Как отлить бронзу в домашних условиях

Содержание

Описание основных этапов бронзового литья

Данные археологических раскопок, а также исторических хроник подтверждают, что бронзовое литье можно отнести к старинным способам обработки металла. Технологию, требующую виртуозного мастерства при точном соблюдении правил, ремесленники прошлого держали в секрете. Современное литье бронзы представляет собой прочный сплав древних литейных секретов с прогрессивными технологиями, что позволяет любоваться красотой авторских изделий.

художественное литье бронзы

Как сделать бронзу – основные этапы производства

Как сделать бронзу? Этот вопрос стоит перед многими мастерами, желающими проявить себя в художественном литье, или людьми, решившими повысить свой уровень образованности в работе с различными металлическими сплавами. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо для начала разобраться что такое бронза, из чего она состоит и только потом подробно рассмотреть весь процесс плавки этого материала.

Технология и температура плавления бронзы в домашних условиях

Бронза – медный сплав, легированный оловом, алюминием, свинцом и другими элементами. Медь, легированная цинком – это латунь, а никелем – мельхиор. Одним из способов получения бронзовых изделий является литье. Расплавленный металл заливают в форму, где он застывает.

3

Температура плавления бронзы и как расплавить и отлить в домашних условиях

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.

Температура плавления бронзы, плавка и литье в домашних условиях

Литье из бронзы: технология художественного бронзового литья

Литье бронзы позволяет изготавливать изделия, отличающиеся исключительной декоративной привлекательностью. Технология литья из данного сплава, основу которого составляет медь, известна на протяжении многих веков, но и в наше время она продолжает совершенствоваться.

Внешний вид бронзовых изделий говорит об кропотливом труде мастера, превращающего безликий металл в художественное произведение

Внешний вид бронзовых изделий говорит об кропотливом труде мастера, превращающего безликий металл в художественное произведение

Литье из бронзы – понятно о технологии процесса

Художественное литье из бронзы представляет собой настоящее искусство, которое зародилось задолго до наступления нашей эры. Не кануло оно в небытие и в наши дни.

Бронза в литейном деле

О технологии бронзового литья было известно не менее 12 тысячелетий тому назад, тогда из бронзы отливали не только простые орудия труда и предметы домашнего обихода, но и разнообразные украшения. На протяжении веков мастера литейного дела совершенствовали технологию, которая сегодня стала отработанным способом создания уникальных предметов различной направленности.

Произведения мастеров средних веков и античных времен, сохранившиеся до наших дней, удивляют совершенством бронзового литья. Современная изысканность бронзовых изделий ассоциируется с аристократизмом средневековья, украшая современный быт.

Совершенствование этапов работы с металлом позволяет использовать бронзу не только для изготовления скульптурных композиций и сувенирных наборов. Из металла отливают ограждения (ворота, заборы) и лестничные конструкции, предметы оформления интерьеров, барельефы и осветительные приборы.

1 Что такое бронза?

Бронза (итал. “bronzo”) – это сплав в определенных пропорциях меди и олова, где медь всегда является первичным или основным компонентом, а олово вторичным или необязательным. Вместо него в сплав могут быть введены кремний, свинец, алюминий, бериллий и другие металлы, кроме никеля и цинка, хотя иногда и они вводятся в небольших пропорциях.

Бронзовый сплав имеет свои достоинства и недостатки. К положительным техническим характеристикам можно отнести:

  • большую твердость и прочность по сравнению с медью;
  • легкоплавкость;
  • обладает всеми достоинствами для литья;
  • имеет высокие антикоррозийные свойства;
  • обладает хорошей устойчивостью к износу при длительном трении.

Фото бронзового сплава, bpmet.ru

Недостатками бронзы считаются:

  • плохо поддается ковке, штамповке и прокатке, то есть всем процессам, происходящим под давлением;
  • туго режется;
  • плохо затачивается.

По названию добавляющегося металла происходит название полученного бронзового сплава. При добавлении олова получают оловянную бронзу, алюминия – алюминиевую бронзу, бериллия – бериллиевую и т. д.

Классической (колокольной) или основной считается оловянная бронза, в которой медь берется из расчета 80 % ± 3 %, а олово – 20 % ± 3 % от всего сплава. При изготовлении бронзы могут легироваться другие металлы, например, никель, свинец, фосфор и мышьяк. Это делают для придания металлу дополнительных технических свойств. Бронза может быть однокомпонентной, при которой медь сплавляется с одним добавочным металлом, или многокомпонентной, где при сплавлении участвует несколько материалов. Многокомпонентные бронзы считаются более сложными и имеют улучшенные технические характеристики.

На фото - бронза оловянная, k-uralsk.all.biz

Также процесс изготовления бронзы предусматривает получение первичного или вторичного материала. Чтобы получить первичный классический сплав, необходимо сплавить медь и олово, вторичный – при выплавке применить в качестве дополнительного компонента саму бронзу.

