Milling-master.ru

В помощь хозяину
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое литейные свойства

Литейные свойства сплавов

Общая технологическая схема изготовления отливки

Сущность литейного производства состоит в том, что фасонные детали (заготовки) получают заливкой жидкого металла в литейную форму, полость которой соответствует их размерам и форме. После крис­таллизации металла литую деталь (заготовку), называемую отлив­кой, удаляют из литейной формы и в случае необходимости от­правляют в механический цех для последующей обработки.

Технология изготовления отливки начинается с разработки ее чертежа и рабочих чертежей модельного комплекта (модели и стержневого ящика).

В состав литейного цеха входят отделения: модельное, земле­приготовительное, стержневое, формовочное, плавильное, выбивное, обрубное, очистное. В модельном отделении по рабочим, чертежам изготавливают модельный комплект; в землеприготовительном — формовочную и стержневую смеси; в формовочном — литейную форму, а в стержневом — стержни; в плавильном получают жидкий металл. Готовую литейную форму заливают жидким металлом и по­сле его затвердевания в выбивном отделении удаляют из формы отливку; обрубывают литниковую систему и очищают отливку от пригара в очистном отделении. Заключительной операцией является контроль качества отливки.

Литейные свойства сплавов

Для получения отливок в машиностроении наиболее широко применяются следующие сплавы: серые, ковкие и высокопрочные чугуны; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных ме­таллов на основе алюминия, меди, магния, титана, молибдена и дру­гих тугоплавких металлов.

Для получения качественной отливки наряду с механическими, физическими и химическими свойствами литейные сплавы должны обладать определенными технологическими свойствами, основными из которых являются жидкотекучесть, усадка, склонность к лик­вации и газопоглощению.

1. Жидкотекучесть — способность жидкого металла полностью заполнять щелевидные полости литейной формы и четко воспроиз­водить очертания отливки. При хорошей жидкотекучести металл заполняет всю полость формы, какой бы сложной она ни была, а при недостаточной — частично, образуя недоливы в узких сече­ниях отливки. Жидкотекучесть зависит от химического состава и температуры заливаемого в форму сплава. Фосфор, кремний и уг­лерод улучшают ее, а сера ухудшает. Серый чугун содержит угле­рода больше, чем сталь, и поэтому обладает лучшей жидкотекучестью. Повышение температуры жидкого металла улучшает жид­котекучесть, и чем выше его перегрев, тем более тонкостенную отливку можно получить, так как жидкотекучий металл заполняет очень узкие полости формы. Минимально возможная толщина стен­ки отливки для различных литейных сплавов (ввиду их разной жидкотекучести) неодинакова и составляет для отливок из серого чугуна: мелких 3. 4 мм, средних 8. 10 мм, крупных 12. 15 мм; для отливок из стали — соответственно 5. 7, 10. 12 и 15. 20 мм.

Жидкотекучесть металла определяют технологической пробой в виде спирали, длину которой принимают за меру жидкотекуче­сти металла. Заливая металл при различных температурах пере­грева, находят оптимальную температуру заливки формы для дан­ного сплава.

2. Усадка — уменьшение объема металла и линейных размеров отливки в процессе ее кристаллизации и охлаждения в твердом состоянии. Различают объемную и линейную усадки.

Объемная усадка сопровождается уменьшением объема металла при кристаллизации, и поэтому в массивном сечении отливки может образоваться усадочная рыхлота (пористость), или концентриро­ванная усадочная раковина, так как массивное се­чение кристаллизуется последним и в этом сечении не хватит ме­талла. Устраняют усадочную раковину установкой прибыли 2 или холодильников 3 в массивном сечении. Прибыль, имея большее сечение, кристаллизуется медленнее отливки и поэтому будет пи­тать ее жидким металлом при кристаллизации, а усадочная рако­вина перемещается в прибыль, которую отрезают.

Линейная усадка сопровож­дается уменьшением линейных размеров при охлаждении за­твердевшей отливки. Стержни и формовочная смесь оказывают сопротивление линейной усадке металла. В результате в отлив­ке возникают внутренние напря­жения, которые могут привести к короблению и даже к образо­ванию горячих окисленных тре­щин. Для уменьшения сопротивления линейной усадке формо­вочные и стержневые, смеси делают податливыми. Линейная усадка литейных сплавов различна и равна: для серого чугуна 1 %, для углеродистой стали 2 %, для цветных сплавов—1,3…1,8 %. Линейную усадку учитывают при изготов­лении модели, увеличивая ее размеры по сравнению с отливкой на линейную усадку соответствующего сплава.

