К вопросу о возможности использовании легкоплавких сплавов для проведения лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»

№92-1,

технические науки

В данной статье рассматриваются свойства легкоплавких сплавов Розе, Вуда и др., которые можно использовать при проведении лабораторных по дисциплине "Материаловедение и технология материалов" Также в статье описываются материалы из которых можно изготавливать литейные формы для получения отливок из лекгоплавких сплавов.

Похожие материалы

Одна из самых интересных и зрелищных лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и технология материалов» по мнению обучающихся, является лабораторная работа по изучению технологии литья. На таких лабораторных работах в условиях лаборатории получают отливки из металлов и сплавов в разовых формах, обычно в песчано-глинистых. Данная лабораторная работа позволяет обучающимся освоить методику изготовления литейных форм и литых изделий, изучить литейные дефекты и понять сущность данного технологического процесса.

При проведении лабораторных работ следует строго и неукоснительно выполнять требования охраны труда, так как технология литья достаточно пожарно- и травмоопасна. К опасным и вредным факторам, которые могут воздействовать на обучающихся и преподавателя во время занятия следует отнести: термические ожоги, возникающие при соприкосновении с нагретыми материалами (тиглем и неостывшей отливкой) и оборудованием электропечей. Помимо этого же существует опасность поражения электрическим током при работе с лабораторными высокотемпературными печами т.д. Поэтому для снижения влияния опасных факторов (термических) на здоровье обучающихся при проведения лабораторных работ по технологии литья я предлагаю в качестве литейного сплава для получения отливки использовать легкоплавкие сплавы, которые имеются в свободной продаже в магазинах радиоэлектроники. Хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью), низкой температурой плавления и относительно невысокой стоимостью обладают следующие сплавы: сплав Розе, сплав Вуда, оловянно-свинцовые сплавы и т.д. Теперь разберем достоинства и недостатки данных сплавов. Для плавления, перечисленных выше сплавов не требуется специальное дорогостоящее оборудование, все эти сплавы можно расплавить на электрической плитке, газовой конфорке или с помощью портативной газовой горелки и т.д. Рассмотрим свойства трехкомпонентного легкоплавкого сплава Розе. Температура плавления данного сплава составляет всего +94-98℃. Данный сплав имеет следующий химический состав: 25% олова (Sn) + 25% свинца (Pb) + 50% висмута (Bi). Продается в магазинах в виде гранул, так как используется в радиотехнике в качестве припоя (см. Рис.1). Однако из-за наличия свинца в его составе, плавить его следует в специальном вытяжном шкафу, оборудованного активной вытяжкой и в хорошо проветриваемом помещении, так как пары свинца токсичны. Из сплава Розе можно получить отливки сложной формы.

Сплав Розе (гранулированный)
Рисунок 1. Сплав Розе (гранулированный)

Также в качестве сплава для получения отливок небольшого размера можно использовать мягкий (температура плавления до +300℃) оловянно — свинцовый припой ПОС 61. Состав сплава таков: 59-61% олово (Sn) + 41-39% свинца (Pb) + 0,1% сурьма (Sb) + 0,05% медь (Cu) + 0,25 висмут (Bi) + 0,02% мышьяк (As). Данный сплав является практически эвтектическим и поэтому его температура плавления составляет всего лишь +183℃. Данный сплав имеется в свободной продаже и он относительно недорогой. Но не забывайте о том, что в состав сплава входит свинец, который вреден для организма человека. Воздействие повышенных концентраций свинца на организм человека приводит к изменению репродуктивной, нервной, сердечно-сосудистой, иммунной и эндокринной систем человека. Его токсическое действие проявляется в изменениях функционального состояния почек, синтеза гема — основы гемоглобина, процессов окислительного метаболизма и энергетического обмена. Поэтому использовать сплавов, содержащих в своем составе свинец необходимо с крайней осторожностью. Не рекомендую использовать легкоплавкий четырехкомпонентный сплав Вуда (см. Рис. 2) для получения отливок при проведении лабораторных работ из-за его токсичности.

Сплав Вуда (гранулированный)
Рисунок 2. Сплав Вуда (гранулированный)

Температура плавления данного сплава составляет всего лишь +68,5℃ (плавится в горячей воде), он весьма легкоплавкий. Состав сплава: 12,5% олова (Sn) + 25% свинца (Pb) + 50% висмута (Bi) + 12,5% кадмия (Cd). Сплав Вуда используется в прецизионном литье. Однако кадмий, входящий в его состав, как и свинец токсичен для человека. Кадмий и его соединения являются канцерогенными веществами и при длительном вдыхании частиц металла человеком может вызвать в последствии рак легких.

Для получения отливок из легкоплавких сплавов, необходимо изготовить литейную форму. Литейную форму для этих целей можно изготавливать не из песчано-глинистой смеси, а из гипсового алебастра (CaSO4*0,5H2O) или как принято его называть «строительного гипса» (см. Рис.3).

Литейная гипсовая форма, состоящая из двух полуформ (на поверхность полуформы (с лева) нанесен слой графита).
Рисунок 3. Литейная гипсовая форма, состоящая из двух полуформ (на поверхность полуформы (с лева) нанесен слой графита).

Строительный алебастр также имеется в свободной продаже. Достоинством алебастра как материала для изготовления литейной формы является его дешевизна, доступность, огнеупорность и быстрое отверждение при взаимодействии с водой. Твердеет он за несколько минут и позволяет получать литейные формы со сложным рельефом. Причем, при заливке в гипсовые литейные формы расплавов, обладающих низкой температурой плавления, гипсовая литейная форма не разрушаются под воздействием невысоких температур. Поэтому такие гипсовые формы можно использовать повторно, а иногда и многократно. Желательно чтобы литейная гипсовая форма имела простую конструкцию без поднутрений, отъемных частей, с одной поверхностью разъема (см. Рис.3). Чем проще конструкция литейной формы, тем дольше у неё срок службы. Гипсовые формы, изготовленные из «строительного гипса» можно использовать и для получения отливок из более тугоплавких сплавов, например из силумина АК12 (сплав алюминия и кремния), обладающего температурой плавления 580-600℃. Огнеупорности строительного гипса достаточно, чтобы выдержать такую температуру, заливаемого расплава и получить отливку высокого качества. Однако следует помнить, что гипсовая литейная форма перед заливкой в неё расплавленного металла (сплава) должна быть предварительно хорошо просушена и разогрета непосредственно перед заливкой сплава. В противном случае вы получите брак. Влага, которая находится в гипсовой форме при соприкосновении с расплавленным металлом, залитым в полость формы, превращается в пар, что приводит к образованию газовой пористости на поверхности отливки. После кристаллизации сплава в сырой форме, поверхностный слой гипсовой формы прилипает к поверхности отливки, что приводит к ее разрушению при извлечении из неё изделия.

Список литературы

  1. Пучков, П.В. Материаловедение и технология материалов (Лабораторный практикум): Учебное пособие / П.В. Пучков, В.В. Киселёв. – Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2011. – 166 С.
  2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учебник / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – 3-е изд., перераб. и доп. Репринтное издание. – М.: Альянс, 2013. – 528 с.
  3. Арзамасов В.Б., Черепахин А.А. Материаловедение. Издательство: Экзамен Учебник для ВУЗов, 2009.