Реферат «Литье по выплавляемым моделям в гипсовые формы» (стр. 1 )

Введение.

Один из наиболее распространенных способов получения ювелирных и художественных изделий – литье по выплавляемым моделям в гипсовые формы. Современные процессы литья осуществляются с использованием новых, более совершенных вспомогательных средств, материалов, установок. Это позволяет механизировать процесс литья, обеспечить быструю сменяемость ассортимента изделий.

Специалистам, связанным с производством ювелирных и художественных изделий, необходимы разносторонние сведения не только по технологии литья, но и по физико – механическим, литейным, термодинамическим свойствам сплавов меди, их структуре, по свойствам и эксплуатационным характеристикам вспомогательных материалов, современному оборудованию и новым технологическим процессам.

В отечественной литературе довольно полно освещены вопросы взаимодействия меди с элементами периодической системы (, , и др. Двойные и многокомпонентные сплавы на основе меди: Справочник. – М.: Наука, 1979. – 247 с.), физико – химические и технологические основы плавки медных сплавов (Чурсин медных сплавов. – М.: Металлургия, 1982. – 152 с.), свойства медных сплавов (Смирягин цветные металлы и сплавы: Справочник. – М.: Металлургия, 1974. – 485 с.; Захаров сплавы цветных металлов. – М.: Металлургия, 1980. – 256 с.).

Историческая справка.

Открытие плавки меди (из окисленной руды путем нагрева последней в смеси с древесным углем) и изготовление металлических предметов методом литья можно считать началом металлургии. Тогда же началась выплавка серебра, свинца, олова, причем последний металл попал в сплав с медью, вероятно, естественным путем при добыче меди из полиметаллических руд. Плавление проводилось сначала на открытых кострах, затем в плавильных печах, где необходимая температура поддерживалась применением дутья. Расплавленный металл заливали в формы: в каменные – открытые и закрытые составные, чаще же в глиняные, сделанные по восковой модели предмета (изделия). Отливки подвергались отделке посредством шлифовки, полировки, заточки.

Метод литья по выплавляемым моделям в гипсовые формы известен давно [1]. Еще в четвертом столетии до н. э. в древнесирийском городе Антиохии создавали предметы искусства методом литья в гипсовые формы, используя при этом выплавляемые модели. Для литья применяли сплавы меди с различным содержанием элементов. Бронза была уже известна в Египте за несколько тысячелетий до н. э. [2]. Древнейшие бронзы содержали, кроме меди, примеси олова в незначительном количестве при большом содержании других элементов. Известен химический состав древнейших бронз Ниневии, Египта, о. Кипра: Sn – от следов до 1,5 %; As 0,6…2,3 %; Pb 0,076…3,3 %; Fe 0,4…4,0 %; Sb до 3,0 %; Au 0,3 %, медь остальное. Такой металл правильнее называть черновой медью.

Бронзовые предметы более позднего происхождения уже содержат от 4…5 до 15…16 %, а зеркала – до 32 % Sn. В Адмиралтейскую бронзу с 10 % Sn в Англии полагалось присаживать цинк в количестве 2 % для повышения жидкотекучести [2].

Бронза – наиболее подходящий материал для изготовления литых художественных изделий.

Содержание меди и олова в применявшихся и применяемых бронзах колеблется в очень широких пределах. С увеличением содержания олова твердость увеличивается. Практически наибольшее количество олова (до 33 %) содержит так называемая зеркальная бронза, применявшаяся для изготовления зеркал. В прежние времена из бронзы с 10 % Sn отливали пушки, откуда и пошло ее название пушечная. Для изготовления колоколов применяли колокольную бронзу с 16…22 % Sn и 2 % Zn.

Не менее древнюю историю имеют сплавы меди с цинком – латуни. Латунь изготавливали еще за 1500 лет до н. э. [2].

В конце 19 – начале 20 вв. при изготовлении ювелирных изделий сплавы меди (латуни), обладавшие высокими декоративными свойствами, стали применять как заменители благородных металлов. Сплавы меди, особенно бронза, благодаря особым свойствам, которые облегчают изготовление художественных изделий, нашли широкое применение в искусстве.

В настоящее время сплавы меди используются в России в очень широких размерах. Предметы украшений, художественные изделия с полудрагоценными камнями, деревом, эмалью, янтарем, хрустальным стеклом и другими материалами декорируются литыми деталями из сплавов меди. В последнее время большую известность получили художественные изделия двух предприятий, расположенных в г. Мытищи Московской области. Наряду со штамповкой, прессованием здесь изготовляются сувениры, украшения, скульптурно – художественные изделия методом литья по выплавляемым моделям с использованием сплавов меди – бронзы и латуни.

На двух московских предприятиях было организованно в конце 70-х годов производство украшений, художественных изделий из бронзы, латуни, нейзильбера, которые нашли широкий спрос у покупателей. Изготовляются изделия способом точного литья по выплавляемым моделям.

Общий обзор свойств металлов.

