СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК Российский патент 2010 года по МПК B22D31/00 B22C3/00 

Изобретение относится к области металлургии, а именно литейного производства, и может быть использовано при получении герметичных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, предназначенных для изготовления корпусных деталей, работающих в условиях избыточных давлений в изделиях авиационной техники и машиностроения.

Успешному применению агрегатного, двигательного, приборного, корпусного литья из легких сплавов в изделиях авиационной техники и машиностроения в значительной степени препятствуют дефекты литого материала, приводящие к негерметичности деталей, которая может быть обнаружена при испытаниях и во время эксплуатации может привести к разрушению изделия. Одной из основных причин возникновения негерметичности отливок является усадочная пористость. Микрорыхлота - это проявление объемной усадки в отливках из легких сплавов. Располагается микрорыхлота в плохо пропитываемых частях отливки, там, где кристаллизация задерживается. Микропоры в отливках и деталях могут приводить к ухудшению характеристик узлов машин, вплоть до их полной непригодности к эксплуатации.

Снижение, а тем более исключение пористости в условиях литейного производства связано, как правило, с увеличением трудоемкости и стоимости применяемого оборудования и оснастки, со значительным усложнением технологии литья в целом и в силу конструктивных особенностей деталей не всегда представляется возможным. Поэтому требуются новые решения в вопросах обеспечения качества, в частности, за счет герметизации литья специальными составами.

Известен способ герметизации отливок путем пропитки. Способ включает нагрев отливки до температуры не меньше 100°С и погружение ее в пропиточную жидкость. В качестве пропитывающего раствора используют консистентный водный раствор натриевых жирных кислот, заполнение пор ведут при атмосферном давлении, а после заполнения отливку обрабатывают в растворе сульфата алюминия (а.с. СССР №1713742).

Недостатками известного способа является трудоемкость технологического процесса, невозможность получения герметичных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов из-за присутствия воды в порах отливок, что приводит к коррозионному поражению отливок.

Известен способ заделки зазоров в изделиях, в котором перед пропиткой зазора герметиком в герметизируемый зазор вводят анаэробный тиксотропный герметик с последующей накладкой на поверхность зазора медной фольги, которую после отверждения герметика снимают, затем после пропитки зазора герметиком Анатерм-1у на поверхность изделия с герметизируемым зазором наносят стеклоткань, пропитанную связующим на основе эпоксидной смолы с последующей термообработкой до ее отверждения (Патент РФ №2016344).

Недостатками способа являются длительность и повышенная трудоемкость технологического процесса из-за необходимости использования трех пропитывающих материалов с различной проникающей способностью, отсутствие возможности механизации процесса из-за наличия большого объема ручного труда.

Известен способ герметизации пористых металлических изделий путем пропитки, в котором для пропитки используют анаэробную композицию. Промывку поверхности изделия для удаления избытка пропитывающей композиции и отверждение анаэробного герметика проводят в воде (Патент США №5256450).

Недостатком способа является способность анаэробных материалов к полимеризации без доступа воздуха только в очень узких порах размером 0,05 мм. Вследствие этого способ недостаточно эффективен при ликвидации пористости отливок.

Известен способ получения отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, в котором расплавление шихты - чистых металлов, лигатур, вторичных сплавов различной сортности, первичных и предварительных сплавов, рафинирование (в том числе от газов) - производится в печах, из которых потом металл разливают по изложницам и формам «Плавка и литье легких сплавов» Изд-во «Металлургия», 1969, с.355, с.288.

Недостатками известного способа являются газовая пористость, характерная для отливок из алюминиевых сплавов и микрорыхлота, характерная для отливок из магниевых сплавов. В известном способе дефекты не устраняются. Отливки с дефектами бракуются, тем самым снижается выход годного литья.

Технической задачей изобретения является создание способа получения отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, обеспечивающего повышение герметичности отливок.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ получения отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, включающий заливку расплава в формы с последующим их охлаждением, предварительную механическую обработку извлеченных из форм отливок, создание разряжения внутри отливок при вакуумировании и последующее заполнение пор отливок при давлении 0,1-0,8 МПа пропиточным компаундом при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Олигоэфиракрилат 60,0-75,0 Полиэфирная ненасыщенная смола 20,0-35,0 Перекисный инициатор полимеризации 1,0-3,0 Сиккатив 0,1-2,5 Ингибитор 0,01-0,5

В качестве олигоэфиракрилата компаунд может содержать диметилакрилат-бис-(этиленгликоль)фталат (МГФ-1) /ТУ 6-16-2210-77/, диметакрилат-бис-(триэтиленгликоль)фталат (МГФ-9) /ТУ 113-00-05761643-27-92/, диметакриловый эфир триэтиленгликоля (ТГМ-3) /ТУ 6-16-2010-82/ или их смесь.

