Литье с противодавлением
Данный способ литья является развитием способа литья под низким давлением. Установка для литья с противодавлением (рисунок 5.5, а) состоит из двух камер I и II. В камере I, устройство которой подобно герметической камере установки литья под низким давлением, располагается тигель 7 с расплавом 6. В камере II находится форма 3 (обычно металлическая). Камеры I и II разделены герметичной крышкой 4, через которую проходит металлопровод 2, соединяющий тигель 7 и форму 3. Камеры I и II прочно соединены одна с другой зажимами 5.
Рисунок 5.5 – Схема установки для литья с противодавлением (а) и устройства для перекрытия металлопровода (б): 1, 8–10 – вентили пневмосистемы установки; 2 – металлопровод; 3 – форма; 4 – крышка печи; 5 – зажим; 6 – расплав; 7 – тигель; прямыми стрелками показано направление действия воздуха на расплав; I и II – нижняя и верхняя камеры установки
В начале процесса сжатый воздух или инертный газ при требуемом по технологии давлении, например 0,12 МПа, поступает через вентили 8 – 10 в камеры I и II. Вентиль 1 при этом закрыт, и расплав в тигле 7 остается неподвижным. По достижении заданного давления вентиль 10 закрывается, а вентиль 1 постепенно открывается. В результате давление в камере II понижается, и под действием разности давлений в камерах I и II расплав поднимается по металлопроводу и заполняет форму.
Можно, наоборот, повысить давление в камере печи через вентиль 8. После заполнения формы давление в камерах I и II можно повысить, сохраняя их перепад равным таковому в период заполнения формы. Обычно значение давления при кристаллизации отливки выше, чем при литье под низким давлением (0,4 – 0,6 МПа), что улучшает питание отливки, уменьшает усадочную и газовую пористость, повышает плотность отливки. По существу в этом процессе совмещены два способа литья: способ литья под низким давлением, используемый для заполнения полости формы, и способ кристаллизации отливок под всесторонним давлением газа или воздуха.
Необходимо учитывать, что при повышении давления увеличивается плотность используемого газа, что сопровождается увеличением его теплопроводности. В результате время, как охлаждения, так и последующего затвердевания отливок при литье с противодавлением может сократиться на 10 – 20%.
Наряду с рассмотренным вариантом конструкции установок для литья с противодавлением используют также установки с механическим перекрытием металлопровода после заполнения формы затвором специальной конструкции (рисунок 5.5, б), установленным в месте, обозначенном на рисунке 5.5, а кружком. В установках такого типа по окончанию заполнения формы и перекрытия металлолровода затвором давление в нижней камере понижается до атмосферного, а в верхней повышается до необходимого технологического. Такие установки могут иметь менее прочную нижнюю камеру.
В отличие от литья под низким давлением при литье с противодавлением заполнение литейной формы происходит в условиях всестороннего повышенного газового давления. Это препятствует выделению растворенных в металле газов не только при затвердевают отливки, но и при течении расплава в форме. Отмеченное явление, наряду с кристаллизацией отливки под более высоким газовым давлением и с повышенной скоростью, приводит к измельчению структуры металла, улучшению его физико-механических и эксплуатационных свойств (таблица 5.1).
Примечание: В числителе – предел прочности литого металла, в знаменателе – после закалки с кратковременным искусственным старением
Способ литья с противодавлением дает наибольший эффект при изготовлении отливок с массивными стенками равномерной толщины из алюминиевых и магниевых сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур. Использование второй стадии процесса – кристаллизации под всесторонним избыточным давлением – для тонкостенных отливок не всегда приводит к заметному улучшению их свойств. Это объясняется тем, что продолжительность кристаллизации тонкостенных отливок мала, т.е. в данном случае отливка затвердевает прежде, чем давление в верхней камере установки достигнет необходимой величины.