Спосіб капсульного лиття під тиском

Винахід відноситься до області гранульної металургії та ливарного виробництва і може бути використаний для виготовлення виливків в умовах ли ття під тиском із застосуванням гранульної шихти, в тому числі гранул стружки литих та деформованих сплавів, що дозволить більш ефективно використати вторинну сировину та створити на її основі нові композиційні матеріали. Традиційний спосіб лиття під тиском (Белопухов А.К. Литье под давлением. Москва, Машиностроение, 1975.400 с.) передбачає заповнення камери пресування розплавом, який під дією прес-поршня заповнює через ливникову систему порожнину прес-форми та створює тиск на тверднучий виливок. При цьому швидкість впуску розплаву в порожнину форми може досягати 100-120 м/с, що призводить до турбулізації потоку та замішування газів в розплав. Виливки, одержані таким способом лиття, мають велику кількість внутрішніх газових раковин, які унеможливлюють проведення термозміцнюючої обробки. Для зменшення вмісту газів в металі виливка застосовують вакуумування порожнини форми розплавом або заповнення її активним газом, наприклад, киснем. Високі швидкості впуску розплаву призводять до ерозії поверхні форми. Відомий спосіб лиття під тиском, в якому дозу рідкого металу подають в камеру пресування в твердій оболонці, із якої розплав видавлюють в процесі пресування (а.с. №791449, B22D 17/00, заявлено 21.02.79 р.). Цей спосіб зменшує насичення газами розплаву в камері пресування. Його недоліками є необхідність приготування рідкого металу, виготовлення та нагрів твердої оболонки, заповнення її порожнини розплавом, деформація оболонки в процесі пресування та додаткові проблеми, які пов'язані з утилізацією твердої оболонки в порожнині якої знаходиться метал. Найбільш близькими до пропонованого є способи одержання виливків в умовах лиття під тиском із розплаву, який знаходиться в двофазному стані. Це відомі способи Reo- та Tixhocasting (Петриченко Ю.Г., Иванов Н.Г., Гаевский А.Е. та інші. Литье под давлением приборных деталей из твердожидких магниевых сплавов / Литье и кристаллизация магниевых и алюминиевых сплавов под давленим. Межвузовский сборник научных трудов, Пермь, 1980.- С.59-63) Reocasting передбачає використання металевої суспензії, що має 30-40 % рідкої фази, яка подається в камеру пресування. Tixhocasting (прототип) передбачає попереднє виготовлення із такої металевої суспензії циліндричних виливків, глобулярна структура яких розділена проміжками евтектики. Така побудова структури виливків при їх повторному нагріванні до температур інтервалу кристалізації під дією тиску може заповнювати порожнину форми і таким чином формувати виливок. При цьому металева система знаходиться в зовнішній оболонці утвореній виливком. В процесі пресування такої системи вона тече як в'язкопластичне тіло, яке виключає замішування газів та зменшує температурне навантаження на поверхню форми. Недоліком способу Ti xhocasting є його багатоступеневість, що включає наступні операції: приготування розплаву та виготовлення на його основі металевої суспензії з глобулярною формою твердої фази, виготовлення циліндричних заготівок із суспензії, нагрівання заготівок до температур які забезпечують одержання в них до 30-40 % рідкої фази, виготовлення на машинах лиття під тиском фасонних виливків. Не дивлячись на високу якість виливків одержаних в умовах Tixhocasting, вартість виливків залишається високою порівняно з традиційним литвом під тиском. В основу винаходу, що пропонується, поставлена задача створення способу капсульного лиття під тиском із застосуванням гранильної шихти, в якому шляхом її термічної обробки та накладання тиску спрощується процес одержання фасонних виливків. Поставлена задача вирішена тим, що в способі капсульного лиття під тиском, що включає виготовлення брикетів із гранул, їх нагрівання, заповнення під дією тиску порожнини ливарної форми металом та кристалізацію виливка, згідно з винаходом, гранули матричного матеріалу нагрівають до температури двофазного або рідкого стану, який утримується в них завдяки наявності поверхневої окисної плівки (капсули). Висока температура нагріву та наявність міцної окисної плівки на поверхні гранул дозволяють змінювати їх агрегатний стан від твердого до двофазного або рідкого. В умовах зсувної силової дії така металева система, що розділена оксидними перепонками, легко руйнується з утворенням металевої суспензії в якій важливу роль відіграють мікрочастки оксиду алюмінію, які зміцнюють матеріал виливка та утворюють безліч центрів кристалізації. Очевидно, що характеристики міцності виливків, із застосуванням гранильної шихти, повинні зрости. Випробування нового способу капсульного лиття під тиском проводили із застосуванням стружки алюмінієвого сплаву АК7 (ДСТУ 2839-94) з середнім розміром гранул 2,5 мм. Процес нагрівання брикетів, виготовлених із гранул, проводили по двох варіантах: 1. - нагрів до температури 575-600 °С при якому гранули знаходяться в двофазному стані; 2. - нагрів в діапазоні температур 615-630 °С, який забезпечує перехід алюмінієвого сплаву, що знаходиться в оксидній оболонці, повністю у рідкий стан. Нагріті до заданої температури брикети вміщали в камеру пресування і здійснювали пресування шляхом накладання імпульсу 1500 Дж. Проведення термозміцнюючої обробки підвищили показники міцності до 250-280 МПа, відносне подовження зменшилось і становило 2-2,5 %. Таким чином новий спосіб капсульного лиття під тиском забезпечує високі показники міцності матеріалу, виготовленого із застосуванням гранульної шихти, в тому числі стружки ливарних сплавів, в значній мірі здешевлює процес, оскільки відпадає необхідність в приготуванні розплаву. його рафінування від неметалевих включень, та приготування металевої суспензії. В деякій мірі новий процес являється альтернативним по відношенню до Tixhocasting, дозволяє одержувати композиційні матеріали типу стружка алюмінієвих сплавів - стружка мідних сплавів, АІ-А 2 О 3 ; АІ-ТіС та інші.