3. Ликвация — неоднородность химического состава сплава по сечению отливки. Различают зональную и дендритную ликвации. Зональная ликвация создает химическую неоднородность в объеме всей отливки; дендритная — в пределах одного зерна (дендрита). Неоднородность химического состава и структуры по сечению при­водит к неоднородности механических свойств отливки. Для умень­шения ликвации увеличивают скорость охлаждения отливки.

4. Газопоглощение — способность литейных сплавов в жидком состоянии растворять кислород, азот и водород, причем их раство­римость растет с перегревом расплава. В литейной форме газонасы­щенный расплав охлаждается, понижается растворимость газов, и они, выделяясь из металла, могут образовать в отливке газовые раковины. Поэтому формовочная и стержневая смеси должны иметь хорошую газопроницаемость.

Итак, технологичные литейные сплавы должны обладать хоро­шей жидкотекучестью, малой усадкой и не ликвировать.

Читать еще:  Сварка силумина аргоном технология

Материаловед

1. Литейные свойства сплавов

В производстве отливок важную роль играют литейные свойства сплавов, обеспечивающие хорошее заполнение литейной формы и получение отливок без дефектов — раковин, трещин и др. К основным литейным свойствам сплавов относятся: жидкотекучесть, заполняемость, усадка и ликвация.

Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее.

Заполнение литейных форм является сложным гидродинамическим и физико-химическим процессом. Главным фактором, определяющим уровень жидкотекучести, являются свойства сплава в жидком состоянии: теплофизические свойства, особенности кристаллизации, вязкость, окисляемость.

Влияние литейной формы связано главным образом с ее теплофизическими свойствами, со смачиваемостью жидким металлом, с условиями физико-химического взаимодействия «металл — форма».

На жидкотекучесть влияют условия плавки и заливки, перегрев металла, насыщение металла посторонними включениями, условия подвода металла к форме.

Например, чем выше температура заливки сплава, тем больше его жидкотекучесть. Жидкотекучесть чугуна увеличивается с увеличением содержания в нем фосфора, кремния и углерода. Сера и марганец понижают жидкотекучесть.

Количественные значения жидкотекучести определяют по длине заполнения канала литейной формы с определенной площадью поперечного сечения. Наибольшее распространение получили технологические спиральные пробы. В специальную литейную форму, имеющую спиралевидный канал, заливают испытуемый расплав. Форму изготовляют по модели стандартной пробы на жидкотекучесть. Чем более длинный участок спирали заполнит заливаемый в нее металл, тем выше его жидкотекучесть. Для удобства вычисления длины залитой спирали на ее верхней поверхности через каждые 50 мм расположены точки. Таким образом, жидкотекучесть металла определяется длиной залитой спирали, выраженной в миллиметрах или точках.

При теоретическом анализе характеристики жидкотекучести основным является определение условий остановки движущегося потока. Высказано несколько точек зрения на механизм остановки потока: выделение 20% твердой фазы, образование на конце потока прочной твердой корочки, рост в канале литейной формы дендритов (древовидных кристаллов), препятствующих движению потока, накопление твердых кристаллов на конце потока.

Течение металла в литейной форме сопровождается кристаллизацией. Поэтому движущийся поток рассматривают как гетерогенную жидкость. Из гидравлики известно, что движение таких жидкостей начинается только после того, как касательное напряжение становится больше определенного значения σ, называемого предельным напряжением сдвига.

При поступлении металла в канал литейной формы на стенках канала образуется твердая корочка из-за высокой интенсивности охлаждения металла в начальные моменты. С течением времени, по мере прогревания формы, интенсивность теплоотвода уменьшается. Но перенос теплоты к корочке за счет поступления новых порций металла остается постоянным, и она начинает оплавляться. Уменьшению размеров корочки способствует также смывание части кристаллов движущимся потоком. Накопление обломков кристаллов на конце потока приводит к постепенному нарастанию сил внутреннего трения. Условия течения металла заметно ухудшаются. Наконец в определенный момент количество накопившихся обломков становится настолько большим, а сопротивление внутреннему трению настолько значительным, что поток останавливается. Схема остановки потока металла показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема остановки потока металла

Заполняемость характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил.

