Художественное литье латуни, бронзы, чугуна

Человечеству известно множество металлов и сплавов на их основе. Одним из известнейших является латунь. Это соединение на основе меди, к которой добавляются сторонние цветные металлы. Из этого материала изготавливаются различные детали, элементы для электрооборудования. Литье латуни позволяет делать из неё заготовки различной формы, размера. Проводить его можно на предприятии или в домашних условиях.

Литье латуни

Характеристики и сферы применения латуни

Латунь — это сплав главными компонентами которой являются медь и цинк. Традиционное соединение представляет собой смесь 70% первого металла, 30% второго. Однако существуют материалы где содержание цинка достигает 50%.

Чтобы понимать, как правильно работать с этим соединением, нужно разобраться с его характеристиками:

1. Температура плавления — до 950 градусов.
2. Плотность — около 8,7 тонн на м3.
3. Электросопротивление — 0,08 микрон на метр.
4. Теплоёмкость — 0,377 кДж/(кг·К)

Изделия из латуни могут представлять собой смесь из меди и цинка, или этих двух компонентов и дополнительных легирующих добавок. Сплав применяется в разных отраслях:

• изготовление комплектующих для часов;
• создание статуэток, украшений, элементов интерьера;
• изготовление деталей, используемых в машиностроении;
• создание комплектующих для электрооборудования.

Латунь обладает хорошим показателем свариваемости. Кроме того, она имеет высокий показатель защиты от коррозии. Благодаря этих характеристикам, сплав используется, как защитное покрытие для других металлов при изготовлении металлоконструкций.

Использование в строительстве и отделке

В строительных работах, если подразумевают под этим все отделочные инженерные работы, латунь тоже применяется и довольно часто. Наиболее известная область – декоративные аксессуары, поскольку материал очень красив внешне, достаточно прочен для бытового использования и ковке поддается легко. Однако у него есть и другое применение.

Трубы

Стоит сразу отметить, что в быту, в частности для водоснабжения, латунные трубы используются редко. Связано и с высокой стоимостью материала, и с меньшей стойкостью к коррозии по сравнению с изделиями из чистой меди.

Основной причиной такого выбора является необходимость добиться минимального веса водопроводной системы. Такие водоводы производят из латуни марки Л-68. Изготавливаются они методом прессования и холодной прокатки, поскольку сплав относится к двухкомпонентным, и хорошо деформируются как раз при низкой температуре.

Гораздо большее значение для народного хозяйства имеют трубы специального назначения. Качества их, а, значит, и применение определяются не только составом сплава – легирование никелем, марганцем, железом, но и методом изготовления.

История технологии

Историки говорят о том, что латунь появилась одновременно с бронзой. Из сплавов изготавливали украшения, наконечники для орудий труда, оружия, посуду, столовые приборы.

Чтобы изготовить какой-либо предмет, нужно было знать технологию литья из латуни. Со временем метод развивался, совершенствовался. Сегодня материал можно изготавливать дома или на производстве. Для этого нужно точно проводить технологический процесс, следовать правилам, правильно выбирать инструменты, сырье.

Изделие из латуни

Латунное литье — сплавы

ЛЦ14К3С3; ЛЦ37Мц2С2К; ЛЦ40Мц3Ж; ЛЦ16К4; ЛЦ38Мц2С2; ЛЦ40С; ЛЦ23А6Ж3Мц2; ЛЦ40АЖ; ЛЦ40СД; ЛЦ25С2; ЛЦ40Мц1.5; ЛЦ30А3; ЛЦ40Мц3А; ЛА; ЛКС; ЛС; ЛАЖМц; ЛМцЖ; ЛСд; ЛК; ЛМцС; ЛК1; ЛМцСК; ЛК2; ЛОС; Л59; Л70; Л96; ЛАН59-3-2; ЛКС65-1.5-3; ЛО60-1; ЛС59-1; ЛС74-3; Л60; Л75; ЛА77-2; ЛАНКМц75-2-2.5-0.5-0.5; ЛМц58-2; ЛО62-1; ЛС59-1В; Л63; Л80; ЛА85-0.5; ЛЖМц59-1-1; ЛМцА57-3-1; ЛО70-1; ЛС60-1; Л66; Л85; ЛАЖ60-1-1; ЛЖС58-1-1; ЛМш68-0.05; ЛО90-1; ЛС63-3; Л68; Л90; ЛАМш77-2-0.05; ЛК80-3; ЛН65-5; ЛОМш70-1-0.05; ЛС64-2.

