Твёрдение металла объяснено: от плавки до литья

Твёрдение металла — это комплексный процесс превращения жидкости в твёрдое тело и основа литейной технологии, включающая плавку, заливку и повторное затвёрдевание металла или сплава в форме для получения готового изделия.

1. Плавка

Процесс литья начинается нагревом металлического сплава в тигле до плавления. Нагретый металл становится жидким при достижении точки плавления. Точка плавления зависит от типа металла или сплава. Например, цинковые сплавы плавятся около 900 °F (482 °C), тогда как некоторые бронзовые сплавы — выше 2000 °F (1093 °C). Чистые металлы плавятся при постоянной температуре. И наоборот, металлические сплавы плавятся в диапазоне температур в зависимости от состава. В расплавленном состоянии металл содержит большое количество энергии. Сплав, нагретый выше точки плавления, даёт достаточно времени для заливки в форму до охлаждения.

2. Дегазация и модификация

Перед заливкой цинковые и алюминиевые сплавы необходимо дегазировать. Дегазация осуществляется введением графитового копия в расплав. Копий вращается с высокой скоростью, через него инжектируется аргон или азот, рассеивающийся по расплаву. Аргон или азот выносят растворённый водород и другие примеси на поверхность расплава. Затем мы удаляем это загрязнение с поверхности перед заливкой сплава в форму.

Многие сплавы требуют модификации перед заливкой. Эти модификации повышают текучесть металла, улучшают зернистую структуру, удаляют примеси и т.д. Для этого используют титан-бор, медь-фосфор, стронций, марганец и др.

3. Заливка

После дегазации и модификации проверяем температуру металла, чтобы она была примерно на 50–150 °F (28–83 °C) выше желаемой температуры заливки. Дополнительные 50–150 °F дают достаточно времени для того, чтобы металл протек по всей детали до затвёрдевания в процессе заливки. Транспортируем тигель или ковш к литейным линиям и заливаем жидкий металл в подготовленные формы. Полый образец формы имеет форму готового изделия. Иногда эта полость — одна деталь, иногда — несколько отдельных деталей. Критически важно держать край тигля максимально близко к песчаной форме, чтобы снизить скорость металла при входе в полость формы.

4. Заморозка (начало кристаллизации)

После заливки расплава в форму он быстро остывает. Когда температура жидкого металла падает ниже точки плавления данного металла или сплава, начинается процесс затвёрдевания. Процесс заморозки обычно занимает менее нескольких минут.

5. Твёрдение (кристаллизация)

По мере дальнейшего снижения температуры расплавленный металл теряет энергию, и начинают образовываться кристаллы. Этот процесс стартует у стенок формы, где охлаждение происходит первым. Эти кристаллы в конечном итоге становятся зернами в финальной структуре. Если металл затвердевает медленно, зерна более вытянутые. Если быстро — зерна заметно короче. Кристаллы (или дендриты) продолжают образовываться и затвердевать, пока весь расплав не затвердеет.

В процессе затвёрдевания металл усаживается. Усадка происходит потому, что большинство металлов менее плотны в жидком состоянии, чем в твёрдом. Усадка может создать пустоту в последней точке затвёрдевания. Избежать дефектов усадки можно с помощью райзеров и других методов. Райзеры (также называемые дозаторами) — это резервуары, встроенные в форму литья, которые помогают предотвратить полости в отливке.

6. Отливка (извлечение отливки)

После затвердения охлаждённое металлическое изделие извлекают или вышакивают из песчаной формы, завершая процесс затвёрдевания. Готовая деталь называется отливкой.

Хотя разные методы литья используют различное оборудование и техники, все они соблюдают процесс затвёрдевания металла. Для контроля этого процесса и избежания литейных дефектов, возникающих при неправильной работе с затвёрдеванием, нужен опытный и квалифицированный литейный завод.

Услуги литья

Свяжитесь с Ermak, чтобы узнать больше о наших комплексных услугах цветного литейного производства: песчаное литьё, точное литьё, литьё алюминия, кокильное литьё.