В качестве полиэфирной ненасыщенной смолы используют смолу на основе пропиленгликоля, малеинового ангидрида, фталевого ангидрида, адипиновой кислоты и меламина, взятых в соотношении 39,5:20,5:23,0:16,9:0,1 соответственно. Смолу получают по известной методике (Николаев А.Ф. Получение ненасыщественного полиэфира. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе М.-Л.: Химия, 1964, с.747-751). Может быть также использована смола марки 139-102, ТУ6-02-1-025-90.

В качестве перекисного инициатора полимеризации используется перекись дикумила /ТУ 38-40255-83/, сиккатива - кобальтовый сиккатив (октоат кобальта) /ТУ 2311-018-22284995-99/, ингибитора - 4-метил-2,6-итритичный бутилфенол (агидол-1 марки А) /ТУ 38.5901237-90/.

Авторами установлено, что использование предлагаемого способа с применением пропиточного компаунда заявленного состава для герметизации отливок из алюминиевых и магниевых сплавов при давлении 0,1-0,8 МПа позволяет пропитывать отливки как методом вакуум-давления, так и методом капиллярного всасывания при нанесении состава кистью на дефектное место или погружении в состав. Пропиточный компаунд обладает высокой проникающей способностью, что позволяет ликвидировать поры ≤0,1 мм, и не вызывает ухудшения коррозионной стойкости сплавов.

Примеры осуществления

Расплав алюминиевых или магниевых сплавов при технологически необходимой температуре заливали в формы и выдерживали до полного охлаждения. После извлечения отливки из формы проводили предварительную механическую обработку для отделения литниковой системы. Далее проводили пневмоиспытание с целью проверки герметичности. В отливке с помощью заглушек закрывали внутренние полости и опускали в антикоррозионный раствор с температурой 45-85°С; в отливку подавали сжатый воздух при давлении в соответствии с технической документацией на отливку; в таком состоянии отливку выдерживали в течение 3-5 минут. Отмечали места течи.

После проверки герметичности для удаления следов влаги непосредственно перед пропиткой отливки просушивали в печи при температуре 110-120°С в течение 30 минут, затем охлаждали до 50-60°С.

Пропиточный компаунд нагревали до температуры 50°С и измеряли вязкость.

Пример 1. Отливку из алюминиевого сплава, например из сплава АЛ9, предварительно просушенную и охлажденную до 50-60°С, помещали в автоклав. Рабочую полость автоклава герметизировали. Отливку, для создания разряжения, подвергали вакуумной обработке в течение 20 мин при остаточном давлении не выше 0,01 МПа. Затем в автоклав закачивали пропиточный компаунд, подогретый до температуры 45-50°С. Состав пропиточного компаунда, мас.%: олигоэфиракрилат /диметакрилат-бис-(триэтиленгликоль)фталат (МГФ-9)/ - 60,0; ненасыщенная полиэфирная смола на основе пропиленгликоля, малеинового ангидрида, фталевого ангидрида, адипиновой кислоты и меламина, взятых в соотношении 39,5:20,5:23,0:16,9:0,1 соответственно - 35,0; перекисный инициатор полимеризации (перекись дикумила) - 3,0; сиккатив (октоат кобальта) - 1,99; ингибитор (4-метил-2,6-итритичный бутилфенол) - 0,01.

Пропитку осуществляли под давлением очищенного воздуха на пропиточный компаунд 0,5 МПа в течение 30 мин. После окончания пропитки отливку извлекали из автоклава, давали стечь пропиточному составу и удаляли излишки.

Пример 2. Отливку из магниевого сплава, например из сплава МЛ10, предварительно просушенную и охлажденную до 50-60°С, помещали в емкость с подогретым до температуры 45-50°С пропиточным компаундом. Емкость с отливкой и составом помещали в автоклав. Рабочую полость автоклава герметизировали. Затем в автоклав подавали пропиточный компаунд. Соотношение компонентов компаунда приведено в таблице. В качестве олигоэфиракрилата использовали диметилакрилат-бис-(этиленгликоль)фталат (МГФ-1).

Пропитку осуществляли под давлением очищенного воздуха на пропиточный компаунд 0,7 МПа в течение 60 мин. После окончания пропитки отливку извлекали из автоклава, давали стечь пропиточному составу и удаляли излишки.

