Литье цинка в домашних условиях

Цинк занимает тридцатое место в периодической таблице Менделеева. Это металл, который в обыкновенных условиях отличается хрупкостью. На воздухе он относительно быстро тускнеет и покрывается своего рода защитной пленкой.

Эта пленка состоит из оксида этого металла. К главным свойствам цинка можно отнести амфотерность. То есть и сам цинк, и его соединения могут показывать как кислотные, так и щелочные свойства.

Цинковые литейные сплавы

Чистый или технический цинк хорошо обрабатывается прокатом, на штампах и другими методами обработки металла. Его можно обрабатывать как в холодном, так и в подогретом до 170 градусов, состоянии. Плотность цинка равна 7,13 кг на кубический дециметр. Кроме того, цинк обладает низкой температурой плавления – 420 градусов Цельсия. Металлургическая промышленность выпускает несколько сортов цинка, которые отличаются друг от друга набором примесей. Для маркировки цинковых сплавов применяют следующий набор букв и цифр. Буква Ц, обозначающую принадлежность материала к цинку. Затем указывают буквы А, М или другие, которые обозначают названия примесей А – алюминий, М – медь и пр. на третьем стоят цифры, указывающие на процентное содержание примеси.

Цинковые литейные сплавы

Для литья из цинка применяют сплавы ЦА4, ЦАМ4-1 их применяют для литья под давлением и многие другие. Состав и механические параметры антифрикционных сплавов определены в ГОСТ 21437-95.

К особенностям применения цинковых сплавов можно то, что вторичная плавка этого материала приводит к потере ими жидкотекучести.

Виды сплавов

В промышленности применяют следующие цинковые сплавы для литья:

1. Система Zn-Al – ЦА4, ЦА15 и пр.;
2. Система Zn-Cu – ЦМ 1, ЦАМО и пр.;
3. Система Zn-Al-Cu – ЦАМ 4-1, ЦАМ 10-4;
4. Система Zn-Al-Me – ЦП2, ЦП3 и пр.

Приведенные сплавы применяют для выполнения литья под давлением. Из них производят отливки сложной формы, при этом толщина стенки может составлять 0,6 мм. Эти же сплавы могут быть использованы для литья в кокиль или песчаные формы.
Цинковые литейные сплавы должны отвечать следующему требованию – минимальное количество примесей, а именно в сплавах, должно быть, сведено к минимуму содержания свинца, железа и некоторых других.

Свойства цинковых сплавов

Изделия из цинковых сплавов используют в разных отраслях промышленности и быту. Например, при сборке автомобильной техники цинковые сплавы используют при изготовлении некоторых корпусных деталей, фильтров и множестве других. Электротехническая промышленность применяет цинк для производства щеткодержателей. Сплавы из этого материала обладают высокой пластичностью. И это свойство позволяет его применять для получения отливок сложной формы с тонкими стенками. Цинковые литьевые сплавы не вступают в химическую реакцию с металлом формы и не прилипают к ее поверхности. Параметры этих материалов позволяют изготавливать детали с резьбой.

Свойства цинковых сплавов

Между тем механические свойства цинка и сплавов из него характеризует то, что предел прочности лежит в диапазоне 20 – 38 кгс на метр квадратный, а твердость по Бринеллю составляет 65 – 110 единиц. Отливки из цинковых сплавов обладают низкой шероховатостью поверхности, точностью размеров. Заготовки, полученные литьем под давлением хорошо, обрабатываются давлением и резанием.
Между тем цинковые сплавы, обладают высокой плотностью – 7 кг на дециметр, а это сопоставимо со сталью. Они имеют не очень высокую стойкость к воздействию коррозии. Наличие в составе сплава таких веществ, как – свинец, кадмий и некоторых других приводит к тому что ускоряются процессы старения. Он сопровождается снижением механических параметров и изменением объема отливки. Ко всему прочему сплавы из этих материалов отличаются повышенной пористостью.

