СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК
METHOD CASTING

Изобретение относится к области металлургии, а именно литейного производства, и может быть использовано при получении герметичных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, предназначенных для изготовления корпусных деталей, работающих в условиях избыточных давлений в изделиях авиационной техники и машиностроения.
Успешному применению агрегатного, двигательного, приборного, корпусного литья из легких сплавов в изделиях авиационной техники и машиностроения в значительной степени препятствуют дефекты литого материала, приводящие к негерметичности деталей, которая может быть обнаружена при испытаниях и во время эксплуатации может привести к разрушению изделия. Одной из основных причин возникновения негерметичности отливок является усадочная пористость. Микрорыхлота - это проявление объемной усадки в отливках из легких сплавов. Располагается микрорыхлота в плохо пропитываемых частях отливки, там, где кристаллизация задерживается. Микропоры в отливках и деталях могут приводить к ухудшению характеристик узлов машин, вплоть до их полной непригодности к эксплуатации.
Снижение, а тем более исключение пористости в условиях литейного производства связано, как правило, с увеличением трудоемкости и стоимости применяемого оборудования и оснастки, со значительным усложнением технологии литья в целом и в силу конструктивных особенностей деталей не всегда представляется возможным. Поэтому требуются новые решения в вопросах обеспечения качества, в частности, за счет герметизации литья специальными составами.
Известен способ герметизации отливок путем пропитки. Способ включает нагрев отливки до температуры не меньше 100°С и погружение ее в пропиточную жидкость. В качестве пропитывающего раствора используют консистентный водный раствор натриевых жирных кислот, заполнение пор ведут при атмосферном давлении, а после заполнения отливку обрабатывают в растворе сульфата алюминия (а.с. СССР №1713742).
Недостатками известного способа является трудоемкость технологического процесса, невозможность получения герметичных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов из-за присутствия воды в порах отливок, что приводит к коррозионному поражению отливок.
Известен способ заделки зазоров в изделиях, в котором перед пропиткой зазора герметиком в герметизируемый зазор вводят анаэробный тиксотропный герметик с последующей накладкой на поверхность зазора медной фольги, которую после отверждения герметика снимают, затем после пропитки зазора герметиком Анатерм-1у на поверхность изделия с герметизируемым зазором наносят стеклоткань, пропитанную связующим на основе эпоксидной смолы с последующей термообработкой до ее отверждения (Патент РФ №2016344).
Недостатками способа являются длительность и повышенная трудоемкость технологического процесса из-за необходимости использования трех пропитывающих материалов с различной проникающей способностью, отсутствие возможности механизации процесса из-за наличия большого объема ручного труда.
Известен способ герметизации пористых металлических изделий путем пропитки, в котором для пропитки используют анаэробную композицию. Промывку поверхности изделия для удаления избытка пропитывающей композиции и отверждение анаэробного герметика проводят в воде (Патент США №5256450).
Недостатком способа является способность анаэробных материалов к полимеризации без доступа воздуха только в очень узких порах размером 0,05 мм. Вследствие этого способ недостаточно эффективен при ликвидации пористости отливок.
Известен способ получения отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, в котором расплавление шихты - чистых металлов, лигатур, вторичных сплавов различной сортности, первичных и предварительных сплавов, рафинирование (в том числе от газов) - производится в печах, из которых потом металл разливают по изложницам и формам «Плавка и литье легких сплавов» Изд-во «Металлургия», 1969, с.355, с.288.
Недостатками известного способа являются газовая пористость, характерная для отливок из алюминиевых сплавов и микрорыхлота, характерная для отливок из магниевых сплавов. В известном способе дефекты не устраняются. Отливки с дефектами бракуются, тем самым снижается выход годного литья.