Открытие бронзового сплава сыграло большую роль в развитии человеческой эпохи. Конец 4 тысячелетия до н. э. считается временем первого изготовления бронзы и началом длительного пути человека в освоении сплавов различных металлов. Открытие было настолько значимым в истории, что ознаменовало собой начало целой исторической эпохи – Бронзового века. Изготовить бронзу в древние времена было невероятно сложно, что подтверждают попытки получения металла в настоящее время в домашних условиях.

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.

Характеристики и сферы применения латуни

Среди множества разновидностей латуни наибольшее распространение получили два ее типа – двойная и многокомпонентная. Основным элементом, определяющим характеристики данного сплава, является цинк, который может присутствовать в нем в количестве от 5 до 45%. Кроме цинка, в составе латуни в зависимости от ее марки могут присутствовать марганец, железо, никель и свинец, которые также оказывают влияние на ее свойства.

Простые латуни – химический состав и применение (нажмите для увеличения)

Простые латуни – химический состав и применение (нажмите для увеличения)

Латунь, как и другой медный сплав – бронза, активно используется в различных отраслях промышленности. Кроме того, из латуни изготавливают элементы мебельных конструкций и предметы интерьера. Основной технологической операцией, позволяющей придать изделию из латуни требуемую конфигурацию, является литье, которое, как уже говорилось выше, можно выполнить и в домашних условиях. Естественно, чтобы провести такую операцию, необходимо знать, при какой температуре латунь плавится.

Режимы обработки простых и свинцовых латуней (нажмите для увеличения)

Режимы обработки простых и свинцовых латуней (нажмите для увеличения)

В зависимости от химического состава латуни температура ее плавления может находиться в интервале 880–950°. Основным элементом, который оказывает влияние на данный параметр, является цинк: чем его больше в составе латуни, тем при меньшей температуре ее можно расплавить.

Плавка – не единственная технологическая операция, которой хорошо поддается латунь. Как и бронза, этот сплав можно подвергать различным видам механической обработки. Более того, для соединения латунных деталей можно использовать сварку. На текучесть латуни в расплавленном состоянии, что особенно важно учитывать при выполнении литья, негативно влияют такие химические элементы в ее составе, как свинец и висмут.

Сложнолегированные латуни – химический состав и применение (нажмите для увеличения)

Сложнолегированные латуни – химический состав и применение (нажмите для увеличения)

Латунь, как и бронза, которая также относится к категории сплавов, выполненных на основе меди, – цветной металл, что во многом и определяет сферы ее применения. Изделия из латуни, имеющей желто-золотистый цвет, отличаются высокими декоративными характеристиками, но для того чтобы со временем они не чернели от взаимодействия с окружающим воздухом, их необходимо покрывать защитными составами.

Как и бронза, латунь обладает высокой устойчивостью к коррозии, что позволяет успешно применять данный сплав для производства предметов, которые эксплуатируются в условиях повышенной влажности. Широкому распространению изделий из латуни в различных отраслях промышленности способствует и то, что она обладает хорошими антифрикционными свойствами.

Освоив технику литья латуни, можно создавать настоящие шедевры

Освоив технику литья латуни, можно создавать настоящие шедевры

Изделия из сплавов, выполненных на основе меди, к числу которых относится латунь, широко используются не только в промышленности, но и в быту. В связи с этим информация о том, как плавить такой металл, какая у него температура плавления и как правильно выполнять из него литье, может оказаться полезной во многих ситуациях.

Классификация

Бронзовые сплавы по составу делятся на:

  • Оловянные.
  • Безоловянные.

Как понятно из названия, имеется в виду наличие или отсутствие в них олова. Вторые бывают алюминиевыми, кремнистыми, бериллиевыми и другими, в зависимости от главного легирующего компонента.

Добавки по-разному влияют на качество сплава:

  • Олово – придает прочность, улучшает антифрикционные свойства. Большое количество олова охрупчивает металл.
  • Бериллий – хорошо упрочняет материал, он сравним по свойствам со сталью.
  • Свинец – улучшает коррозионную стойкость.
  • Алюминий – снова стойкость к коррозии и антифрикционные качества.
  • Железо – улучшает структуру и прочностные свойства.

По технологическим свойствам бронзы разделены на:

  • Обрабатываемые давлением (деформируемые) – хорошо штампуются, куются.
  • Литейные.

Общие характеристики металла

Бронза не относится к однородным металлам, а представляет собой сплав на основе меди, усиленный легирующими добавками алюминия, бериллия, свинца, кремния, олова. На основе количества и типа дополнительных компонентов, кроме латуни, бронзовый сплав приобретает определенную расцветку, ряд химических и физических характеристик.