Для улучшения прочностных свойств и приданию цинковым сплавам хорошей коррозионной стойкости, в их состав вводят магний, его концентрация не должна превышать 0,1%. Кроме этого, способа применяют и довольно традиционные методы – никелирование, кадмирование и пр.
Свойства сплава определяется наличием тех или иных веществ в составе сплава.

Цинковые антифрикционные сплавы

Максимальное распространение имеют антифрикционные материалы. Они применяют как отливки, а также после механической обработки. Эти материалы отличают антифрикционные параметры и довольно высокая прочность. Их применяют для замены бронзы, детали из которой работают при температуре не более 100 градусов Цельсия.

Микроструктура цинковых антифрикционных сплавов

Если температура выше означенной то сплав приобретает излишнюю мягкость и постепенной верхний слой цинковой детали окажется на поверхности вала.
Сплавы этого класса используют для получения цельнометаллические или биметаллические материалы.
Из сплавов на основе цинка наиболее широкое распространение получили такие сплавы, как ЦАМ1, ЦАМ 4-1, в их составе содержится до 4% алюминия и 1% меди. Кроме, них для получения отливок применяют такие марки, как ЦАМ 10, состоящий на 5% из алюминия и 10% меди. Его отличают высокие механические и антифрикционные свойства. Этот материал широко используется для деталей мотоциклетной техники. Его технические свойства позволяют применять его и в производстве подшипников скольжения.
Особняком стоит сплав ЦАМ 4-1. Этот материал используют для получения деталей различной конфигурации и назначения в автомобильной промышленности. Состав этого материала нормирован ГОСТ 19424-97. В соответствии с его требованиями в состав этого сплава, кроме алюминия и меди, могут входить:

• кремний, не более 0,13%;
• магний, не более 0,06%;
• железо, не более 0,005%;
• свинец, не более 0,01%;
• олово, не более 0,012%;
• кадмий, не более 0,004%.

Применение цинковых антифрикционнх сплавов

Свойства и характеристики сплава отличаются от множества других сплавов, так, ЦАМ 4-1, имеет плотность, превышающую 7,1 кг на 1 дм, предел текучести лежит в пределах 100 КГс и рядом других.
Для получения деталей из цинка ЦАМ 4-1, последний поступает в чушках, весом по 25 кг каждая, допустимо и применение материала – сырца в чушках по 500 кг.

Основные методы литья цинка

В цветной металлургии применяют несколько технологий получения отливок, и это несколько затрудняет работу технолога в части определения того, каким образом будет изготовлена деталь. Перед тем как сделать окончательный выбор в пользу той или иной технологии необходимо понять следующее:

Метод центробежного литья

1. Выбранный метод отливки должен гарантировать то, что полученные детали будут полностью отвечать требованиям нормативно-технической и рабочей документации. Все, параметры, заложенные в деталь будут соблюдены, а припуски на механическую обработку не должны превышать норм, определенных в соответствующих стандартах.
2. Техпроцесс должен обладать соответствующей производительностью и экономичностью.
3. Использование избранного процесса, должно основываться на эксплуатации существующего оборудования и оснастки.

Метод литья цинка в песчаные формы

Для получения отливок из цинковых сплавов используют следующие основные разновидности литья, при этом надо учитывать их особенности. Например, литье в песчаные или металлические формы – это самый распространенный и, наверное, экономичный вид получения необходимых заготовок. Но необходимо учитывать то, что после литья в песок потребуется проведение дополнительной обработки поверхности, так как ее качество оставляет желать лучшего.
В условиях производства небольших партий деталей имеет смысл подумать о литье в кокиль. Но в этом случае препятствием может стать высокая стоимость оснастки.

Центробежное литье

Результатом постоянного совершенствования литейных технологий стало появление машин для выполнения центробежного литья. Принцип этого способа получения отливок прост – расплав подается в формы, вращающиеся вокруг своей оси, под воздействием центробежной силы его «размазывает» по форме и через заранее определенное время будет сформирована готовое изделие. Такая технология позволяет выплавлять изделия без пузырьков воздуха.

Существуют машины горизонтального и вертикального действия. Их применяют для получения отливок с большими размерами. Использование оборудования такого класса оправдано с точки зрения экономики при организации массового производства.

