8 Центробежное литье

Высокие скорости затвердевания титановых сплавов при литье в холодную форму и большие газовые потоки, образующиеся в процессе формирования отливки, обуславливают необходимость быстрого заполнения формы расплавом и повышенного давления в металле. Как показывает анализ, литейная скорость движения металла в форме должна быть не менее 0,8м/с, а величина давления в металле более 0,12 МПа. Этим требованием отвечает центробежное литье с вертикальной осью вращения центробежной машины.

В настоящее время большинство титановых отливок ответственного назначения получают методом центробежного литья. Этому способствует такие его особенности как отсутствие какого-либо рабочего тела для создания давления в металле и простота конструкции центробежного устройства.

Для подачи жидкого металла в рабочую полость формы при центробежном литье применяют металлопровод. Наилучшие условия заполнения формы создаются, когда в металлопроводе отсутствуют разрывы потока металла. Условие неразрывности для несжимаемой жидкости означает равенство расходов металла во всех элементах и сечениях металлопровода. Современные плавильно-заливочные установки обеспечивают расход металла при сливе из тигля

40-80 кг/с. Струя сливаемого из тигля металла формируется сливным носком, сечение которого представляет собой полукруг или трапецию. Чтобы металл не переливался через край тигля площадь сечения сливного носка должна составлять не менее 0,15 площади зеркала ванны металла в тигле. Ось поворота тигля располагают по возможности ближе к сливному носку. При этом уменьшается величина перемещения струи в пространстве при сливе. Большое влияние на качество отливки оказывают ее расположение относительно оси вращения и выбор места подвода металла. От расположения отливки зависит характер течения металла. Для сохранения компактности потока необходимо, чтобы расплав двигался против действия центробежных сил.

Таким образом, при проектировании технологии центробежной заливки учитывают необходимость создания требуемого давления в металле, подачи в форму определенной порции металла с заданным его расходом при обеспечении компактности потока. Критерием оптимальности технологии заливки являются минимальные удельные (на 1 кг отливок) затраты жидкого металла. Обычно эта величина не должна превышать 2,5 кг/кг.

Снижение расхода металла при заливке достигается применением рациональных литниковых систем, максимальным наполнением заливочного контейнера с тем, чтобы масса плавки приближалась к максимальной для данной установки, устранением разбрызгивания металла. Важно также обеспечить к концу заливки освобождение литниковой системы от расплава. При правильном выборе литниковых систем и режимов заливки удается в одном контейнере заливать одновременно несколько сотен небольших отливок. С помощью центробежной заливки изготавливают сложные отливки с толщиной стенок менее 2 мм.

Прогрессивными технологическими методами получения литых заготовок являются методы литья с направленной кристаллизацией и монокристальной структурой . Наиболее нагруженные по длительной прочности детали, в основном лопатки турбин , отливаются этими методами. Суть заключается в том, что благодаря однонаправленному отводу теплоты от формы удается избежать границ зерен, перпендикулярных к направлению действия растягивающих напряжений. По границам зерен в этих направлениях обычно начинается образование микротрещин и дальнейшее разрушение. Применение методов направленной кристаллизации и отливки монокристальной структуры повышает прочностные свойства и пластичность материала, что особенно важно для обеспечения надежности и уменьшения тяжести последствий при поломке лопаток. Применение направленной кристаллизации повышает ресурс лопаток примерно в 2 раза по сравнению с равноосными, а монокристальных лопаток в 2 раза по сравнению с лопатками направленной структуры . [6]

Для производства фасонных титановых отливок разработаны специальные гарнисажные печи и особая технология плавки и литья, обеспечивающая получение больших масс жидкого металла, не загрязненного материалом тигля. Большинство плавильных гарнисажных печей имеют центробежные установки , на столе которых крепятся заливаемые формы. Метод центробежной заливки позволяет быстро заполнить литейную форму металлом и получать отливки повышенной плотности, особенно это характерно для мелких и средних отливок с толщиной стенки 2-4 мм.[5]