Технической задачей изобретения является создание способа получения отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, обеспечивающего повышение герметичности отливок.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ получения отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, включающий заливку расплава в формы с последующим их охлаждением, предварительную механическую обработку извлеченных из форм отливок, создание разряжения внутри отливок при вакуумировании и последующее заполнение пор отливок при давлении 0,1-0,8 МПа пропиточным компаундом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Олигоэфиракрилат
60,0-75,0
Полиэфирная ненасыщенная смола
20,0-35,0
Перекисный инициатор полимеризации
1,0-3,0
Сиккатив
0,1-2,5
Ингибитор
0,01-0,5
В качестве олигоэфиракрилата компаунд может содержать диметилакрилат-бис-(этиленгликоль)фталат (МГФ-1) /ТУ 6-16-2210-77/, диметакрилат-бис-(триэтиленгликоль)фталат (МГФ-9) /ТУ 113-00-05761643-27-92/, диметакриловый эфир триэтиленгликоля (ТГМ-3) /ТУ 6-16-2010-82/ или их смесь.
В качестве полиэфирной ненасыщенной смолы используют смолу на основе пропиленгликоля, малеинового ангидрида, фталевого ангидрида, адипиновой кислоты и меламина, взятых в соотношении 39,5:20,5:23,0:16,9:0,1 соответственно. Смолу получают по известной методике (Николаев А.Ф. Получение ненасыщественного полиэфира. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе М.-Л.: Химия, 1964, с.747-751). Может быть также использована смола марки 139-102, ТУ6-02-1-025-90.
В качестве перекисного инициатора полимеризации используется перекись дикумила /ТУ 38-40255-83/, сиккатива - кобальтовый сиккатив (октоат кобальта) /ТУ 2311-018-22284995-99/, ингибитора - 4-метил-2,6-итритичный бутилфенол (агидол-1 марки А) /ТУ 38.5901237-90/.
Авторами установлено, что использование предлагаемого способа с применением пропиточного компаунда заявленного состава для герметизации отливок из алюминиевых и магниевых сплавов при давлении 0,1-0,8 МПа позволяет пропитывать отливки как методом вакуум-давления, так и методом капиллярного всасывания при нанесении состава кистью на дефектное место или погружении в состав. Пропиточный компаунд обладает высокой проникающей способностью, что позволяет ликвидировать поры ≤0,1 мм, и не вызывает ухудшения коррозионной стойкости сплавов.
Примеры осуществления
Расплав алюминиевых или магниевых сплавов при технологически необходимой температуре заливали в формы и выдерживали до полного охлаждения. После извлечения отливки из формы проводили предварительную механическую обработку для отделения литниковой системы. Далее проводили пневмоиспытание с целью проверки герметичности. В отливке с помощью заглушек закрывали внутренние полости и опускали в антикоррозионный раствор с температурой 45-85°С; в отливку подавали сжатый воздух при давлении в соответствии с технической документацией на отливку; в таком состоянии отливку выдерживали в течение 3-5 минут. Отмечали места течи.
После проверки герметичности для удаления следов влаги непосредственно перед пропиткой отливки просушивали в печи при температуре 110-120°С в течение 30 минут, затем охлаждали до 50-60°С.
Пропиточный компаунд нагревали до температуры 50°С и измеряли вязкость.
Пример 1. Отливку из алюминиевого сплава, например из сплава АЛ9, предварительно просушенную и охлажденную до 50-60°С, помещали в автоклав. Рабочую полость автоклава герметизировали. Отливку, для создания разряжения, подвергали вакуумной обработке в течение 20 мин при остаточном давлении не выше 0,01 МПа. Затем в автоклав закачивали пропиточный компаунд, подогретый до температуры 45-50°С. Состав пропиточного компаунда, мас.%: олигоэфиракрилат /диметакрилат-бис-(триэтиленгликоль)фталат (МГФ-9)/ - 60,0; ненасыщенная полиэфирная смола на основе пропиленгликоля, малеинового ангидрида, фталевого ангидрида, адипиновой кислоты и меламина, взятых в соотношении 39,5:20,5:23,0:16,9:0,1 соответственно - 35,0; перекисный инициатор полимеризации (перекись дикумила) - 3,0; сиккатив (октоат кобальта) - 1,99; ингибитор (4-метил-2,6-итритичный бутилфенол) - 0,01.
Пропитку осуществляли под давлением очищенного воздуха на пропиточный компаунд 0,5 МПа в течение 30 мин. После окончания пропитки отливку извлекали из автоклава, давали стечь пропиточному составу и удаляли излишки.
