Високочастотне плавлення з відцентровою заливкою ливарної форми

Сучасні високочастотні установки типу ЛП1-10-01 мають двояке призначення: індукційне плавлення металу з наступною відцентровою заливкою розплавленого металу в ливарну форму.

Індукційна плавка металу вигідно відрізняється від плавки металу відкритим полум’ям. Це пояснюється тим, що немагнітні (аустенітні) нержавіючі і кобальтохромові сплави складаються з багатьох легуючих елементів, для яких види плавлення мають велике значення. При відкритому способі плавлення тепло передається до металу через тонкий поверхневий шар і температура в ньому підвищується від 20⁰С до 3000⁰С за короткий час (секунди). Такі перепади температури при поганій теплопровідності нержавіючих сплавів призводять до вигорання легуючих компонентів, їх окислення та навуглецювання сплавів. Під дією струменя полум’я окисли та продукти вигорання перемішуються з рідким металом. Все це призводить

до виникнення газових пор, зменшення міцності, пластичності, підвищення твердості металу і погіршення інших показників якості відливку.

При індукційному нагріві струмами високої частоти тепло поступає безпосередньо в поверхневий шар металу, який нагрівається, але не вище

температури плавлення металу, тому що розплавлений метал стікає на дно тигля. Далі тепло розповсюджується в глибину металу і розплавляє його. Це виключає вигорання легкоплавких компонентів і зміну хімічного складу сплаву. Тигель при цьому не є джерелом нагріву, а, навпаки, сам нагрівається

від розплавленої заготовки металу. Швидкість нагрівання і плавки залежить від потужності струму, що концентрується в металі, і частоти струму. У високочастотній пічці, запропонованої конструкції, яка працює з частотою 440 кГц, 100 г КХС або ХНС розплавлюються на протязі 45–60 сек при потужності установки в момент плавки 16 кВт.

Щоб отримати даним способом якісні відливки, необхідно дотримуватись наступних правил:

1) заливання рідкого металу необхідно виконувати в прогріту до температури 750-900⁰С ливарну форму, що покращує в 3–4 рази текучість металу;

2) розрив за часом між закінченням плавки і початком розливу у гарячу форму не повинен перевищувати 3–4 сек;

3) заповнення форми повинно бути швидким і при відповідному відцентровому ущільненні (біля 2 кг/см² ).

Будову такої відцентрової індукційної пічки, яка задовольняє всім перерахованим вище умовам, показано нижче на рисунку.

При експлуатації високочастотних установок ЛП1–10-01 необхідно строго дотримуватись правил, бо при їх невиконанні можна отримати неякісний відливок, а установка може вийти з ладу.

Робота високочастотної ливарної установки відбувається по наступній схемі:

1. Перевіряється механічне блокування безпеки і основним рубильником подають струм на установку.

2. Включають водоохолодження (до 2 атм).

3. Виконують пробні нагрівання, поклавши в тигель два куски нержавіючої сталі (до 60 г), перевіряють показники за приладами, не доводячи заготовку до розплавлення, пічку перевертають і заготовки виймають.

4. Одночасно з цими роботами проводяться роботи з відпалюванням опоки ливарної форми. На момент заливання металу в опоку остання повинна бути відпалена при температурі 750–900⁰С (в залежності від природи формувальної маси і структури сплаву) не менше години для рівномірного нагрівання всієї опоки.

5. З двох взаємно урівноважених високочастотних пічок одну рекомендується використовувати для плавлення нержавіючої сталі, другу для плавлення КХС. Після прожарювання опоки в ливарну форму в один із тиглів розміщують відповідну кількість металу, яку можна визначити, зваживши попередньо на електронній вазі перед облицюванням воскову

модель з ливниково-живильною системою або ливарний блок, якщо відливають одночасно багато деталей. Отриманий результат потрібно помножити на густину застосованого сплаву (нагадуємо, що густина моделювальних восків дорівнює 0,9–0,95 г/см³, густина ХНС – 7,2–7,8 г/см³, КХС - 8 г/см³). На верхню частину тигля розташовують прокладку з листового азбеста товщиною 3-4 мм з вирізаним круглим отвором діаметром 25 мм.