Бронзу относят к особо прочным и стойким сплавам, температура ее плавления составляет 900–1100 градусов. С учетом базовых показателей материала, его применяют на производстве, а также для получения художественного литья благодаря обилию полезных свойств:

  • высокой прочности, износостойкости;
  • исключительно низкому уровню коррозии;
  • простоте обработки, паростойкости;
  • способности проводить ток и тепло;
  • устойчивости к внешним повреждениям.

С точки зрения химического состава, бронза может быть двух вариантов – безоловянные и оловянные сплавы. Сочетание олова с медью наделяет конечный материал крепостью, но понижает температуру плавления и теплопроводность. В качестве примера бронзово-оловянного сплава можно назвать колокольную бронзу, но изделия из нее приобретают повышенную хрупкость.

литье бронзы в домашних условиях

Бронзы без олова

  • особо стойкая свинцовая с широким спектром антифрикционных свойств, тугоплавкая;
  • бериллиевая – самая прочная и пластичная после закаливания;
  • кремниецинковая с высоким показателем текучести при расплавлении;
  • алюминиевая – стойкая к агрессии химических элементов, окружающей среды.

В составе многокомпонентного сплава без присутствия олова содержится 2,5 % легирующих элементов, значительно улучшающих набор полезных качеств бронзового металла. Наличие железных примесей способствует улучшению структуры и прочностных характеристик сплава. Для маркирования бронзы применяют сочетание букв «Бр», после которых следует первые буквы названия добавки (алюминий, бериллий, свинец и т.д.) и процент ее содержания в сплаве.

Температура плавления

Сведения о температурах плавления и литья отдельных видов бронзы приведены в таблице ниже:

температура плавления бронзы

  • деформируемый вид, отлично выдерживающий механическую обработку, используют для штамповки, изготовления проволоки, производства листов;
  • литейную разновидность стойкую к высоким температурам, используют для отливки изделий больших габаритов с особо сложной конфигурацией.

Название «бронза» металл получил по аналогии с древнейшим морским портом Италии – Бриндизи. В четвертом тысячелетии до н. э. местные металлурги достигли совершенства в массовом производстве сплава меди и олова, а эпоху стали называть бронзовым веком.

2 Классическая технология изготовления бронзы

Изготовить бронзу можно путем плавки основного компонента меди и дополнительного, например, олова, в стальной или чугунной вращающейся втулке с помощью электрической дуги.

При плавлении оловянных бронз образуются оксиды при непосредственном взаимодействии меди и олова, что снижает технические свойства полученного сплава. Во избежании потери эксплуатационных свойств бронзы перед добавлением олова в расплавленную медь ее раскисляют фосфором, то есть в чистую медь добавляют фосфористую медь, где количество фосфора не превышает 10 %.

Химическая реакция с образованием паров фосфорного ангидрида позволяет провести процесс удаления неметаллических включений в меди. Фосфор – это недорогой раскислитель, значительно снижающий хорошее свойство меди электропроводность. Поэтому иногда для избежания этого эффекта используются более дорогие компоненты в качестве раскислителя. К ним можно отнести кальций, литий и калий.

Фото изготовления бронзы, elmet-lit.ru

Процесс плавления, чтобы получить бронзу, делают под слоем древесного угля или его смеси с содой – флюса, и он проходит в несколько общих этапов:

    при температуре около 1100 °C под слоем флюса или угля.
  1. Ввод фосфористой меди (около 10 %) для раскисления.
  2. Добавление дополнительных компонентов для получения однокомпонентного сплава – олова, многокомпонентного – всех дополнительных составляющих, вторичного бронзового сплава – бронзы.
  3. Прогревание полученного сплава до температуры 1200 °C.
  4. Рафинирование – удаление вредных неметаллических примесей висмута, марганца, серы и сурьмы, а также иногда алюминия, железа, кремния и растворенных газов водорода и кислорода из сплава путем окисления основного компонента.
  5. Модифицирование для повышения механических свойств сплава.
  6. Разлив по формам при температуре до 1300 °C.

На фото - как сделать бронзу, metaljournal.com.ua

Оловянные бронзы более просты в процессе выплавки и менее склонны к перегреву, чем алюминиевые. Для алюминиевой бронзы очень важен температурный режим, поэтому температура плавления выше 1200 °C не допускается.

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.

2 Первые этапы технологии художественного литья

Сначала создается эскиз бронзовой конструкции при помощи подготовленных художников и дизайнеров. На его основании разрабатывается рабочий чертеж, по которому изготавливают отливочную модель, которая требуется для формирования в литейной форме отпечатка (контуров) будущего изделия.

Модели для художественного литья выполняются из слоновой кости или дерева (сосна, ольха, бук, липа), реже из пластика или гипса. На их поверхность обязательно наносят шпаклевку, грунтовку и несколько слоев специального лака, чтобы она была ровной и максимально гладкой.