Эта технология позволяет получать пустотелые отливки, при этом нет необходимости в использовании дополнительных приспособлений, например, стержней. Отливка, полученная по такой технологии, имеет плотную и мелкозернистую структуру материала.
Вместе с тем оборудование для выполнения работ по этой технологии стоит довольно дорого. Кроме того, в силу ряда причин, в частности, из-за малой податливости формы, возможно, появление дефектов в виде трещин.

Литье под давлением

Литье под давлением цинковых сплавов основано на следующем принципе – расплав подается в форму под воздействием давления от 7 до 700 МПа.

Его уровень зависит от состава сплава и характеристик будущей детали. На существующем оборудовании, возможно, изготовление деталей весом от нескольких грамм до десятков килограмм.
Достоинства и недостатки технологии литья
Из множества литьевых технологий для работы с цинковым сплавами применяют следующие

Литье в кокиль

Гарантирует получение заготовок с высоким качеством поверхности, как правило, такие детали не нуждаются в операциях по механической обработке. Но, кокиль, обладает высокой ценой ввиду высокой трудоемкости его получения.

Высокая скорость охлаждения приводит к тому, что снижается текучесть расплава и это может привести к появлению разного рода дефектов. Практическое отсутствие газопроницаемости формы приводит к тому, что газы, образующиеся в процессе литья, остаются в заготовке.
Литье цинковых сплавов под давлением позволяет получать сложные изделия с минимизированными размерами стенок. Качество получаемой продукции позволяет избежать дальнейшей мехобработки. Такое литье отличает уровень производительности.Вместе с тем для его обеспечения требуется дорогое оснащение. Кроме этого, существуют ограничения на габаритные размеры отливаемых деталей.

Применение цинковых сплавов

Порядка 30% от мирового объема производства цинка и его сплава применяют для нужд полиграфии и производства антифрикционных сплавов. Кроме того, цинк применяют для легирования сплавов из некоторых цветных металлов.

Одна из главных статьей расхода цинка и его сплавов – это нанесение защитного покрытия на металлы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Но как же мы будем наплавлять парафин на кольцо, когда он невероятно текуч и непредсказуем? Оказалось, все гораздо проще. В процессе мастер понял, что парафин еще долгое время остается пластичным и его возможно деформировать как пластилин. Так и вышло. Он просто слепил нужную форму кольца и продолжил. Правда пройтись паяльником бы не помешало, для того чтобы сплавить слепленые границы. Но мастер решил этого не делать. Позже на отливки это отобразится в виде брака, но не такого страшного, чтобы нельзя было носить это кольцо.
Теперь нам нужно обработать слепленную модель. Мастер решил это делать на наждачной бумаге, но не помнит, была эта сороковка или шестидесятка, но точно очень грубая. И опять же неспроста. Дело в том, что крупное зерно наждачки, оставляет глубокий след на парафине и придает ему текстуру. Поэтому аккуратно пройдясь по лицевой части кольца грубой наждачкой, так и оставим получившуюся текстуру для отливки. Так как парафин в любой момент мог подвести, чистовую обработку мастер решил оставить все же для латунной отливки.

Откладываем модель в сторону и готовим основания для фиксации модели. Самое простое — сделать его из пластилина. Разминаем его и лепим полусферу, в которую в будущем будем устанавливать литники и в последующем эта сфера станет неким кармашком для плавки металла перед заливкой. Поэтому не стоит делать сферу слишком плоской. Нужно чтобы в ней поместился весь расплавленный металл. К моменту литья вы все поймете и сами увидите как это выглядит.

В качестве опоки (металлической оправки для заливки формовочной смеси), можно взять самую обыкновенную металлическую трубу, например, в сантехническом магазине должны быть отрезки подходящего размера.

Литники изготовим из 2-ух гвоздей. Откусываем кусачками лишнее и устанавливаем их в нашу пластилиновую сферу.
После их установки, нам каким-то образом нужно прикрепить парафиновую модель к металлическим литникам. Для этого автор решил взять горелку и слегка нагреть гвозди, а после прислонить к ним кольцо. Горячие гвозди легко проплавят парафин и войдут в глубь модели.