Медь. Химический элемент, символ Cu, имеет порядковый номер 29, атомный вес 63,54, основную валентность II, плотность 8,9 г/см3, температуру плавления 1083о С, температуру кипения 2600о С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 35 кгс/мм2.

Медь – единственный металл, имеющий красноватый цвет. На воздухе, в присутствии углекислого газа, она покрывается пленкой зеленого цвета (патиной), гидроокисным карбонатом меди CuCO3 · Cu(OH)2. При нагреве на поверхности металла образуется черный налет окиси меди CuO. Медь растворяется: в азотной кислоте, образуя нитрат Cu(NO3)2; в серной кислоте, образуя сульфат CuSO4; в разбавленной соляной кислоте, образуя хлорид меди CuCl2; а при взаимодействии ее с уксусной кислотой образуется основной ацетат меди – ядовитая ярь-медянка.

Медь и ее сплавы. Медь отличается высокими теплопроводностью, коррозионной стойкостью, красивым красновато-розовым цветом, хорошо обрабатывается давлением и удовлетворительно—резанием. По

Таблица 1

Марки меди (ГОСТ 859—78)

("1") ГОСТ 859—78 медь выпускают в виде слитков, полос, лент, груб, проволоки, поковок и листов. Марки меди даны в табл. 1.

Медь прекрасно обрабатывается давлением и обладает хорошим блеском и высокой полируемостью, однако блеск ее довольно быстро исчезает. Медь – лучший проводник тепла и электрического тока после серебра и имеет очень высокую удельную теплоемкость. Чистая медь редко применяется для изготовления украшений, но иногда применяется при изготовлении шаблонов и опытных образцов изделий. Медь часто используется и как присадочный материал.

Латунь. Технические сплавы меди с цинком желтого цвета, содержащие 50 % Cu, называются латунями. Сложные легированные латуни содержат кроме цинка и другие элементы – свинец, олово, алюминий, марганец, никель. В ювелирном деле латуни, обладающие высокой пластичностью, используют при изготовлении посуды и украшений. Латунь, содержащая 10 % цинка, известна под названием «томпак». Она имеет желтоватый цвет и по свойствам близка к меди. «Томпак» используют для изготовления ювелирных изделий с последующим нанесением на них защитных покрытий.

Латуни — двойные и многокомпонентные медные сплавы с основным легирующим элементом—цинком (табл. 2). По сравнению с медью латуни обладают более высокими прочностью и коррозионной стойкостью, а также красивым желтым цветом.

Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей массовую долю меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л указывают обозначения других легирующих элементов и через дефис после первой цифры - их массовую долю в процентах.

Латуни разделяют на деформируемые и литейные. Латуни хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии, за исключением латуней, содержащих свинец. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями.

Таблица 2

Свойства латуней

("2") Бронза. В ювелирной промышленности используются оловянные бронзы (сплавы системы медь – олово) благодаря их высоким литейным свойствам (жидкотекучести, малой усадке), а также прочности, стойкости против коррозии и красивому желтоватому цвету. Наибольшее распространение имеют сплавы меди с содержанием 5 –10 % олова. Сплав с 5 % олова называется монетной или медальной бронзой, сплав с 10 % олова – пушечной бронзой (из него раньше отливались пушки).

Таблица 3

Свойства деформируемых и литейных бронз

("3") Химический и фазовый составы сплавов.

Основные виды сплавов меди.

Медь отличается высокими теплопроводностью, коррозионной стойкостью, красивым красновато – розовым цветом, хорошо обрабатывается давлением и удовлетворительно – резанием. По ГОСТ 859 –78 медь выпускают в виде слитков, полос, лент, труб, проволоки, поковок и листов.

Бронзами называют медные сплавы, в которых основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка. Бронзы маркируются буквами Бр, за которыми следуют обозначения легирующих элементов, а через дефис – цифры, показывающие их массовую долю в процентах. Бронзы делятся на деформируемые, т. е. предназначенные для изготовления изделий методами пластической деформации, и литейные, из которых получают соответствующие отливки.

По сравнению с латунью бронзы обладают более высокими прочностью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Они весьма стойки на воздухе, в морской воде, в растворах большинства органических кислот и углекислых растворах. Большинство бронз, за исключением алюминиевых, хорошо свариваются и паяются твердыми и мягкими припоями.

Для изготовления литых художественных изделий бронза – наиболее используемый материал. Основой стандартных бронз служит четвертая система Cu – Sn – Zn – Pb. Сплавы этой системы, обладающие комплексом всех необходимых свойств (эстетических, технологических), традиционно широко используются для изготовления декоративных художественных изделий. Все легирующие компоненты – олово, цинк, свинец – влияют на различные параметры и в совокупности создают необходимые технологические и физико – механические свойства, которые делают эти сплавы незаменимыми в художественном литье. Как литейный материал бронза обладает высокой жидкотекучестью, она хорошо заполняет самые сложные формы, имеет небольшую усадку, выдерживает разные виды обработки (ковку, чеканку, резание, гравировку), имеет красивый цвет, высокую коррозионную стойкость.