Тонкости технологии

Технология художественного литья латуни схожа с изготовлением изделий из бронзы. Она имеет некоторые тонкости, о которых следует поговорить до начала работы с материалами:

1. Прежде чем сделать отливку необходимо выбрать расходные металлы, расплавить их. Для этого используются разные виды печей. Благодаря низкой температуре плавления, изготовить конструкция для плавки можно самостоятельно. Она будет состоять из газовой горелки, термоустойчивой емкости.
2. Важный этап во время изготовления изделий — заливание расплавленного сырья в подготовленную заранее форму. Продолжительность процедуры не более 2 минут. Если выполнять заливку неправильно, изделие может получить раковины из шлака, пригары, углубления, спаи. Готовая деталь будет испорчена или потребует дополнительной обработки.
3. Охлаждаться сплав должен равномерно, без использования охлаждающих жидкостей.
4. Деталь после извлечения из формы требует дополнительной обработки. После литья на ней остаются литники, заливы, выпоры, прибыли. Их необходимо убрать.

Нельзя забывать про то, что формы бывают многоразовые, одноразовые. Из первых заготовки извлекаются клещами. Вторые разбиваются молотом.

Берем лист и делаем из него. все

Ещё немного о технологии. Что можно сделать из листовой меди, латуни и т.д. То, что для опытных ясно и понятно, для новичков часто откровение. Думаю меня дополнят и получится полезная подборка. Понятно, что один всего знать не может.

Способы формообразования могут быть разные. Не самый простой, но очень эффективный- давление на токарном станке. Можно давить как бы обволакивая пуансон, а можно загоняя лист в матрицу. Исходя из задачи точим оправку, материал оправки дерево, пластик, металл. Не очень глубокую вытяжку меди можно вполне сделать на дереве. Глубокую и точную лучше делать на стальной полированной оправке.

Простые работы можно делать деревом твердых пород смазав его густой смазкой или мылом. Предпочтение нужно отдать древесине с не выраженными слоями бук, клен, граб. В резцедержатель зажимаем пруток с выступами-упорами для палки-давчика и работаем палкой как веслом в уключине. Более ответственные работы лучше производить роликами отвечающими формой и размером будущему изделию. Часто в качестве роликов используют шарикоподшипники подходящего диаметра, которые можно крепить и в вилку, и сбоку, и просто одев его на подходящий болт.Державка крепится на место резца, на другую сторону резцедержателя зажимаем любой подходящий пруток, резцедержатель расслабляем и давим на заготовку рычагом-прутком. Можно одновременно использовать суппорты для выбора точки приложения усилия.

Кроме того полезно иметь гладило, можно сделать несколько разных из старых напильников или надфилей. Особо хороши гладила из победита, делать их тяжело, но потом труд окупится. Прелесть победитовых в том, что они никогда не цепляют материал, ни мягкую медь, ни серебро, ни тем более латунь, даже на сухую. Стальной инструмент нужно смазывать, хорошо воском натуральным или современным модельным. Кроме формообазования победитовые гладила хороши для полирования как при вращении изделия на станке, так и просто нанося рукой зеркальные штрихи вплотную один к одному. Можно повторять движения в поперечном направлении. Тут немного опыта и все будет понятно. У вас больше не будет непрополированных мест из-за невозможности подобраться полировочным кругом. На следующих фото приведены предметы требовавшие точности и повторяемости. Оправки в этом случае были сделаны из стали, поверхность была полированной, цилиндрические с виду поверхности имеют конусность, в противном случае бывает очень проблематично снять готовую работу с оправки, это надо обязательно помнить.

Отдельно стоит остановиться на изготовлении кольцевых обойм. заготовка представляет собой кольцо, прижимаем её к оправке в виде торца толстой трубы вспомогательным цилиндром (можно из твердого дерева)и накатываем внешнюю часть заготовки на оправку. Если нужны четкие углы используем ролик из подшипника. Перед закатыванием внутренней цилиндрической поверхности фиксируем внешнюю готовую скотчем или хомутом. Скотч менее надежно, но значительно безопаснее. Вначале мягко загоняем материал в гильзу, затем консольно сидящим на оправке подшипником формируем четкий край. Рюмки сделаны из трех деталей и спаяны припоем ПОС-45. После финишной обработки -гальваническое покрытие. На следующих фото касты под круглые камни диаметром 15 мм и 40 мм.

Предварительно выкатывается цилиндрическая кастрюлька на жесткой оправке. Затем точим точную оправку из твердого дерева, одеваем кастрюльку, поджимаем задней бабкой с центром через прокладку. Начинаем роликом и заканчиваем мелкими давчиками и гладилами. Чтобы снять готовую деталь растачиваем древесину внутри детали и отделив отрезным резцом выламываем оставшийся бочонок. Были многократные попытки сделать такой бочонок из спаянной трубки, получилось только из листа. Шов не выдерживает, видимо дело в разнице твердости шва и остального металла. А еще можно накатывать шестеренки, примерно так же, как делают обычную накатку- рифленку. Для этого нужно найти стальную шестеренку не большую и с нужным зубом. Еще можно накатать зубчатую рейку.

