СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ СВИНЦОВИСТЫХ БРОНЗ
METHOD OF MAKING CASTINGS FROM LEADED BRONZE

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления мелкогабаритных и среднегабаритных литых изделий на основе свинцовистых бронз.
Известен способ получения сферических включений свинца в структуре свинцовистых бронз за счет использования центробежного литья (Новиков А.В. и др. Основы центробежного литья. - М.: Наука и техника. - 1947, с.91-95). Расплав заливается в литейную форму, которой задается вращательное движение. При этом литейная форма, в которую заливается расплавленный металл, изготовлена из металла. Перед заливкой расплава форму подогревают до температуры 50°С. Способ позволяет получать отливки из свинцовистой бронзы с формой свинцовых включений, имеющих гладкую межфазную поверхность.
К недостаткам способа относится то, что получаемая морфология включений свинца значительно отличается от сферической. Это, в свою очередь, не позволит получить высокие прочностные свойства отливки.
Известен способ получения отливок из свинцовистых бронз (Мартюшев Н.В., Мельников А.Г., Егоров Ю.П. Способ получения отливок из свинцовистых бронз. Патент №2378405, опубл. 10.01.2010. Бюл. №11). Сущность изобретения заключается в следующем: нанесенный на поверхность литейной формы защитно-разделительный слой препятствует непосредственному контакту расплавленного металла с металлической формой. Нагретая до температуры 280-320°С литейная форма обеспечит значительно менее интенсивный теплоотвод, поэтому залитый металл будет дольше находиться в расплавленном состоянии в литейной форме. В результате в структуре отливки формируются сферические включения свинца, отливка получает повышенные прочностные свойства.
К недостаткам способа относится необходимость использования дорогостоящих нанопорошков в составе покрытия. Кроме того, требуется введение еще одной операции по нагреву литейной формы и нанесению покрытия, что также приводит к увеличению затрат на изготовление отливок.
Известен способ получения структуры литых свинцовосодержащих медных сплавов (Мысик Р.К. Структура литых заготовок из свинцовых латуней и механические свойства прутков из этих сплавов // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 1995. - №2. - с.35-38). Для повышения прочностных свойства отливок в отливку вводят специальные холодильники с помощью специальной вихреобразующей надставки.
К недостаткам данного способа относится узкая область применения. Способ применяется при литье свинцовосодержащих латуней. Недостатком является и усложнение технологии за счет использования специальной вихреобразующей надставки.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения равномерной структуры и повышения механических свойств бронз марок БрОС 10-10 и БрОЦС 5-5-5 путем повышения температуры нагрева формы до 600-800°С (Бараданьянц В.Г. Свойства отливок из медных сплавов, изготовленных по выплавляемым моделям // Литейное производство. - 1957. - №5. - С.10-12).
К недостаткам данного способа относится незначительное повышение механических свойств (предел прочности возрастает на 5-10%, твердость падает на 7-11%, относительное удлинение возрастает в 2-2,3 раза). Кроме того, способ применяется при литье в керамические и металлические литейные формы. Литье в металлические литейные формы, нагретые выше 500°С, приводит к высокому проценту бракованных отливок из-за их приваривания к металлу формы. Изготовление литейных форм из керамики является трудоемкой операцией и значительно повышает стоимость получаемых отливок.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение механических свойств свинцовистых бронз формированием сферических включений свинца в отливке из свинцовистой бронзы.
Для достижения указанного технического результата осуществляют нагрев литейной формы, изготовленной из графита, до температуры 850-950°С. Нагрев производят в муфельной печи. В нагретую литейную форму заливают расплав и возвращают в нагретую печь. Охлаждение отливки производят вместе с печью.
Увеличение времени нахождения в расплавленном состоянии заливаемого металла в литейной форме дает длительное охлаждение вместе с нагретой печью.
Большее время нахождения в форме в расплавленном виде позволяет эффективнее удалить газы из расплавленного металла. Замедление скорости охлаждения приводит к выравниванию структуры по сечению отливки (небольшое отличие в величине зерна у поверхности отливки и в центральной зоне). При этом более длительный процесс кристаллизации сплава приводит к сфероидизации свинцовых включений (см. фиг.1). При разделении жидкой эмульсии свинца и меди на составляющие у свинцовых включений появляется время на образование капельной формы за счет больших сил поверхностного натяжения - 480 мН/м, чем у меди - 135 мН/м.
Округлая форма свинцовых включений служит меньшим концентратором напряжения в структуре сплава, обеспечивая более высокие механические свойства.
Предварительный подогрев литейной формы до температур ниже 800°С не позволит получить включения свинца сферической формы с гладкой межфазной поверхностью, в результате чего механические свойства отливки получатся ниже. В случае охлаждения отливки в литейной форме на воздухе времени на сфероидизацию свинцовых включений и выравнивание их межфазной поверхности будет недостаточно, что также отрицательно скажется на механических свойствах.
Пример 1.
Графитовую литейную форму нагревают в муфельной печи до температуры 900°С. Затем форму извлекают из печи и заливают бронзу из ряда свинцовистых бронз марки БрС30. Литейную форму с залитым металлом возвращают в нагретую печь. Печь отключают и охлаждают вместе с отливкой до комнатной температуры. Полученная структура обеспечивает увеличение ударной вязкости на 51%, предела прочности на 74% по сравнению с отливкой, полученной литьем в форму без применения предварительного нагрева и охлаждаемой на воздухе.