6. Плавлення металу проводиться в два етапи: перша плавка з відкритим спостереженням через оглядове вікно без встановлення опоки і друга, додаткова, плавка з встановленою опокою. В другому випадку спостереження за плавкою може здійснюватися через боковий отвір з допомогою спеціального приладу - пірометра або, при великому досвіді ливарника, через затемнене скло.

Після поміщення в тигель відповідної кількості металу подають від генератора на високочастотну пічку (індуктор) струм високої частоти, доводять метал до розплавлення і відразу подачу високочастотного струму припиняють. Після цього швидко, на протязі 15 сек, на тигель з азбестовою прокладкою встановлюється підготовлена прожарена опока з ливарною формою і з допомогою швидкодіючих затисків укріплюється. Виймати ливарну форму з муфельної пічки і подавати її на заливку потрібно спеціальними щипцями. Для мінімальної втрати температури розплавленого

металу ці роботи потрібно проводити дуже швидко і обережно, щоб не допустити ударів, різних поштовхів, які можуть призвести до руйнування

облицювального шару і до закупорювання ливникових каналів, до засмічення порожнин ливарної форми і других небажаних явищ, що можуть призвести до браку литва. Встановивши форму на тиглі, повторно подають високочастотний струм на пічку і метал нагрівається до потрібної температури, яка забезпечує добру текучість (спостереження ведеться через боковий отвір). Точно визначити температуру особливо важливо при огляді

стану поверхні рідкого металу. Ознакою готовності металу до заливки служить коливання окисної плівки на поверхні розплавленого металу. При розплавленні в тиглі на поверхні рідкого металу, під дією поверхневого натягу, утворюється випуклий меніск. Окисли, які утворились за момент плавки, спливають вгору (так як їх

густина менша за густину основного металу) і розміщуються вони по кругу меніска, утворюючи всередині тоненьку плівку, яка захищає рідкий метал від подальшого окислення. Вихрове поле струмів високої частоти коливає цю тоненьку окисну плівку металу, який досягнув текучості води, а це відповідає температурі металу 1600–1650⁰С. Така поведінка металу вказує на його готовність до заливання у форму. Розрив окисної плівки настає після температури 1650⁰С, що вказує на перегрів металу. В такому стані проводити заливку на можна, бо отримані відливки будуть мати інший хімічний і структурний склад, відповідно, якість отриманих відливок не буде відповідати вимогам.

Якщо метал готовий до заливки, то після виключення високочастотного нагріву пічки, йому надають витримку на протязі 5–7 сек для урівноваження температури і заспокоєння, після чого включають на 15 сек електромотор, який обертає всю систему пічки (тигля) з ливарною формою. Під дією сили тяжіння метал заповнює форму, а під дією відцентрової сили ущільнюється, утворюючи якісний відливок.

Противагою в цій установці є друга індукційна пічка з холостою опокою такої ж ваги, як і робоча.

7. Після припинення обертання, пічку на 30–40 секунд переводять в нижнє положення, що допомагає зменшити в ливниках шкідливу кристалізацію металу, що затримується теплом тигля. Після відливки пічку переводять у верхнє положення, звільняють опоку і відразу швидко очищають тигель в гарячому стані від залишків металу, окисних плівок, нагару і ін..

Зняту опоку з відлитими деталями охолоджують на повітрі або у воді, в залежності від застосованого сплаву, звільняють відлиті деталі з опоки легкими ударами молотка або вібруючи на відповідному ударному апараті.

8. Після закінчення всіх робіт виключають живлення лампи і всю установку в цілому, а через 5 хв виключають і подачу води. Проводять огляд охолодженого тигля і при потребі очищають його і змазують внутрішні дефекти сумішшю гідролізованого етилсилікату з маршалітом.