Что потребуется для литья?

Чтобы плавить латунь, нужно изначально подготовить оборудование, инструменты для проведения работ. К нему относятся:

1. Формовочные композиции. Изготавливаются из огнеупорных материалов. Форма выбирается зависимо от требуемого готового изделия.
2. Специальные щипцы, с помощью которых делали извлекаются из форм после застывания.
3. Нагревательное оборудование. Можно использовать покупную модель или изготовить печь самостоятельно. Для сборки понадобится шамотный кирпич, огнеупорная мастика. Для нагревания можно использовать газовую горелку или проволоку из нихрома.
4. Тигель — емкость, которая заполняется расходными материалами. Они плавятся во время нагревания. Затем мастер переливает расплавленные металлы в подготовленную заранее форму. Тигель изготавливают из глины или графита. Дополнительно используется жаропрочная обмазка, которая увеличивает долговечность емкости.

Для того чтобы достать тигель из печи, используются полукруглые щипцы.

Ювелирное литье в домашних условиях для новичков

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.

Подготовительные работы

Прежде чем начинать изготавливать отливку нужно подготовиться к проведению основных работ. Изначально нужно разработать эскиз будущего изделия, зарисовать его на бумаге. По готовому чертежу сделать форму для заливания расплавленного сплава. Она изготавливается из глины и кварцевого песка. Существуют многоразовые, одноразовые формы. Первые изготавливать труднее, но они могут применятся при серийном изготовлении изделий из металлических сплавов.

После изготовления детали из латуни потребуется дополнительная обработка для устранения дефектов, возникающих при литье. Для этого поверхности отливки подвергается химической обработке. С помощью активнодействующих растворов с поверхности заготовок удаляются дефекты.

Поверхность отливки

Литье латуни — химический состав популярных сплавов

Литейные модели

Художественное литье бронзы и латуни предусматривает получение максимально гладкой поверхности, поэтому для воссоздания модели используются достаточно твердые материалы:

Для получения максимально гладкой поверхности, она подвергается устранению пористости шпатлеванием, грунтованием и покрытием лаком. Литейные модели изготавливаются разъемными; неразъемными — подходят для отливки изделий простой формы; специальными для деталей имеющих достаточно сложную конфигурацию.

Для» много компонентных температурные режимы повышаются до 895 °С — 1070 °С из-за ввода легирующих компонентов с высокой температурой плавления.

Описание технологических операций

Процесс литья под давлением осуществляется в стальных пресс-формах. Расплавленный материал подаётся в пресс-форму и кристаллизуется там под воздействием высокого давления.

Пресс-форма это технологическая литейная оснастка, сконструированная из подвижной и неподвижной стальных частей. Подвижная половина передвигается по направляющим цилиндрам, неподвижная закреплена на стационарной плите.

Перед заливкой подвижная часть плотно прижимается к неподвижной гидроцилиндром и фиксируется в этом положении специальными замками. После застывания заготовки, подвижная часть оборудования отъезжает, а отливку выталкивают механические толкатели. Перед смыканием пресс-формы, контактирующие с расплавленным металлом поверхности, покрывают разделительной смазкой. Специальный состав обеспечивает беспрепятственное отделение отливок после литья, защищает сталь от негативного воздействия высоких температур.

Литье под давлением выполняется в автоматизированном режиме в промышленных установках. Главными узлом этого оборудования выступает камера для прессования, она бывает холодной или горячей. Холодная камера – это горизонтальный цилиндр, с поршнем внутри и воронкой, предназначенной для заливания расплава. После заливки металла, поршень движется внутри цилиндра, нагнетая расплав в пресс-форму. После заполнения формы повышается усилие на поршень для создания достаточной величины давления для кристаллизации металла.

Горячая камера для прессования представляет собой ванну с расплавом, которая расположена в подогреваемом чугунном тигле. Поступательное движение поршня выталкивает расплав из тигля. Металл поднимается по каналу и поступает в пресс-форму. В конструкции канала предусмотрен подогреваемый мундштук. Этот элемент нужен, чтобы жидкий металл не затвердевал внутри.

После застывания детали, остатки расплава из канала сливаются обратно в чугунную ванну. Оборудование этого типа применяется для изделий из сплавов цинка и магния.

Температура нагрева расплава

Нагрев материала для литья под давлением осуществляется исходя из марки сплава и геометрических параметров детали. Если расплав перегрет, при заполнении пресс-формы брызги попадают в отверстия для вентиляции и закупоривают их. Это приводит к ухудшению газоотвода и, как следствие, к возникновению пор в отливке.