И на самом деле, вышло неплохо.
Когда гипс окрепнет, то можно почистить форму от наплывов, и отделить пластилин с литниками.
Теперь следует наиболее ответственный момент — момент прокалки формы. В инструкции к формовочной массе, идет тех карта, где указан цикл прокалки в 15 часов. Но так как это идёт в разрез с коленочными технологиями, то справедливо будет сократить это время до 40 минут.

Это плохо и неправильно, но все же возможно. Тут главное дать плавный нагрев вначале, чтобы вода с гипса начала испаряться, а парафин начал плавно плавится и вытекать. Мастер воспользовался для этого кровельной горелкой, так как она у него была. Вы же можете обойтись бытовой горелкой, или начать можно с самой обыкновенной духовки, так будет правильнее. Только не забывайте ставить форму литниками вниз в какой-нибудь поддон, чтобы было куда стекать парафину.

Заливать металл в домашних условиях можно несколькими способами: с помощью картошки, глины, или любого другого плотного влагосодержащего материала. Но автор этот способ так и не освоил, поэтому он будет лить металл с помощью ручной центрифуги.

Выглядит она в виде стакана с четырьмя болтами (для более надежной фиксации опоки), цепочки и ручки из пвх трубы с подшипниками внутри (для продолжительного беспрепятственного кручения).

Автор сварил эту штуку сам, вы же можете обойтись, к примеру, металлической кружкой.

Греем форму до красна и готовимся к заливке латуни. В качестве исходного материала можно взять латунные сантехнические фитинги. Они отлично для этого сгодятся. Ну или если вы посмелее, можете сразу лить серебро или даже золото. В коленочных технологиях нет ограничения по металлу.

Теперь нам нужно обработать кольцо. Автор не стал брать бормашинку, а зачистил все с помощью напильников и наждачной бумаги. Все реально, но разница лишь во времени и трудоемкости занятий.

После черновой обработки, автор решил примерить кольцо, но оказалось, что оно не совсем подходит.

По окончании шлифовки кольца, можно зачернить его лицевую часть для того, чтобы придать визуальную глубину нашему рельефу, оставленному крупным зерном наждачной бумаги. Для этого нам понадобится аптечная серная мазь. Наносим тонкий слой на латунную поверхность, которую хотим зачернить и нагреваем кольцо. Греем до тех пор, пока вся мазь не выгорит и после нее не останется сухой матовой поверхности.

После чернения, снова полируем кольцо, но уже финишными абразивами и любуемся результатом.

Как говорилось вначале, кольцо пролилось отлично. Все дефекты, что вы можете заметить, были получены на стадии моделирования. Поэтому, по-хорошему, лучше использовать более обрабатываемые материалы. Ведь чем лучше подготовлена модель, тем меньше придется работать с ней после литья.

Благодарю за внимание. До новых встреч!

Бронза – сплав на основе меди, не содержащий в качестве основных легирующих компонентов никеля и цинка. Характеризуется сравнительно высокой температурой плавления, металл становится жидким в диапазоне от +940°С до +1300°С. Самая тугоплавкая – оловянно-фосфорная. Из бронзовых сплавов производят сортовой, листовой и трубный прокат, детали двигателя, элементы передаточных устройств, вкладыши в запорную арматуру, фитинги, краны, сувенирные изделия, детали приборов и многое другое. Сделать литье можно в домашних условиях. Плавка бронзы производится в муфельных печах или горнах. При температуре плавления бронза становится густой, плохо растекается по форме, нужно знать некоторые хитрости, чтобы самостоятельно заниматься литьем.