Фото деревянной модели для художественного литья из бронзы

Конструктивно же модели бывают следующих типов:

  • Разъемные – сборные конструкции из отдельных элементов, которые можно разъединить после извлечения из формы по плоскости либо по сложной поверхности.
  • Неразъемные – монолитные изделия, чаще всего используются в домашних условиях (при ручном литье).
  • Специальные – скелетные либо формовочные шаблоны. Их применяют, когда из бронзы изготавливаются сложные конструкции.

После получения нужной модели приступают к производству литейной формы. Это долгий и трудоемкий процесс, выполняемый при помощи особых формовочных композиций (глина плюс кварцевый песок), приспособлений и специального инвентаря.

На фото - литейная форма для изделий из бронзы

Литейные формы подразделяются на много- и одноразовые. Их наполняют расплавленной бронзой (смотрите видео), которая при остывании образует отливку, идентичную форме созданной модели.

Формовочная композиция при уплотнении удерживается двумя опоками – полуформами, составляющими одну литейную форму. В эти опоки обычно заливают подобранные комбинации различных неорганических и органических веществ. В домашних условиях рекомендуется применять небольшие опоки (по геометрическим параметрам и весу). А вот на крупных предприятиях, занимающихся художественным литьем, как правило, используют более “масштабные” полусферы.

Маркировка

Принцип маркировки такой:

  • Пишут буквы Бр (означает «бронза»).
  • Пишут буквы, обозначающие легирующие элементы:

1

  • Пишут цифры, обозначающие количество каждого элемента в процентах. Для деформируемых бронз цифры пишут в конце маркировки в том же порядке, что и буквы.
    Для литейных цифру пишут после каждого легирующего компонента. Например:

БрОФ10-1 – деформируемая бронза. Олова примерно 10%, а фосфора 1%, остальное – медь. Или:

БрА10Ж3 – литейная бронза, где алюминия 10%, железа 3%, остальное – медь.

Могут быть и другие примеси, но их количество незначительно.

Подготовка к работе

Металл популярен не только в различных отраслях современной промышленности (судостроение, авиация, ракетная техника и др.), но также для литья скульптурных композиций по причине долговечности и стойкости к механическим повреждениям. Высокохудожественные формы бронзовых изделий украшают театры и дворцы, залы торжественных мероприятий.

Несмотря на сложность технологии, художественное литье бронзы остается востребованной процедурой, которая реально станет прибыльным бизнесом по причине низкой насыщенности рынка. Сначала будущему мастеру понадобится стартовый капитал не менее 200 тысяч рублей, чтобы заняться приобретением оборудования, постижения секретов работы с материалом.

плавильная печь

Необходимое оборудование

  • простую плавильную печь;
  • чугунный либо стальной тигель;
  • специальный вид щипцов для извлечения тигля;
  • формы для отливки, вспомогательный крючок;
  • горн потребуется, если печь не муфельная;
  • запас древесного угля, если использовать горн для плавления.

Подбирая помещение для литейных работ, важно снабдить его эффективной вентиляцией, подготовить набор надежных средств, обеспечивающих противопожарную защиту. Для отлива мелких изделий можно воспользоваться небольшим помещением. Литье крупногабаритных конструкций лучше выполнять в цеху или гараже.

  • создание эскиза, а затем модели для отлива;
  • загрузка металлолома в тигель, плавление внутри печи;
  • заполнение отливочной формы жидким сплавом;
  • извлечение готового изделия, устранение дефектов.

Перед процессом самостоятельного литья бронзы необходимо запастись сырьем. Для этого подойдет небольшой запас бронзового лома – выпускаемые промышленностью слитки металла либо детали сантехнических приборов.

3 Изготовление неоловянных бронз

Чтобы изготовить алюминиевую бронзу, необходимо не только следить за температурой, но и хорошо размешать сплав перед заливкой в формы. Это делается из-за большой разницы в плотности сплавляемых компонентов, ведь медь и алюминий могут расслоиться. Поэтому сам процесс немного видоизменяется:

  1. Медь расплавляется под флюсом и раскисляется.
  2. Вводятся дополнительные компоненты в чистом виде или в виде смеси с медью.
  3. Производится вторичное раскисление.
  4. Вводится алюминий.
  5. Засыпается поверхность сплава флюсом.
  6. Сплав рафинируется хлористым марганцем, модифицируется ванадием, бором или вольфрамом и заливается в формы.

Фото производства алюминиевой бронзы, 197509.ua.all.biz

Бериллиевая бронза выплавляется по общим этапам в индукционных печах. В процессе применяют графитовые тигли. Высокая токсичность получаемой пыли и паров при изготовлении этого вида бронзы требует проведения выплавки в отдельных изолированных помещениях с мощной системой вентиляции.