Пример 2. Отливку из магниевого сплава, например из сплава МЛ10, предварительно просушенную и охлажденную до 50-60°С, помещали в емкость с подогретым до температуры 45-50°С пропиточным компаундом. Емкость с отливкой и составом помещали в автоклав. Рабочую полость автоклава герметизировали. Затем в автоклав подавали пропиточный компаунд. Соотношение компонентов компаунда приведено в таблице. В качестве олигоэфиракрилата использовали диметилакрилат-бис-(этиленгликоль)фталат (МГФ-1).
Пропитку осуществляли под давлением очищенного воздуха на пропиточный компаунд 0,7 МПа в течение 60 мин. После окончания пропитки отливку извлекали из автоклава, давали стечь пропиточному составу и удаляли излишки.
Пример 3. На дефектное место предварительно просушенной и охлажденной до 50-60°С отливки из алюминиевого сплава, например из сплава ВАЛ10, кистью наносили пропиточный компаунд, подогретый до температуры 45-50°С. Соотношение компонентов компаунда приведено в таблице. В качестве олигоэфиракрилата использовали диметакриловый эфир триэтиленгликоля (ТГМ-3).
Пропитку осуществляли при давлении 0,1 МПа в течение 30 минут и удаляли излишки.
Пример 4. Отливку из магниевого сплава, например из сплава МЛ5, предварительно просушенную и охлажденную до 50-60°С, помещали в емкость с подогретым до температуры 45-50°С пропиточным компаундом. Соотношение компонентов компаунда приведено в таблице. В качестве олигоэфиракрилата использовали смесь на основе (МГФ-1), (МГФ-9) и (ТГМ-3), взятых в соотношении 30:45:25 соответственно.
Пропитку осуществляли при давлении 0,1 МПа в течение 30 мин, затем извлекали из емкости, выдерживали над емкостью для отекания и удаления излишков состава.
Пропитанные отливки помещали в печь и выдерживали не менее 1 часа при температуре 125±5°C для отверждения пропиточного состава. Затем отливки извлекали из печи и охлаждали на воздухе.
Проверку герметичности после пропитки осуществляли пневмоиспытанием при тех же параметрах, что и при испытании до пропитки, время выдержки увеличено до 15 мин.
Пример 5. Отливки из алюминиевого или магниевого сплава, например из сплава АЛ9 или МЛ5 после извлечения из формы и предварительной механической обработки подвергали пневмоиспытанию с целью проверки герметичности. В отливке с помощью заглушек закрывали внутренние полости, опускали в дистиллированную воду, подавали воздух при давлении 0,1 МПа и выдерживали в течение 3-5 мин. По выделявшимся на поверхности отливки пузырькам воздуха оценивали герметичность. Отливки с порами браковали.
В таблице представлены результаты герметизации отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.
Как видно из таблицы преимуществами предлагаемого способа являются высокая эффективность процесса получения герметичных отливок. Выход годного литья при получении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов по предлагаемому способу составляет 100% по сравнению с известным в промышленности, выход годного литья в котором составляет 50-60%.
Таким образом, применение предлагаемого способа при производстве отливок для изделий авиационного назначения способствует повышению качества продукции, надежности и ресурса за счет герметизации отливок.
Таблица
Результаты проверки герметичности отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, полученных по предлагаемому способу.
№/№ п/п
Заполнение пор отливок при давлении, МПа
Состав пропиточного компаунда, мас.%
Результаты проверки герметичности отливок после пропитки
Выход годного литья, %
Олигоэфиракрилат
Полиэфирная ненасыщенная смола
Перекисный инициатор полимеризации
Сиккатив
Ингибитор
1
0,5
60,0
35,0
3,0
1,99
0,01
Герметичность 100%
100
2
0,7
65,0
32,25
2,5
0,1
0,15
Герметичность 100%
100
3
0,1
70,0
27,25
1,0
1,5
0,25
Герметичность 100%
100
4
0,1
75,0
20,0
2,0
2,5
0,50
Герметичность 100%
100
5<sup>а)</sup>
-
-
-
-
-
-
Герметичность 50-60%
50-60
Примечание: *<sup>)</sup> Проверка герметичности пневмоиспытанием при погружении отливки в дистиллированную воду