Заполнение тонких сечений отливок — это процесс взаимодействия металла и формы. Иногда этот процесс называют формовоспроизведением или формозаполнением.

Заполняемость обусловлена рядом факторов:

1) поверхностным натяжением сплава и смачиваемостью формы;

2) вязкостью сплава, связанной с его теплофизическими свойствами;

3) температурным интервалом кристаллизации;

4) формой и размерами первичных кристаллов;

5) склонностью сплава к пленообразованию;

6) теплофизическими свойствами формы;

7) способом заливки металла;

8 ) конструктивными особенностями литниковой системы;

9) наличием газов в форме и условиями ее вентиляции.

Эффективным средством, улучшающим заполнение тонких элементов отливок, является центробежная заливка.

Усадка — это уменьшение объема сплава, залитого в форму, при его охлаждении. Уменьшение объема сплава при охлаждении до температуры затвердевания и при затвердевании называется объемной усадкой. Уменьшение линейных размеров отливки по сравнению с размерами модели называется линейной усадкой.

Значение усадки сплава в литейной форме зависит от его химического состава, конфигурации отливаемого изделия, температуры заливки в форму, скорости охлаждения в форме и других факторов. Среднее значение линейной усадки серого чугуна около 1%, стали — 2%, медных сплавов — 1,5%.

Усадка — отрицательное явление, потому что при ней изменяются объем и размеры изготовляемых отливок, она является причиной образования в отливках усадочных раковин, пористости, внутренних напряжений, вызывающих появление коробления и трещин.

Ликвация — неоднородность химического состава сплава в различных частях сечения отливки, возникающая при его кристаллизации. Наиболее заметна ликвация в массивных сечениях отливки.

ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА

металлов и сплавов — совокупность физ.-хим. и спец. технологич. свойств, характеризующих способность металлов и сплавов образовывать отливки без раковин, трещин, пористости и др. дефектов. Важнейшие Л. с.: жидкотекучесть, объёмная и линейная усадка, ликвация и склонность к образованию ликвац. наплывов. Л. с. зависят гл. обр. от темп-ры и хим. состава металла .

Читать еще:  Литейное производство металлов

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

Смотреть что такое «ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА» в других словарях:

Литейные свойства металлов — совокупность свойств, характеризующих способность расплавленного металла образовывать качественные отливки. Понятие литейных свойств металла расширяется введением в него, кроме «традиционных» литейных свойств металла (усадки, ликвации,… … Металлургический словарь

ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА — совокупность свойств, характеризующих способность расплавленного металла образовывать качественные отливки. Понятие литейных свойств металла расширяется введением в него, кроме «традиционных» литейных свойства металла (усадки,… … Металлургический словарь

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ — совокупность показателей, характеризующих все стороны материала. Различают следующие свойства материалов (например, для металлов): механические, физические (плотность, тепловые, электрические, магнитные и тому подобные свойства), химические… … Металлургический словарь

Активные литейные краски — краски литейные, взаимодействующие с заливаемым металлом и обеспечивающие поверхностное легирование отливок. Подразделяют на плавящиеся и диффундирующие. К плавящ. Активным литейным краскам относятся краски, содержащие Сr, Mn, V, а также… … Энциклопедический словарь по металлургии

Алюминиевые литейные сплавы — сплавы, предназначенные для изготовления фасонных отливок и получаемые переплавом алюминиевых литейных сплавов в чушках или из первичного алюминия и силумина с подшихтовкой лигатурами. Алюминиевые литейные сплавы подразделяют на пять гp.: I… … Энциклопедический словарь по металлургии

АЛЮМИНИЕВЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ — сплавы, предназначены для изготовления фасонных отливок и получаемые переплавом алюминиевых литейных сплавов в чушках или из первичного алюминия и силумина с подшихтовкой лигатурами. Алюминиевые литейные сплавы подразделяют на пять групп: I… … Металлургический словарь

Оловянные литейные бронзы — сплавы на основе меди с Sn, Zn, Pb, Р и Ni; предназначенные для изготовления отливок различного назначения. Марки оловянных литейных бронз: БрОЗЦ12С5, БрОЗЦ7С5Н1, Бр04Ц7С, Бр04ЦСl7, Бр05Ц5С5,Бр05С25, ВрОбЦбСЭ, Бр08Ц4, БрО10Ф1, БрО10П2, БрОЮСЮ,… … Энциклопедический словарь по металлургии

МАГНИЕВЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ — магниевые сплавы, предназначенны для изготовления фасонных отливок (смотри таблицу). Механические свойства магниевых литейных сплавов после термический обработки: σв МПа, не менее 117,5 (МЛ11) и 275 (МЛ8); γ, %, не менее 1 (МЛ6) и 6… … Металлургический словарь

ОЛОВЯННЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ БРОНЗЫ — сплавы на основе меди с Sn, Zn, Pb, P и Ni; предназначены для изготовления отливок различного назначения. Марки оловянных литейных бронз: БрО3Ц12С5, БрО3Ц7С5Н1, БрО4Ц7С, БрО4ЦС17, БрО5Ц5С5, БрО5С25, БрО6Ц6С3, БрО8Ц4, БрО10Ф1, БрО10Ц2, БрО10С10,… … Металлургический словарь

Литьё — (Casting) Технологический процесс изготовления отливок Уровень культуры литейного производства в средние века Содержание Содержание 1. Из истории художественного литья 2. Сущность литейного производства 3. Типы литейного производства 4.… … Энциклопедия инвестора

ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА

Основными литейными свойствами являются жидкотекучесть, усадка, склонность к трещинообразованию, склонность к газопогло- щению и ликвация.

Жидкотекучесть характеризует способность сплава течь по литейной форме, заполнять все ее полости и давать четкие очертания отливки. Для сравнительной оценки жидкотекучести сплавов используют различные пробы. Наиболее распространенной является спиральная проба: металл заливают в песчаную форму, выполненную в виде спирального канала сечением 0,56 см. Величину жидкотекучести определяют по длине отлитой спирали в миллиметрах.

Жидкотекучесть зависит от состава сплава, температуры его заливки и свойств формы. Хорошую жидкотекучесть имеют серые чугуны, оловянистые бронзы, силумины. Так как с повышением температуры сплава его жидкотекучесть увеличивается, то для тонкостенного литья температура сплава при заливке должна быть выше, чем для массивных отливок. На жидкотекучесть оказывает влияние теплопроводность формы. Сплав, залитый в сухую песчаную форму, будет иметь большую жидкотекучесть, чем при заливке в сырую форму.

Мерой скорости, с которой материал формы может поглощать теплоту расплавленного металла, является коэффициент аккумуляции теплоты bф.

Увеличение Ьф приводит к возрастанию теплоотвода с поверхности расплава, что сокращает время затвердевания металла и тем самым снижает жидкотекучесть. Так, для чугунной формы bф на порядок выше, чем для сырой песчаной, — 14000 и 1150 Вт с 0,5 /(м 2 К) соответственно. Жидкотекучесть (/ж) можно оценить по теплофизическим свойствам металла и условиям литья:

где /ж — длина спирали (контрольной части литой пробы), характеризующая жидкотекучесть; р — плотность сплава; с — теплоемкость сплава; L — удельная теплота кристаллизации (до момента нулевой жидкотекучести); /ж — температура перегрева металла (над температурой ликвидуса); tQ — температура нулевой жидкотекучести; tu и /ф — температура металла и формы соответственно; А — коэффициент, зависящий от условий литья. Из выражения (22.6) видно, что с повышением температуры литейной формы /ф жидкотекучесть возрастает. Поэтому для повышения жидкотекучести расплава керамические и металлические литейные формы часто подогревают.

Характер течения расплава (ламинарный или турбулентный) должен оказывать влияние на жидкотекучесть. В канале диаметром D он оценивается значением числа Рейнольдса (Re):

Читать еще:  Брак литейного производства

где v — скорость потока, м/с; г — кинематическая вязкость металла, м 2 /с. При Re > Re^„ течение жидкости становится неустойчивым, в потоке возникают завихрения, приводящие к увеличению гидравлического сопротивления течению и, как следствие, снижению жид- котекучести. Расчеты показывают, что турбулентное течение чугуна наступает при скорости в 1,5 раза большей, чем у стали.

Высокое качество поверхности отливки при литье под давлением, точность ее геометрических параметров и четкость оформления рельефа обеспечиваются гидродинамическим давлением (/*ф) расплава на стенку формы, возникающим в момент окончания движения расплава:

где рм — плотность расплава; уф — скорость потока в форме.

