Диффузионное алитирование позволило решить такую важную техническую проблему, как создание биметаллических отливок, состоящих из стали или чугуна и алюминия или его сплавов. В зоне перехода от черного металла к алюминию создается необходимая механическая прочность благодаря наличию диффузионного слоя и сохраняется высокая теплопроводность системы. Биметаллические отливки прежде всего применяют тогда, когда нужно отвести значительное количество тепла.
Технологический процесс производства биметаллических отливок железо – алюминий с металлической связью впервые был разработан в 1941 г. и описан в работе. По этой технологии вначале производится тщательная пескоструйная очистка железных изделий от всех загрязнений. После очистки изделия погружают в ванну для алитирования при температуре 830 – 880° С. В зависимости от температуры плавления сплава для алитирования длительность алитирования должна быть по возможности короткой, но достаточной для образования равномерного диффузионного слоя. Толщина слоя должна быть минимальной (10 – 20 мкм), так как с возрастанием толщины увеличивается его хрупкость и уменьшается прочность. После необходимой выдержки в ванне для алитирования арматура переносится во вторую ванну с температурой 540 – 680°С, состоящую из алюминиево – кремнистого сплава с содержанием кремния 13 %. Цель этой операции состоит главным образом в том, чтобы воспрепятствовать дальнейшему росту диффузионного слоя и подготовить поверхность арматуры к последующей операции – обливке.
После выдержки во второй ванне изделие быстро помещается в литейную форму и обливается алюминиевым сплавом. Время между извлечением арматуры из ванны и окончанием обливки должно быть минимальным. После затвердевания отливки форма раскрывается и отливка извлекается. Такая технология позволяет получать также биметаллические железомагниевые отливки с металлической связью. Такие отливки находят все большее применение в ракетостроении (например, аэродинамическое управляемое крыло для баллистических ракет).
Существует целый ряд технологических процессов с использованием флюсования в качестве обязательной подготовки поверхности арматуры перед алитированием. В качестве флюсов используются водные растворы или расплавы простых или сложных солей. При этом флюсы после алитирования часто не удаляются с поверхности арматуры, для того чтобы они не могли снизить качество обливки, применяют способ заливки в потоке или центробежную заливку.
При заливке в потоке вокруг арматуры получается массивная алюминиевая рубашка, в которой путем фрезерования нарезают охлаждающие ребра (в случае цилиндра).
Способ центробежной заливки применяют в настоящее время для получения литого биметалла сталь – алюминиевый подшипниковый сплав. Следует отметить, что флюсование не является обязательным при производстве биметаллических отливок и что при горячем алитировании в первую очередь необходимо получить чистую, свободную от окислов поверхность арматуры. Это может быть осуществлено с помощью простых литейных операций: рафинированием сплава для алитирования, тщательным удалением с поверхности расплавленной ванны окисной пленки в момент погружения арматуры, соответствующим выбором сплава для алитирования, его температуры и т. п. Такая более рациональная технология производства биметаллических отливок разработана кафедрой литейного производства Киевского политехнического института совместно с Киевским мотоциклетным заводом применительно к условиям производства биметаллических цилиндров двигателей мотоциклов К 650.
По этой технологии наружную поверхность чугунной (стальной) гильзы подвергают механической обработке до четвертого класса чистоты. Места гильзы, не подлежащие алитированию, окрашивают – защитной краской. Затем гильзу сушат при 110 – 120° С и алитируют в алюминиевом сплаве АЛ 10В или алюминиевоцинковом сплаве с 28 % Zn при температуре 720 – 730 °С. Длительность алитирования составляет 8 – 12 мин. После алитирования гильзу устанавливают в кокиль и обливают алюминиевым сплавом АЛ 10В при 750 – 770° С. Длительность обливки гильзы составляет 45 – 50 сек, что позволяет произвести сборку формы и заливку металла и обеспечивает получение достаточно надежной связи между алитирующим сплавом и сплавом обливки. Использование биметаллических цилиндров позволило снизить рабочую температуру двигателей мотоциклов К 650 и в два раза повысить их мощность. Кроме того, система цилиндр – поршень с биметаллическим цилиндром изнашивается значительно меньше, чем та же система с чугунным цилиндром. Высокой теплопроводностью обладают и другие узлы из биметалла: цилиндры и головки цилиндров двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, тормозные барабаны, вкладыши подшипников, поршни, форкамеры дизелей, теплообменники, зубчатые колеса, бытовые приборы. Высокие эксплуатационные характеристики имеют биметаллические поршни, установленные на двигателях машины ЗИЛ 130.
За рубежом способом литья под давлением производят биметаллические отливки крышек электродвигателей из алюминиевого сплава с залитыми стальными подшипниками, лопаток для реактивного двигателя, авиационных насосных крыльчаток, кастрюль, электроутюгов и пр. Однако данные о технологических условиях производства, отливок при этом не указываются. Таким образом, наиболее рациональным и перспективным способом производства биметаллических отливок с металлической связью является литье под давлением.
  • Читать все новости