Кремнистые бронзы получают в электрических индукционных печах с применением древесного угля. Как и для алюминиевых, для кремниевых сплавов важен контроль за температурой плавления.

Конечный продукт сплава представляет собой металлическую чушку, причем вес ее обычно не более 42 кг. Все чушки, получившиеся в результате разовой плавки, относят к одной партии, вес партии не ограничивается.
Как и любая продукция, бронзовые чушки имеют документ о качестве, отражающий основную информацию: товарный знак производителя, марку выплавленной бронзы, массу и номер партии, количество чушек в партии и их химический анализ.

На фото - бронзовые чушки, mirasteel.ru

Необходимость изготовления бронзы обусловлена широкой сферой применения. Арматура, все детали, работающие в непосредственном контакте с паром и маслами, вкладыши подшипников, фасонные элементы трубопровода – вот небольшой список использования бронзы.

3 Особенности заливки бронзы в форму

В формы сравнительно больших размеров расплавленный сплав затекает и распределяется в них под действием силы тяжести (собственного веса). Находящийся внутри воздух при этом хорошо вытесняется жидкой бронзой. Когда у отливки маленькие размеры, воздух не позволяет расплавленному сплаву заполнить форму по всем полостям – получить изделие хорошего качества невозможно.

Фото заливки бронзы в форму, pskovgorod.ru

Преодолеть это затруднение можно, если поместить форму с залитым металлом в центрифугу (ручную или электрическую). Центробежная сила поможет вытеснить воздух и даст возможность бронзе полностью заполнить форму. Выполнять эту операцию следует очень быстро, пока сплав находится в неостывшем расплавленном состоянии.

На фото - литье бронзы, ryabichev.com

Когда бронза полностью остынет, форму разнимают и извлекают готовую отливку. У получаемых таким способом изделий поверхность как правило шероховатая и даже с наплывами металла там, где были литник и отводящие воздух каналы. Поэтому заготовку из бронзы необходимо подвергнуть механической и чистовой обработке.

Как правильно заливать металл в литейную форму

Если расплавленный металл заливают в литейные формы большого размера, то его собственного веса вполне хватает для того, чтобы вытеснить из них весь скапливающийся воздух. Если же литье выполняется в небольшие формы, то вытеснить из всех внутренних полостей таких конструкций воздух за счет массы расплавленного металла практически невозможно. Чтобы в таких случаях получить отливки высокого качества, необходимо использовать специальные технологические приемы.

Литейные формы помещают в специальные центрифуги, работающие от ручного или электрического привода. При вращении создаются центробежные силы, равномерно распределяющие расплавленный металл по всем внутренним полостям форм. Эффективной данная технология является только в том случае, если металл находится еще в жидком, а не в застывшем состоянии.

Самодельная центрифуга для литья мелких деталей

Самодельная центрифуга для литья мелких деталей

После окончания процесса литья и остывания металла отливку извлекают, используя для этого простейшие механические приспособления. Следует иметь в виду, что поверхность изделий, только что извлеченных из литейных форм, не отличается высоким качеством, поэтому их необходимо подвергнуть различным видам механической обработки.

Тонкости технологии

Для того чтобы выполнить художественное литье из бронзы или изготовить из данного сплава изделие практического назначения, необходимо в первую очередь получить расплавленный металл. Для плавки металла применяются различные типы печей: индукционные, дуговые, пламенные и др. В самом простейшем варианте (при выполнении литья в домашних условиях) для плавки бронзы можно использовать и обычную газовую горелку, расположив ее под специальной емкостью для расплава.

Возможностей небольших печей, которые можно изготовить и самостоятельно, вполне хватает для того, чтобы выполнять в них плавку цветных металлов и их сплавов, к числу которых также относятся латунь и бронза.

Для расплава небольшого количества бронзы нужен огнеупорный кирпич и газовая горелка

Для расплава небольшого количества бронзы нужен огнеупорный кирпич и газовая горелка

Важнейшим этапом литья из бронзы является заполнение расплавленным металлом литейной формы. Несмотря на что, что такая заливка длится всего 1–2 минуты, правильность ее выполнения напрямую влияет на качественные характеристики готового изделия. Итогом неправильно выполненной заливки могут стать такие дефекты, как:

  • спаи;
  • пригары;
  • шлаковые раковины;
  • недоливы.

На этих бронзовых отливках раковины образовались вследствие плохой очистки тиглей перед заливкой

На этих бронзовых отливках раковины образовались вследствие плохой очистки тиглей перед заливкой

Металлу, который уже залит в литейную форму, необходимо дать остыть до требуемой температуры, которая, в зависимости от марки используемого сплава, может варьироваться. Порядок извлечения готового изделия из формы зависит от того, какого она типа – одноразовая или многоразовая. В первом случае ее просто разбивают молотком, а отливку извлекают при помощи клещей. Многоразовые формы, соответственно, разбивать не надо: их просто размыкают по соединяемой поверхности и аккуратно извлекают из них отливку.