Некоторые бронзы, не содержащие олово, - алюминиевые, кремнистые имеют хорошие декоративные свойства, высокую коррозионную стойкость. Малый интервал кристаллизации алюминиевых бронз способствует получению из них плотных отливок.

Латуни – двойные и многокомпонентные медные сплавы с основным легирующим элементом – цинком. По сравнению с медью латуни обладают более высокими прочностью и коррозионной стойкостью, а также красивым желтым цветом.

Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей массовую долю меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л указывают обозначения других легирующих элементов и через дефис после первой цифры – их массовую долю в процентах.

Латуни разделяют на деформируемые и литейные. Латуни хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии, за исключением латуней, содержащих свинец. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями.

В последнее время в связи с дефицитностью оловянных бронз широкое применение находят специальные латуни. Высокая прочность и коррозионная стойкость, традиционно высокие литейные свойства, дешевизна являются главными причинами применения их в качестве заменителей оловянных бронз. Указанным свойствам отвечает разработанный сплав ЛНК 60 – 4 – 1 [45]. Температура начала кристаллизации сплава 920…930оС, интервал кристаллизации 25..30оС, линейная усадка 1,7…1,8 %. Сплав этот дешевле оловянной бронзы (Бр ОЦС 6 - 6 – 3) на 50 %, алюминиевой – на 6 %.

Хорошими литейными свойствами и красивым золотистым цветом обладают кремнистые латуни ЛК 80 – 3 и ЛКС 80 – 3 – 3 [46]. Важнейшим заменителем золота при изготовлении знаков отличия, фурнитуры и художественных изделий является латунь ЛА 85 – 0,5.

Безоловянные бронзы.

Алюминиевые бронзы. Основным легирующим элементом в этих бронзах является алюминий. Структура двойных алюминиевых бронз, содержащих до 9,4 % (по массе) Al, в равновесных условиях состоит из однородного α-твердого раствора. Однофазные алюминиевые бронзы характеризуются высокой пластичностью.

Алюминиевые бронзы при всех своих достоинствах имеют существенные недостатки:

склонность к обратной ликвации; склонность к газопоглощению и окислению; трудность пайки твердыми и мягкими припоями.

Кроме алюминия, эти бронзы содержат добавки марганца, железа, никеля и свинца. Добавки марганца улучшают коррозионную стойкость, добавки железа и никеля – прочностные свойства. Кроме того, добавки железа снижают пластичность этих бронз, а также измельчают литую структуру.

Кремнистые и марганцевые бронзы. Двойная марганцевая бронза БрМц5 представляет собой твердый раствор марганца в меди. По цветовому тону сплавам золота наиболее соответствует бронза БрКМц 3 –1. добавки марганца улучшают коррозионную стойкость бронзы.

("4") Латунь.

Латунь широко используется для получения литых ювелирных и художественных изделий. Двойные латуни называются томпаком. Содержание меди в них составляет 88…97 % (по массе). Полутомпаки – латуни содержащие меди 79…86 % (по массе) [48].

Цинк в значительном количестве растворяется в меди в твердом состоянии. При 902о С растворимость цинка в меди составляет 32,5 % (по массе) и увеличивается с понижением температуры.

Двойные латуни, используемые в ювелирной промышленности как имитаторы золотых сплавов, представляют собой α-твердые растворы на основе меди. Добавка алюминия к латуням повышает их жидкотекучесть, способствует хорошему заполнению формы, получению чистой поверхности отливок с высокой плотностью.

Механические свойства сплава.

Наиболее распространенными и чаще всего применяемыми в практике характеристиками свойств металлов и сплавов являются прочностные характеристики: твердость, временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение, сужение.

Промышленные сплавы меди для художественного литья обладают хорошими механическими свойствами, они свободно деформируются, подвергаются различным видам механической обработки. В зависимости от содержания легирующих элементов в сплавах механические свойства изменяются в широком диапазоне.

Латуни. В многокомпонентных латунях такие легирующие элементы, как алюминий, никель, кремний, железо, повышают прочностные свойства, твердость сплава. Латуни упрочняются деформационным наклепом.

Оловянные бронзы. В области α-твердого раствора повышение содержания олова в сплавах приводит к увеличению твердости, временного сопротивления, уменьшению относительного удлинения. Так как сплавы обладают широким интервалом кристаллизации и составы жидкой и твердой фаз в системе Cu – Sn сильно различаются, развивается интенсивная дендритная ликвация.

Неоднородность структуры и химического состава оказывает дополнительное влияние на механические свойства отливок, вызывает внутренние напряжения в отливках. Для снятия остаточных напряжений необходим отжиг, который для отливок из оловянных сплавов (типа БрОФ 6,5 – 0,4; БрОЦ 4 – 2,5) проводят при температуре 250…300оС. Температура гомогенизационного отжига для устранения последствий ликвации и получения равномерного цвета лицевой поверхности отливок из оловянных бронз составляет 625…750оС в течение 1…6 часов.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3