Пример 3. На дефектное место предварительно просушенной и охлажденной до 50-60°С отливки из алюминиевого сплава, например из сплава ВАЛ10, кистью наносили пропиточный компаунд, подогретый до температуры 45-50°С. Соотношение компонентов компаунда приведено в таблице. В качестве олигоэфиракрилата использовали диметакриловый эфир триэтиленгликоля (ТГМ-3).

Пропитку осуществляли при давлении 0,1 МПа в течение 30 минут и удаляли излишки.

Пример 4. Отливку из магниевого сплава, например из сплава МЛ5, предварительно просушенную и охлажденную до 50-60°С, помещали в емкость с подогретым до температуры 45-50°С пропиточным компаундом. Соотношение компонентов компаунда приведено в таблице. В качестве олигоэфиракрилата использовали смесь на основе (МГФ-1), (МГФ-9) и (ТГМ-3), взятых в соотношении 30:45:25 соответственно.

Пропитку осуществляли при давлении 0,1 МПа в течение 30 мин, затем извлекали из емкости, выдерживали над емкостью для отекания и удаления излишков состава.

Пропитанные отливки помещали в печь и выдерживали не менее 1 часа при температуре 125±5°C для отверждения пропиточного состава. Затем отливки извлекали из печи и охлаждали на воздухе.

Проверку герметичности после пропитки осуществляли пневмоиспытанием при тех же параметрах, что и при испытании до пропитки, время выдержки увеличено до 15 мин.

Пример 5. Отливки из алюминиевого или магниевого сплава, например из сплава АЛ9 или МЛ5 после извлечения из формы и предварительной механической обработки подвергали пневмоиспытанию с целью проверки герметичности. В отливке с помощью заглушек закрывали внутренние полости, опускали в дистиллированную воду, подавали воздух при давлении 0,1 МПа и выдерживали в течение 3-5 мин. По выделявшимся на поверхности отливки пузырькам воздуха оценивали герметичность. Отливки с порами браковали.

В таблице представлены результаты герметизации отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Как видно из таблицы преимуществами предлагаемого способа являются высокая эффективность процесса получения герметичных отливок. Выход годного литья при получении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов по предлагаемому способу составляет 100% по сравнению с известным в промышленности, выход годного литья в котором составляет 50-60%.

Таким образом, применение предлагаемого способа при производстве отливок для изделий авиационного назначения способствует повышению качества продукции, надежности и ресурса за счет герметизации отливок.

Таблица Результаты проверки герметичности отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, полученных по предлагаемому способу. №/№ п/п Заполнение пор отливок при давлении, МПа Состав пропиточного компаунда, мас.% Результаты проверки герметичности отливок после пропитки Выход годного литья, % Олигоэфиракрилат Полиэфирная ненасыщенная смола Перекисный инициатор полимеризации Сиккатив Ингибитор 1 0,5 60,0 35,0 3,0 1,99 0,01 Герметичность 100% 100 2 0,7 65,0 32,25 2,5 0,1 0,15 Герметичность 100% 100 3 0,1 70,0 27,25 1,0 1,5 0,25 Герметичность 100% 100 4 0,1 75,0 20,0 2,0 2,5 0,50 Герметичность 100% 100 5^а) - - - - - - Герметичность 50-60% 50-60 Примечание: *⁾ Проверка герметичности пневмоиспытанием при погружении отливки в дистиллированную воду

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает заливку расплава в форму с последующим его охлаждением, предварительную механическую обработку отливок. Для создания разрежения отливку подвергают вакуумной обработке в автоклаве. Затем отливку под давлением 0,1-0,8 МПа пропитывают пропиточным компаундом при следующем соотношении его компонентов, мас.%: олигоэфиракрилат 60,0-75,0, полиэфирная ненасыщенная смола 20,0-35,0, перекисный инициатор полимеризации 1,0-3,0, сиккатив 0,1-2,5, ингибитор 0,01-0,5. Обеспечивается повышение герметичности отливок. 1 табл.

Способ получения отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, включающий заливку расплава в формы с последующим его охлаждением, предварительную механическую обработку извлеченных из форм отливок, создание разрежения внутри отливок при вакуумировании в автоклаве и последующее заполнение пор отливок под давлением 0,1-0,8 МПа пропиточным компаундом при следующем соотношении его компонентов, мас.%.:
Олигоэфиракрилат 60,0-75,0 Полиэфирная ненасыщенная смола 20,0-35,0 Перекисной инициатор полимеризации 1,0-3,0 Сиккатив 0,1-2,5 Ингибитор 0,01-0,5