Только что извлеченную отливку необходимо доработать. Заключается такая доработка в том, что с поверхности изделия удаляются литники, выпоры, прибыли и заливы, образовавшиеся в процессе выполнения литья. Такая операция, которую можно выполнять при помощи различного механического инструмента, называется обрубкой.

3 Заливка, выбивка и обрубка литейных форм

После того, как будет осуществлена формовка, приступают к подготовке расплава, который требуется для заливки формы. Его получают в дуговой, тигельной либо пламенной печи (видео).

В чистом виде металлы при художественном литье практически никогда не применяются. В большинстве случаев используются сплавы меди с оловом, свинцом, магнием, алюминием, цинком (пропорции элементов подбираются индивидуально), а также литейный серый чугун.

Фото сплава меди с оловом

Как только металл полностью расплавляется в печи, форму можно сразу же заполнять. Данная процедура длится буквально пару минут, но для операции отливки и результатов литья она имеет важнейшее значение. Если процесс выполняется с нарушением технологии, в заливке могут образоваться шлаковые раковины, спаи, пригары, серьезные недоливы. Заполнение форм в небольших мастерских и в бытовых условиях производится при помощи специальных “ложек” – ручных металлических ковшей.

После охлаждения отливки до заданной температуры (она может варьироваться) следует процедура выбивки. Выполняют ее молотком и клещами, просто-напросто разрушая форму (если применяется одноразовая форма). На литейных заводах чаще применяются многоразовые формы, разбивать которые не нужно.

На фото - многоразовая форма для литья из бронзы

За выбивкой производится процедура обрубки. Она также важна, так как на поверхности отливки появляются выпоры, всевозможные литники, заливы и прибыли. Все эти дефекты необходимо удалить, чтобы обеспечить высокое качество готового бронзового изделия.

Температура плавления

В таблице приведена температура плавления бронзы некоторых марок, а также температура заливки. Из таблицы видно, что температуры плавления и литья у материалов не совпадают. Это связано с тем, что бронза – вязкий материал. Его нужно расплавить, затем хорошо нагреть перед заливкой, чтобы достичь максимальной текучести расплава.

2

Придание отлитому изделию привлекательного внешнего вида

Изделие, которое только что извлекли из литейной формы, выглядит достаточно непрезентабельно. На его поверхности может остаться пригоревшая формовочная смесь и обнаруживаются другие поверхностные дефекты. Первым этапом приведения отлитого из бронзы предмета в нормальное состояние является его очистка. Для выполнения такой процедуры используются металлические щетки или шлифовальные машинки (в качестве рабочего органа на них устанавливается проволочный круг).

Несмотря на то, что латунь и бронза отличаются хорошей текучестью и при выполнении литья хорошо заполняют все углубления в форме, получить на готовом изделии тонкий рисунок практически невозможно. Чтобы сформировать подобный рисунок, используют такую доводочную операцию, как чеканка. Она выполняется при помощи специального инструмента. В зависимости от сложности и тонкости рисунка, который необходимо сформировать на поверхности отлитого из бронзы изделия, операция чеканки может занимать различное количество времени.

Ручная чеканка бронзовой статуэтки

Ручная чеканка бронзовой статуэтки

В зависимости от задумки мастера, выполняющего литье из бронзы или латуни, а также от требований к декоративности, поверхность отливки может покрываться искусственной патиной, позолотой, серебром, слоем никеля или хрома. Предметы, которые имеют сложную конструкцию, часто отливают не целиком, а отдельными частями, которые затем необходимо правильно соединить. Выполняется такое соединение при помощи специальных замков, изначально предусмотренных в конструкции. Для того чтобы не перепутать такие замки и правильно сопоставить их элементы друг с другом, их часто маркируют.

4 Изготовление литейной формы под отливку

Литейную форму изготавливают в формовочном ящике, который называют опокой, а делают из неструганных досок (чтобы обеспечить лучший контакт стенок с формовочной землей). У опоки размеры должны быть приблизительно в 1,5 раза больше габаритов детали. Она состоит из 2-х частей:

  • верхней – рамка в виде ящика без дна и верха с поперечинами (двумя или тремя) посередине;
  • нижней – представляет собой ящик с дном.

Чтобы обе части прочно соединялись между собой, на нижнем ящике делают фиксаторы, а в рамке – углубления под них. Затем готовят формовочную землю: тщательно перемешивают мелкий чистый песок – 75 % от общего объема, глину – 20 % и каменноугольную пыль – 5 %. Должна получиться однородная масса.