Жидкотекучесть существенно зависит от склонности металла к окислению, сплошности и прочности оксидной пленки. При заливке формы оксидные пленки оказывают сопротивление течению расплава и замедляют заполнение им формы. В случае плавки и заливки металла в вакууме или защитной среде жидкотекучесть непрерывно возрастает с повышением температуры перегрева (/п) расплава (рис. 22.5, кривая /). При заливке на воздухе (рис. 22.5, кривая 2) температурная зависимость жидкотекучести имеет максимум (/ ),

Рис. 22.5. Влияние температуры расплава на его жидкотекучесть: 7 — вакуум; 2 — воздух соответствующий температуре, превышение которой вызывает активное окисление расплава с образованием оксидных пленок. В целях повышения жидкотекучести увеличивают температуру заливки металла или подогревают литейную форму.

Усадка — свойство сплава уменьшаться в объеме при затвердевании и охлаждении. Характеризуется изменением объемных и линейных размеров отливки, в соответствии с чем различают усадку линейную и объемную. Ее величину выражают обычно в процентах. С явлением усадки связаны основные технологические трудности производства фасонных отливок из-за образования в них усадочных раковин, пористости и трещин.

Усадочная раковина в отливках образуется в результате уменьшения объема жидкого металла при кристаллизации. При затвердевании объем металла уменьшается, а питания отливки жидким металлом не происходит, то есть не поступает дополнительной порции металла, которая компенсировала бы усадку. В результате в отливке образуется усадочная раковина. Усадочная пористость в отливках является следствием рассмотренных усадочных явлений, происходящих главным образом при затвердевании сплавов в интервале кристаллизации.

Различают линейную елин и объемную еу усадки, %:

где — размеры и объемы формы и отливки соответственно.

Полная объемная усадка еуполн складывается из усадки сплава в жидком состоянии е^, при затвердевании еуз и в твердом состоянии . Возникновение наружной усадки, усадочных раковин и пористости (скопление мелких пустот, заполненных газами) в отливке является результатом и проявлением объемной усадки металла.

Главное условие предупреждения образования в отливках усадочных раковин и пористости — непрерывный подвод жидкого металла к кристаллизующемуся сплаву. Для этого применяют прибыли (см. рис. 23.5) и обеспечивают направленное затвердевание отливки — снизу вверх в направлении к прибыли. Жидкий металл из прибыли питает отливку, а усадочная раковина образуется в прибыли, которую затем отделяют от отливки.

Свободному уменьшению размеров отливки оказывают сопротивление части формы и стержни (механическое торможение усадки).

Из-за затрудненной усадки — механического, термического или совместного торможения — в отливке возникают внутренние напряженин. Эти напряжения могут быть значительными и вызывать искривление (коробление) отливки. Если величина напряжений превысит предел прочности сплава при данной температуре, то в отливке возникнут трещины.

Для предупреждения трещин следует применять форму и стержни, обладающие хорошей податливостью, и обеспечивать равномерное охлаждение отливки в форме.

Склонность сплавов поглощать газы приводит к образованию в отливках газовой пористости и раковин. Газы попадают в сплав с шихтой из атмосферы и растворяются в нем. При понижении температуры растворимость газов в жидком металле уменьшается, и они выделяются из металла. Образующиеся в расплаве газовые пузырьки стремятся всплыть на поверхность. Однако понижение температуры приводит к увеличению вязкости сплава, что затрудняет всплывание пузырьков. Газовые пузырьки, оставшиеся в сплаве, образуют газовую пористость.

Литейные формы и стержни должны иметь минимальную газо- творную способность и хорошую газопроницаемость.

Ликвацией называют неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвацию разделяют на дендритную и зональную. Дендритная ликвация характеризуется химической неоднородностью внутри зерна (дендрита), а при зональной ликвации неоднородность обнаруживается в отдельных частях объема отливки. Наиболее опасной для большинства сплавов является зональная ликвация, так как она не устраняется термической обработкой. При производстве отливок ликвация определяется двумя факторами: химическим составом сплава и условиями кристаллизации. Зональная ликвация усиливается при увеличении объема отливки и медленном затвердевании. Ликвация снижает прочностные свойства и общую работоспособность детали.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector