Выдержка под давлением — 10 с. После остывания оснастки до температуры 100-150 °С штамповку выпрессовывали нижним пуансоном.

Для сравнения качества заготовок, полученных штамповкой жидкого металла и по традиционной литейной технологии, были изготовлены отливки методом литья в кокиль. В качестве кокиля использована та же оснастка, что и при штамповке жидкого металла.

Для защиты оснастки от воздействия жидкого металла на рабочие поверхности нанесено противопригарное покрытие [2] на основе крем-незоля. В качестве наполнителя использован цеолит фракции менее 5 мкм. Температуру оснастки и металла определяли с помощью бес-

№ 4(88)/2015

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Рис. 1. Микроструктура литого об- Рис. 2. Микроструктура образца, выполненного по технологии штам-

разца. х200 повки жидкого металла. х200: а — в центральной части заготовки;

б — у наружной поверхности заготовки

контактного лазерного пирометра «ПироЦельс Кельвин» КБ «Диполь».

Изготовленные разными способами заготовки имели ярко выраженные различия: в литых образцах присутствовала характерная осевая усадочная раковина глубиной около 10 мм. Кроме того, на боковой поверхности наблюдались наружные газовые раковины. На образцах, полученных штамповкой жидкого металла, такие дефекты отсутствовали.

Исследуемые заготовки были разрезаны в центральном поперечном сечении. Механические свойства определяли испытанием на твердость по методу Бринелля (ГОСТ 9012-59). Для измерения на прессе ТШ-2М (ГОСТ 23677-79) использовали стальной шарик диаметром 10 мм. При усилии 10 кН шарик вдавливали в трех точках поперечного среза образца — от наружного диаметра (места начала кристаллизации) до его центра (места окончания кристаллизации). Численное значение твердости НВ оценивали по отношению нагрузки, действующей на шарик, к поверхности полученного отпечатка:

НВ = 2 Р

пв (в -4В2 - а2 У

Полученные результаты измерений и расчетов представлены в таблице.

Связь микроструктуры и условий получения заготовок сплава изучали на шлифах после травления раствором хлорного железа. Результат металлографических исследований, проведенных на микроскопе МИМ-9, показан на рис. 1 и 2.

На заготовке, полученной литьем в кокиль, наблюдаются зоны с характерной дендритной структурой (рис. 1). В микроструктуре образцов, полученных по технологии штамповки жидкого металла, такие зоны не обнаружены; для них характерна равноосная структура на всей плоскости шлифа (рис. 2).

Выводы и результаты проделанной работы:

1) в лабораторных условиях отработана технология штамповки жидких медных сплавов;

2) установлено влияние регулируемого давления на микроструктуру и свойства заготовок из сплава ЛЦ40С (ГОСТ 17711-93);

3) установлено, что приложение давления в процессе кристаллизации расплава препятствует образованию литейных дефектов.

где Р — усилие нажатия; В — диаметр шарика; а — диаметр отпечатка.

Таблица

Способ получения заготовки НВ у кромки заготовки НВ на 1/2 диаметра заготовки НВ в центре заготовки

Литье в кокиль 87 84 75

Штамповка жидкого металла 97 99 100

№ 5 (89)/2015

Литература

1. Гини Э. И., Зарубин А. М., Рыбкин В. А. Технология литейного производства. Специальные виды литья. М.: Академия, 2005. 352 с.

2. Васин Ю. П. Противопригарные материалы в литейном производстве. Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1996. 136 с.

3. Батышев А. И. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. М.: Металлургия, 1990. 143 с.

4. Каширцев Л. П. Литейные машины. Литье в металлические формы. М.: Машиностроение, 2005. 368 с.