Фото формы для литья бронзы, rocinduktor.ru

Для изготовления формы потребуется модель будущей отливки. Ею может служить сама деталь или специальная модель, которую выполняют из дерева или какого-нибудь иного материала. Когда для формовки используют уже сработанное (поврежденное) в отдельных местах изделие, то недостающие фрагменты на нем наращивают шпатлевкой (лучше эпоксидной) до контуров такой же новой детали. Полностью затвердевшие реставрированные места необходимо обработать напильником и зачистить шкуркой.

Формовку выполняют следующим образом:

  1. Формовочную землю насыпают в нижний ящик опоки до его верха, а затем слегка утрамбовывают.
  2. Готовую модель припудривают тальком или порошкообразным графитом и вжимают наполовину в землю. Модель размещают так, чтобы ее выступы и иные части легко извлекались из формы, которая при этом не разрушалась бы.
  3. Землю внутри ящика и модель, лежащую в ней, посыпают тальком или графитом.
  4. На ящик устанавливают верхнюю часть опоки, совмещая отверстия с фиксаторами. В неответственной части отливаемой детали устанавливают коническую пробку (узкой частью к модели, а широкой кверху) для последующего формирования литника (расплавленный сплав будет заливаться в форму через него).
  5. Формовочную землю с избытком насыпают в опоку и хорошо утрамбовывают.
  6. Очень аккуратно извлекают пробку литника.
  7. С помощью острого предмета разъединяют части формы, снимают верхнюю и вынимают из нижней модель.

На фото - формовочный стол с опоками, iofran.ru

У полученной формы на обеих частях должны иметься углубления, в точности отображающие геометрию детали.

В некоторых случаях приходится дополнительно подправлять форму с помощью тонкого гибкого ножа:

  • формовочную землю добавляют в тех местах, где она вынулась вместе с моделью, прилипнув к последней;
  • излишки земли удаляют.

У форм для длинных деталей в одном конце формируют литник, а на другом – аналогичное отверстие, но служащее для выхода из них воздуха по мере их заполнения расплавленным сплавом.

Обе половины формы должны подсохнуть. После этого их соединяют, а затем хорошо сжимают (между ними не должно остаться щели). Форма для заливки бронзы готова.

5 Центробежное литье и его технология

Несколько слов скажем и о том, что собой представляет центробежное литье, с помощью которого получают разные по назначению бронзовые детали с высоким уровнем износостойкости (червячные колеса, шестеренки, обечайки, втулки, фланцы, кольца, вкладыши и так далее).

Под таким процессом понимают производство отливок в формах из металла под действием центробежных сил. Они отбрасывают заливаемый металлический расплав к стенкам формы, в результате чего и получается требуемая отливка (после затвердевания горячей композиции).

Фото центробежного литья из бронзы

Центробежное литье осуществляется на специальном машинном оборудовании – вертикальном либо горизонтальном, в зависимости от того, как располагается ось вращения литейной формы. Особых конструктивных различий между такими агрегатами нет. Они состоят из тигеля для плавления бронзы, желоба, по которому подается расплав, корпуса, изложницы, электродвигателя, шкивов и валов, а также клиноременной передачи.

Центробежное литье имеет множество достоинств, которые не могут обеспечить другие литейные технологии.

Технология литья бронзовых изделий более высокого качества

Чтобы получить методом литья изделие из бронзы более высокого качества или изготовить деталь сложной конфигурации, можно использовать и другую технологию, предполагающую применение модели из легкоплавкого материала. В таком случае для создания неразъемной литейной формы применяют модель из парафина, воска или любого другого легкоплавкого материала. Такую модель просто выплавляют из готовой формы, нагревая ее или помещая в кипящую воду.

Восковая модель сложной конфигурации изготавливается из нескольких частей, которые потом дорабатываются и спаиваются

Восковая модель сложной конфигурации изготавливается из нескольких частей, которые потом дорабатываются и спаиваются

Чтобы обеспечить высокую точность формы и геометрических параметров модели, для ее создания может быть использовано готовое изделие. С его помощью получают гипсовую форму, в которую и отливается копия.

Литье по центробежной технологии

Для производства в заводских условиях изделий из бронзы, к износостойкости которых предъявляются повышенные требования, часто используется такая технология, как центробежное литье. С ее помощью выполняют литье изделий из бронзы, используемых в машиностроении и других отраслях промышленности. Сюда, в частности, относятся:

  • шестерни;
  • элементы червячных соединений;
  • втулки различного назначения;
  • обечайки;
  • втулки;
  • кольца;
  • вкладыши и др.

Технология центробежного литья предполагает, что расплавленная бронза заполняет форму не под действием собственного веса, а под влиянием центробежных сил. Литейные формы помещаются в специальное оборудование. В зависимости от того, в какой плоскости происходит вращение литейных форм, установленных в такое оборудование, оно может быть вертикального или горизонтального типа.