Высокая температура жидкого металла приводит к увеличению времени затвердевания изделия, как следствие нужно больше времени на весь технологический процесс. Увеличивается износ оборудования из-за длительного соприкосновения с перегретым расплавом. Возрастает опасность приваривания заливаемого металла к оборудованию, из-за этого может повредиться деталь при выталкивании. Всё это приводит к быстрому износу пресс-формы.

При литье под давлением расплав спрессовывают при минимальной температуре. Цветные металлы нагревают всего на 10–300ºС выше температуры, при которой сплав полностью твердеет. При небольших толщинах элементов отливки сплав нужно нагревать сильнее. Для литья больших изделий простой конфигурации сплав нагревают чуть выше температуры плавления.

Для деталей, к которым предъявляются высокие требования по прочности, металл заливают в твердо жидком состоянии. За счет этого обеспечиваются следующие преимущества:

• предотвратить появление усадочных дефектов в отливке;
• снизить тепловое воздействие на оборудование;
• снизить время охлаждения изделия;
• уменьшить опасность приваривания пресс-формы и отливки.

Металл с включениями твёрдой фазы можно прессовать только в установках, с холодной камерой. При использовании оборудования с горячей камерой есть риск застывания расплава в подводящем канале.

Пример литья под давлением деталей из алюминия – процент твёрдых частиц в расплаве, когда пресс-форма беспрепятственно заполняется, а качество отливки остаётся на высоком уровне, составляет от 40 до 60%.

Скорость подачи расплава в пресс-форму

Поршень спрессовывает металл в пресс-форму с определённой скоростью. Значение выбирается в зависимости от характеристик сплава и геометрических параметров отливки. Если изделие простое с толстыми стенками высокая скорость прессования не нужна. Если деталь имеет сложную геометрию и тонкие элементы скорость запрессовки должна быть высокой. Это требуется, чтобы расплав успел заполнить все узкие полости до затвердевания.

Слишком большая скорость подачи расплавленного материала становится причиной следующего явления: струя разделятся на мелкие капли, образуя смесь расплава и воздуха. Если количество каналов для отвода газов недостаточно или они забиты металлом, пузырьки воздуха останутся в отливке. Это приведёт к образованию пор в металле, чтобы исключить такие дефекты пресс-форму помещают в вакуум.

От скорости движения расплава зависит качество отливок и долговечность оборудования. Если скорость литья под давлением слишком высокая, то защитную смазку с соприкасающихся с жидким металлом поверхностей может смыть. Из-за этого отливка приварится к пресс-форме, и при выталкивании ее может повредить или сломать.

Слишком медленная подача, снизит качество детали. Металл будет застывать прямо во время заполнения формы до того, как усилие будет увеличено. Скорость поступления расплава в пресс-форму при литье под давлением обычно выбирается в диапазоне от 10 до 50 м/с. Небольшую скорость используют для литья деталей из стали, медных сплавов, высокая скорость требуется для сплавов олова и цинка.

Давление на расплав при застывании

В момент, когда расплав полностью заполняет пресс-форму, усилие на поршень многократно увеличивается. Воздействие давлением не прекращается до тех пор, пока металл полностью не затвердеет. В результате возрастает плотность и механические характеристики отливки, в ней не образуются усадочные дефекты. При повышении усилия сжатия уменьшается количество бракованных изделий, растёт чистота поверхности металла, повышается качество отливок.

Чем выше требования к прочности детали, тем больше должно быть усилие прессования. Алюминиевые сплавы прессуют давлением от 40 до 200 МПа. Для сплавов на основе магния используют от 40 до 180 МПа. Цинковые сплавы повергают давлению от 10 до 50 МПа. Для обеспечения высокого качества при увеличении толщины стенки нужно повышать давление при кристаллизации.

Температура подогрева пресс-формы

Перед подачей жидкого сплава литейное оборудование нужно нагреть до определённой температуры, которая подбирается для каждого сплава в зависимости от толщины стенок изделия. Температура предварительного подогрева пресс-формы:

• для литья цинка до 120–1600 ºС;
• магния 200–2400 ºС;
• алюминия 180–2500 ºС;
• стали 200–2800 ºС;
• латуни 280–3200 ºС.

Если отливка тонкостенная – пресс-форму нагревают до температуры ближе к большим значениям указанных выше интервалов. Для толстостенных деталей – ближе к нижнему значению. Это нужно чтобы в тонкостенных отливках расплав не затвердел в процессе заполнения формы. В технологии заливки больших деталей напротив необходимо увеличить скорость застывания.

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