Центробежное литьё на машинах с вертикальной осью вращения

Центробежное литьё — способ производства отливок, при котором заполнение формы расплавом, его затвердевание и кристаллизация происходят под воздействием центробежных сил. При центробежном литье с вертикальной осью вращения получают отливки (тела вращения) большого диаметра, но малой протяженности.

Схема технологического процесса представлена на рис. 1. Расплав из ковша 1 заливают в изложницу 2, укреплённую на шпинделе 3, приводимом во вращение электродвигателем 4. Расплав 5, под воздействием центробежных сил прижимается к боковым стенкам вращающейся изложницы 2 и постепенно затвердевает. После чего машину останавливают, а отливку 6 извлекают.

В данной заметке мы не будем рассматривать математический аппарат, отображающий действие сил на кристаллизующийся расплав и лишь ограничимся общими выводами. Те, кого интересуют эти вопросы, могут получить исчерпывающую информацию прочитав книгу «Технология литейного производства. Специальные виды литья«, Ю.А. Степанов, Г.Ф. Баландин, В.А. Рыбкин, М. «Машиностроение», 1983 г.

Особенностью формирования отливки при центробежном способе литья является то, что заполнение изложницы металлом и затвердевание отливки происходят под воздействием центробежных сил, превосходящих силы гравитации. Если твёрдая или жидкая частица, погружённая в расплав, имеет плотность отличную от расплава, то она движется в направлении стенки изложницы (при плотности более плотности расплава), в обратном случае (при плотности частицы менее плотности расплава) она движется в направлении оси вращения и всплывает на свободную поверхность металла.  Это создаёт благоприятные условия для затвердевания отливок:  движение твёрдых кристаллизующихся частиц — в направлении к наружной поверхности отливки и конвенция остывающего жидкого металла, газовых и неметаллических  включений — в радиальном направлении, вызывает направленное затвердевание отливки от периферии к центру. Свободная поверхность застывает последней, остаётся геометрически правильной. Направленное затвердевание позволяет получать отливки с плотным строением тела, без усадочных дефектов и инородных включений.

В ряде случаев при центробежном литье режим одностороннего направленного затвердевания отливки может нарушаться:

• При изготовлении сравнительно толстостенных полых тел вращения.
• Когда сплав затвердевает с расширением (к примеру серый чугун).
• Когда выделяющиеся подвижные кристаллы обогащены компонентами сплава, имеющими меньшую плотность, чем остающийся металл.
• При изготовлении центробежного литья большого диаметра с вертикальной осью вращения, когда наблюдается высокая скорость конвекции газов внутри застывающей втулки.

В указанных случаях продвижение фронта кристаллизации от наружной поверхности замедляется, а  потери тепла со свободной поверхности остаются значительными. В результате отливка начинает затвердевать от стенок изложницы и со стороны свободной поверхности. Два, движущихся на встречу друг другу фронта кристаллизации смыкаются в центре отливки. К концу затвердевания, в следствии недостатка питания, внутри стенки отливки образуются усадочные поры.

Мероприятия по устранению дефекта сводятся к уменьшению потерь теплоты со свободной поверхности и предотвращению на ней преждевременной кристал­лизации металла. Наиболее действенной из таких мер служит покрытие вну­тренней поверхности залитого в форму металла слоем жидкого шлака. Шлак устраняет контакт свободной поверхности с циркулирующим в полости воз­духом и, обладая малой теплопроводностью, сам служит надёжным теплоизолятором. При эффективной теплоизоляции изнутри, отливка затвердевает нормально, с односторонним движением фронта кристаллизации. Использование жидкого шлака возможно путем последовательной заливки флюса и металла, или металла и флюса, или подачи флюса на струю металла при его заливке в изложницу.

Для массового производства центробежного литья из чугуна разработана другая технология, основанная на приме­нении экзотермических смесей. Смесь гранулируют и с помощью специального устройства засыпают на струю чугуна, заливаемого в изложницу. При этом смесь возгорается и образует флюс, достигающий температуры 1400° С. Далее процесс рафинирования протекает, как с жидким шлаком. Состав экзотермической смеси: 12% алюминиевого порошка; 8% силикокальция; 20% немагнитной фрак­ции стального порошка; 14% селитры натриевой; 20% силикат-глыбы; 26% плавикового шпата. Температура воспламенения смеси 450⁰C. Оптимальное количество экзотермической смеси 1,5% от массы рафинируемого чугуна.

Для иллюстрации процесса предлагаю посмотреть фильм о изготовлении венца из оловянной бронзы методом центробежного литья с вертикальной осью вращения и использованием экзотермических смесей:

 

Какие предприятия Украины имеют в своём составе машины центробежного литья с вертикальной осью вращения?

1. ПАО «НКМЗ», г. Краматорск
2. ГП «Опытный завод спецэлектрометаллургии ИЭС им. Е.О. Патона» НАН Украины, г. Киев