Схема центробежного литья

Схема центробежного литья

Оборудование любого типа, используемое для выполнения литья из бронзы по центробежной технологии, имеет следующие конструктивные элементы:

  • тигель, в котором происходит плавка металла;
  • желоб, по которому расплавленный металл подается в литейные формы;
  • изложница;
  • электродвигатель, который используется в качестве главного привода и обеспечивает вращение форм;
  • элементы привода: шкивы, валы, клиноременная передача.

Благодаря особенностям данной технологии, с ее помощью можно выполнять качественное литье изделий из бронзы, отличающихся даже очень сложной конфигурацией. За счет задействования центробежных сил, которые прижимают расплавленный металл к стенкам литейной формы, поверхность отливки отличается повышенной плотностью и, соответственно, высокой износостойкостью.

5 Нюансы получения более качественного литья

Чтобы отливать изделия с высокими точностью, качеством и любой формы, используют другую технологию создания модели и формы, более сложную. Модель для будущего литья изготавливают из парафина, воска либо иного подручного легкоплавкого материала. Потом ее заформовывают в неразъемной форме из жаростойкой массы (материала). Незначительным нагреванием либо даже погружением в кипящую воду выплавляют парафиновую модель из формы. Растаявший воск сам вытекает через подготовленное отверстие (впоследствии литник). Созданная форма готова для заливки расплавленного металла. В случае тщательного формования этот способ позволяет воспроизвести в изделии мельчайшие детали модели.

Фото изготовления формы для литья, tech.dimanjy.com

Материал, используемый для изготовления модели, должен обладать температурой плавления 50–90 о C и плотностью, меньшей, чем у воды, чтобы он во время выплавления модели мог беспрепятственно всплывать на поверхность. Чтобы достичь высокой точности изготовления изделия, сначала, используя оригинал, делают гипсовую форму, в которую отливают модель из воска. Этот процесс почти ничем не отличается от литья отливки из металла. Разница только в том, что при заливке гипса вместо опоки используется картонная коробка.

Заливка металла

Для того чтобы расплавлять материал понадобится:

  • Плавильная муфельная печь, желательно с регулятором нагрева. Для крупных отливок нужен горн. Иногда материал плавят автогеном, паяльной лампой, газовой или бензиновой горелкой.
  • Тигель – стальная, чугунная или шамотная (из огнеупорной глины) емкость для плавки, желательно с носиком.
  • Щипцы и крюк для извлечения горячего тигля из печи и других манипуляций.
  • Литейная форма. Как ее подготовить к работе, описано ниже.
  • Флюс. Нужен для предохранения сплава от окисления воздухом. Древесный уголь, бура.
  • Топливо для горна, например, тот же древесный уголь.
  • Керамическая или березовая палочка для перемешивания расплава.

Технология литья

  1. Куски сырья кладут в тигель и нагревают в печи до нужной температуры (на 50-100˚ Цельсия выше температуры заливки) и выдерживают 4-5 минут. Перегрев нежелателен, так как некоторые компоненты сплава могут гореть при высоких температурах. До заливки расплав несколько раз перемешивают палочкой. Плавку ведут под слоем флюса. Он изолирует металл от воздуха и не дает окисляться.
  2. Тигель с жидким металлом вынимают из печи с помощью крюка и щипцов. Обязательно ложкой снимают шлак с поверхности расплава.
  3. Тонкой непрерывной струей аккуратно заливают материал в полость оснастки через специальное отверстие (литник).
  4. Когда металл остыл, затвердевшее изделие вынимают. Иногда плавильную форму размыкают и деталь выбивают оттуда либо разрушают оснастку, если она одноразовая.

Если деталь сложная по геометрии или очень маленькая, расплав может выдавливать не весь воздух из полости, и на детали возникают дефекты. В этом случае используют центробежное литье. Оснастку устанавливают во вращающуюся центрифугу. Под действием центробежной силы жидкий металл равномерно распределяется по полости формы. Привод центрифуги бывает ручной или электрический.

5

Подготовка формы

Перед работой форму прогревают. Печь греют до 500-600˚С, помещают туда оснастку и повышают температуру в печи до 900˚С. Прокаливают в течение 2-5 часов. Время зависит от размера формы. Затем ее достают и остужают до 500-600˚С. После этого можно лить металл.

Меры предосторожности

Чтобы лить бронзу в непромышленных условиях, нужно отдельное помещение с принудительной вентиляцией. Для мелких деталей подойдет комната, для больших нужен гараж или ангар.

Пол в мастерской делают из негорючего материала. Обязательно устанавливают рабочий огнетушитель. В мастерской запрещено хранить легковоспламеняющиеся вещества.

Работать следует в специальной одежде, в перчатках, маске и респираторе. Некоторые материалы при плавке выделяют вредные вещества. Особенно осторожным следует быть, переплавляя старинный металл, так как при нагревании он иногда выделяет мышьяк.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий

Adblock
detector