Основные характеристики бронзовых сплавов

Цвет бронзового сплава зависит от количественного состава легирующих элементов. Они оказывают влияние на физические свойства: пластичность, износостойкость, температуру плавления бронзы. В качестве легирующих компонентов выступают металлы (олово, алюминий, бериллий, свинец, марганец) и неметаллы (фосфор, кремний). Расплавить в домашних условиях можно любой бронзовый сплав. Зная маркировку лома, несложно определить точную температуру плавления бронзы. Но обычно состав бронзовых кусочков, подготовленных к плавлению, разнится. Тогда оценивают внешний вид металла.

Бронзовые сплавы классифицируют по двум категориям:

1. оловянные более пластичные;
2. безоловянные хуже поддаются обработке:

• бериллиевые характеризуются высокой прочностью, максимальной выносливостью на разрыв, кручение;
• у алюминиевых невысокая температура плавления, они устойчивы к коррозии, обладают хорошими антифрикционными свойствами;
• свинцовые пластичные, хорошо поддаются механической обработке;
• с добавками цинка и кремния отличаются текучестью, при плавлении равномерно заполняют форму для литья;
• сплав с железом неплохо сваривается, но контакт ее с агрессивными средами нежелателен;
• марганец улучшает прочностные характеристики с сохранением пластичности, свойственной меди;
• оловянно-свинцовые бронзы отличаются ковкостью, их подвергают горячей деформации, делают из сплава горячекатаный прокат.

Для литья в промышленных условиях используют оловянную бронзу с низкой температурой плавления, до +1000°С.

В отличие от латуни, бронза более вязкая в точке плавления. При заполнении форм сложной конфигурации в производственных цехах применяют центрифуги. Сплаву, разогретому выше температуры плавления на 5°, придают дополнительное ускорение, чтобы он растекался равномерно. При кустарном изготовлении отливок вязкость бронзового сплава в точке плавления желательно учитывать, чтобы не было брака на поверхности. Достоинством цветного металла литейщики считают низкую усадку при охлаждении. Удается получать литье, не требующее длительной доводки до заданных геометрических размеров. Из бронзовых сплавов делают качественные фасонные отливки.

Можно ли плавить и отливать бронзу в домашних условиях

Воссоздать промышленную технологию кустарным способом невозможно. Металл для улучшения текучести перегревают. При температуре выше точки плавления выдерживают определенный временной интервал, только после этого расплав разливают в изложницы. Технологи рассчитывают температурный режим для каждого сплава.

Самостоятельно удается получать несложные мелкие детали, требующие серьезной доводки до точных размеров. Как расплавляют бронзу в домашних условиях, стоит рассказать подробно. Для этого нужны особые условия, инструменты. Бронзовый лом не плавится в жестяной банке, для него нужен огнеупорный тигель или старая посуда из черного чугуна. Расплав выливают в самодельные формы. Отливки покрупнее делают на земле или на бетонном полу.

Для лома подбирают схожие по цвету сплавы, бронза плохо измельчается, необходимы ножницы по металлу. Тигель нагревают до температуры плавления лома в горне, подбрасывая уголь, или в электрической муфельной печке. Горячую емкость с расплавом зажимают специальными щипцами с длинной ручкой, чтобы минимизировать риск ожогов.

Процесс литья

Литье бронзы начинается с подготовки рабочего места. Устанавливают подставку под опоку, тигель. Она делается из огнеупорного материала. Можно насыпать слой песка в поддон или воспользоваться металлической пластиной.

До загрузки измельченного лома в печь необходимо подготовить опоку. Ее хорошо прогревают, выдерживают минимум 2 часа при +600°C. Огнеупорный тигель при такой температуре начинает излучать желтоватое свечение. Пока прогретая форма остывает, приступают к плавлению измельченного лома.

Плавильню заполняют на 1/3 объема. С кусочками лома ставят в горячую печь, оставляют до полного плавления. Тигель или другую плавильную емкость устанавливают нагревать, когда температура в печи близка или достигла точки плавления бронзы. Оловянные бронзы становятся жидкими до 1000°C, безоловянные приходится прогревать дольше, у них точка плавления выше.

Когда вся бронз расплавится, ее оставляют в печи на 3-5 минут, чтобы расплав хорошо прогрелся, стал менее вязким. Затем плавильню достают щипцами или специальным крюком. Расплав готов. Пора приступать к изготовлению отливки.

