Литье медных сплавов

Когда слышишь ?литье медных сплавов?, первое, что приходит в голову — классическая бронза или латунь. Но в реальности даже сплав меди с 0.5% примеси может вести себя как отдельный материал. Многие до сих пор путают усадку меди с горячеломкостью — а это разные вещи.

Что скрывается за выбором сплава

В нашей практике на литье медных сплавов влияет не столько марка, сколько история переплавки. Например, бериллиевая бронза после третьего цикла начинает ?уставать? — если не контролировать газонасыщение, получим раковины в зонах повышенного давления.

Как-то раз заказ требовал хром-циркониевую медь для контактных пар. По документам все чисто, но при разливке пошли трещины. Оказалось, поставщик добавил переплавленный лом с остатками покрытия — цирконий просто не сработал.

С фосфористой бронзой другая история: здесь главное — не перегреть выше 1200°C, иначе фосфор улетучится, а без него сплав теряет текучесть. Приходится добавлять фосфористую медь прямо в ковш, но это уже риск для механических свойств.

Оборудование, которое не прощает ошибок

Для литья медных сплавов мы используем вакуумные печи — но не те, что для титана. Медь слишком быстро окисляется, поэтому даже микроподсос воздуха дает окалину на отливке. Однажды пришлось выбросить партию втулок из бескислородной меди из-за трещины в уплотнении форкамеры.

Индукционный нагрев — отдельная тема. Для медных сплавов с высокой электропроводностью (та же медно-никель-кремниевая система) частота должна быть нестандартной — иначе поверхность ?закипает?, а середина остается полусырой.

Литье под давлением для меди — вообще риск. Если для алюминия давление можно выставлять ?с запасом?, то здесь избыток просто выдавит расплав в зазоры пресс-формы. Проверено на сплаве CuFe, когда брак по геометрии достиг 40%.

Проблемы, о которых не пишут в учебниках

Самое неприятное в литье медных сплавов — это поведение легколетучих элементов. Скажем, марганец в марганцово-медных сплавах активно испаряется при перегреве, и потом на поверхности отливки остаются рыхлые пятна.

А с бериллиевой бронзой вообще отдельная история — при литье выделяются пары бериллия, требующие спецвентиляции. Мы как-то экономили на вытяжке — потом три дня отмывали цех от белого налета.

Еще момент: медные сплавы с алюминием (типа медно-алюминиевых композитов) склонны к ликвации. Если не перемешивать расплав во время заливки, алюминий всплывает ?островами? — и готово, механические свойства ?пляшут? по сечению отливки.

Кейсы из практики ООО ?Сучжоу Ляньсинь?

На проекте для электротехнической отрасли требовалось литье медных сплавов на основе хром-циркониевой меди. Заказчик жаловался на низкую электропроводность готовых шин. При анализе выяснилось — проблема в режиме термички: после литья не выдерживали температуру отпуска, и хром не успевал перейти в твердый раствор.

Другой пример — листы из титано-медных сплавов для радиаторов. При литье слитков постоянно возникали внутренние трещины. Оказалось, виновата слишком высокая скорость кристаллизации — снизили скорость разливки на 15%, и брак упал до нормы.

А вот с бескислородной медью для вакуумных камер вообще вышла заминка — по ТЧ требовалась чистота 99.99%, но при литье в графитовые формы появлялись карбидные включения. Пришлось переходить на циркониевые огнеупоры — дорого, но стабильно.

Где теория расходится с практикой

В учебниках пишут, что литье медных сплавов требует строгого контроля температуры. На деле же важнее скорость охлаждения — особенно для сплавов типа медь-никель-кремний. Медленное охлаждение дает крупное зерно, быстрое — внутренние напряжения.

Еще один миф — что легирование улучшает литейные свойства. С оловянной латунью это работает, а вот с бериллиевой бронзой — нет. Добавка бериллия резко снижает жидкотекучесть, приходится лить почти что перегретым расплавом.

И да, никто не предупредит, что медные сплавы с железом (типа CuFe) при литье в песчаные формы дают непредсказуемую усадку — до 2.5% против стандартных 1.8%. Проверили на собственных ошибках при отливке ответственных корпусов.

Что в итоге имеет значение

За 15 лет работы с литьем медных сплавов понял главное: не бывает универсальных рецептов. Да, можно взять титано-медь из каталога ООО ?Сучжоу Ляньсинь?, но без адаптации технологии литья под конкретную конфигурацию отливки — брак неизбежен.

Сейчас все чаще требуются биметаллические отливки — например, медно-алюминиевые композиты. Здесь вообще отдельная наука — температуры плавления разные, коэффициенты расширения разные… Пока отрабатываем технологию, но уже есть успехи с пресс-литьем.

В целом, если бы пришлось начинать с нуля — начал бы с создания базы режимов для каждого сплава. Потому что даже в рамках одной марки (та же фосфористая бронза) поведение при литье может кардинально отличаться в зависимости от производителя шихты.