Заливка бронзы в литейную форму

Расплавленный металл выливают в отверстие формы тонкой струйкой, бронза должна равномерно заполнить все пустоты. Она уплотняется под собственным весом. Чтобы горячая форма хорошо заполнялась, ее ставят на вращающуюся подставку с ручным или электрическим приводом. Такая хитрость необходима для получения качественного литья. Если заливать бронзу спокойно, углы отливки будут закругленными. Раскручивают форму с горячим расплавом в процессе заполнения. Когда бронза схватится, форму литья уже не изменить. В заводских условиях используют технологические центрифуги. В домашних условиях умельцы делают подобие промышленных установок на базе отслуживших стиральных машин.

Придавать сплаву движение необходимо при изготовлении небольших сложных отливок. Бронзовому расплаву не хватит собственного веса для заполнения всех пустот. Он будет застывать неравномерно, на поверхности литья возникнут раковины, складки.

Как сделать форму для литья

Самостоятельное изготовление литейной формы начинается с подбора корпуса, куда свободно войдет будущая отливка и останется свободным половина пространства. Это может быть жестяная банка или специально изготовленная емкость. Традиционно размер опоки в 1,3–1,5 раза превышает габариты отливки. Такое соотношение необходимо, чтобы песчано-глиняная смесь образовала равномерный слой со всех сторон детали. Наполнитель для опоки делается из материалов, способных сохранять тепло. Литая заготовка будет качественной только при постепенном остывании.

Форму делают из двух частей:

• верхняя рамка (занимает не менее 1/4 высоты формы);
• нижний ящик, в него свободно помещается будущая деталь.

Для набивки делают смесь песка и глины в пропорции 3:1. В глину для аккумуляции тепла вводят 1/5 часть угольной крошки, лучше использовать каменный уголь, у него больше теплоемкость. Однородную массу укладывают в обе части опоки. Смесь не стоит сильно утрамбовывать, чтобы глина не спекалась, оставалась рыхлой во время прогрева в печи. Деталь перед закладкой в подготовленный нижний ящик густо обмазывают тальком или графитовым порошком. Затем делается отверстие для заливки бронзы, разогретой до температуры плавления.

Готовую форму нужно просушить перед использованием.

Изделие достают из формы только после охлаждения. Форму аккуратно разбирают, затем вынимают отливку.

Технология получения литья более высокого качества

Получить литье нужной геометрии кустарным способом сложно. Нужно быть готовым к тому, что литье придется долго шлифовать, стачивать, доводить до нужных размеров. Процесс плавления бронзы в домашних условиях сопряжен с рядом ограничений. Нюансы, которые желательно учитывать при самостоятельном изготовлении бронзовых отливок:

• лучше использовать муфельную печь для плавки, оснащенную терморегулятором, производители предлагают небольшие установки для изготовления домашнего литья, работающие от стандартной сети 220 В;
• при изготовлении опоки необходимо учитывать сложность ее заполнения расплавом, в местах возможных пустот делают припуски на будущую доводку детали;
• вместо песочно-глиняных опок для мелких деталей делают гипсовые формы с восковым или парафиновым заполнением. Горячую бронзу при вливании вытесняет не воздух, а расплавленный стеарин.

Парафиновые формочки делают на основе гипсовых слепков, сделанных с будущей детали. Точность изготовления отливок в этом случае возрастает. Опоки из гипса удобны для небольших отливок, их можно сделать неразъемными. Правда, процесс их изготовления усложняется: сначала делятся форма для парафинового муляжа, а затем он заливается формовочным гипсом. Подобные конструкции удобно размещать в центрифуге.

Приступая к плавлению бронзового лома в домашних условиях, следует учитывать состав сплава. Она зависит от химического состава бронзы. Вязкий расплав бронзы медленно заполняет опоку. Чтобы не было пустот, заполненную форму крутят в центрифуге. Под действием центробежной силы металл, нагретый до температуры плавления, распределяется равномерно. Отливка получается качественной.