Milling-master.ru

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

Литейные сплавы реферат

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.

Литейное производство

Проблема формирования состава сплава для достижения определенного комплекса свойств литого материала. Сравнительный анализ достижимых уровней технико-экономических показателей, ограничения способов литья. Технологические требования к литейным сплавам.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Литейным производством называется отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением изделий — заготовок и деталей, путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полости которой соответствуют конфигурации изделия.

Задачей литейного производства является изготовление фасонных изделий.

Способ литья используют в двух направлениях:

— для удешевления производства изделий;

— для изготовления изделий, которые нельзя или затруднительно получить другими способами.

В современных условиях развитых промышленных стран основным направлением в литейном производстве становится второе из названных выше направлений.

Стоимость литой детали в большинстве случаев ниже стоимости аналогичной детали, полученной другими способами. Значительную роль в этом играет тираж деталей. Наиболее дешевым способом получения оливок является способ литья в землю. Масса отливок может составлять от нескольких грамм до сотен тонн. Литьем изготавливают как наиболее ответственные детали, в том числе и уникальные, так и малоответственные детали широкого потребления.

Литейное производство является одной из важнейших отраслей машиностроения. Около 6080% (по массе) всех деталей машин изготавливают различными способами литья.

Способом литья изготавливают заготовки и детали. В настоящее время основной объем продукции литейного производства составляет изготовление заготовок.

Развитие и внедрение новых высокоточных способов литья определяет тенденцию перехода к производству, ориентированному на изготовление литьем деталей машин.

Из общего объема выпуска отливок 75% изготавливают литьем в землю, 20% — литьем в металлические формы и остальные — другими способами литья.

По мере роста технических достижений в области литейного производства повышается качество отливок, их точность, уровень физико-механических и других свойств. За последние 20 лет прочность отливок из углеродистых сталей повышена с 400 МПа до 2000 МПа, из чугуна от 100 МПа до 1000 МПа. Такое повышение достигнуто в основном за счет применения новых марок сталей и чугунов, однако существенную роль сыграло также и совершенствование технологии литья. Разработка новых составов преследует и другую цель — удешевление литейных материалов и, в целом, литейного производства. Одним из путей решения этой задачи является замена дорогостоящих марок сплавов сложного состава более дешевыми марками простого состава специализированными для узкой конкретной задачи.

В целом проблема формирования состава сплава для достижения определенного комплекса свойств литого материала является наиболее сложной в научном плане, однако и наиболее актуальной. В настоящее время накоплен значительный объем научных представлений и практических рекомендаций, позволяющий сформулировать критерии и требования, регламентирующие состав литого материала заданного назначения.

1. Структура литейного производства

Читать еще:  Литейная форма 5 букв сканворд

Получение литого изделия — отливки основано на процессе заполнения жидким металлом специальной литейной формы, последующее охлаждение и затвердевание материала и извлечение готовой отливки путем разрушения разовой или раскрытия многоразовой формы.

Разовой называется форма, которая служит для изготовления в ней одной отливки и разрушается при извлечении из нее готовой отливки.

Примеры разовых форм — песчано-глинистые формы, оболочковые формы, формы для литья под давлением.

Такие формы изготавливают из неметаллических материалов.

Многоразовой называется форма, в которой можно изготовить последовательно несколько отливок.

Примеры многоразовых форм — кокиль, формы для литья под давлением, формы для центробежного литья.

Такие формы изготавливают из металлических материалов, хотя, отдельные элементы формы и покрытия на поверхностях могут быть из неметаллических материалов.

По способам проведения и организации технологических процессов технологии литейного производства подразделяются на ручные, механизированные и автоматизированные.

2. Сравнительный анализ достижимых уровней технико-экономических показателей, ограничения способов литья

Точность размеров отливок, изготавливаемых различными способами литья, ограничена квалитетами 817.

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества и при различных способах литья ограничена диапазоном = 10320 мкм.

К показателям, ограничивающим применение способа литья при изготовлении изделий, относятся такие — оптимальная (минимальная) толщина стенок отливок, а такие радиусы галтелей — сопряжений стенок, расположенных под углом друг к другу.

Сведения для сравнительного анализа показателей, характеризующих достижимые уровни точности и качества отливок при различных способах литья приведены в таблице 1. 2.

Экономически достижимые показатели точности и качества технологий литья

Литейные сплавы

3.1. Литейные свойства сплавов

Простота изготовления фасонной отливки зависит от литейных свойств сплавов. Например, получить отливку сложной конфигурации и заданных свойств из серого чугуна значительно проще, чем из легированной стали и из некоторых сплавов цветных металлов.

Литейные свойства сплавов — это такие технологические свойства, которые непосредственно влияют наоплучение качественных отливок с хорошими эксплуатационными показателями. Основными литейными свойствами, которые влияют на выбор сплава в качестве литейного материала, являются: жидкотекучесть, усадка, ликвация, склонность к газопоглощению и трещинообразованию.

Жидкотекучесть — способность расплава свободно течь в литейной форме, заполняя и точно воспроизводя все ее контуры.

Жидкотекучесть сплавов зависит от следующих параметров:

1. Температурного интервала кристаллизации

где Тл и Тс — температуры ликвидуса и солидуса соответственно.

Чем меньше ΔТ, тем больше жидкотекучесть. Лучшей жидкотекучестью обладают чистые металлы и эвтектические сплавы, у которых ΔТ = 0. Худшая жидкотекучесть у сплавов, образующих твердые растворы, поскольку в процессе их заливки и охлаждения в литейной форме возникает дополнительное трение образующихся твердых кристаллов о ее стенки.

2. Вязкости и поверхностного натяжения расплава (чем они меньше, тем больше жидкотекучесть).

3. Температуры заливаемого металла и температуры формы

(чем они выше, тем выше жидкотекучесть).

4. Свойств литейной формы (чем больше ее теплопроводность, теплоемкость и влажность, тем меньше жидкотекучесть).

Жидкотекучесть литейных сплавов определяют с помощью различных методов и технологических проб. Технологические пробы на жидкотекучесть поводят в специальных литейных формах с полостью в виде каналов, характер заполнения которых жидким металлом определяет его жидкотекучесть. Из разнообразных конструкций технологических проб наибольшее распространение получила спираль Керри — проба спиральной формы (рис. 1.24).

Жидкотекучесть определяют по длине пути, пройденному жидким металлом до его затвердевания, т. е. по длине прутка. Небольшие выступы, нанесенные через 50 мм, облегчают измерение длины спирали (прутка). Спиральный канал позволяет получить длинные прутки в сравнительно небольших формах.

Рис. 1.24. Технологическая спиральная проба (спираль Керри): 1 — чаша; 2 — стояк;

3 — металлоприемник; 4 — спиральный канал; 5 — выступы

Усадка свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем при затвердевании и охлаждении. Она приводит к уменьшению размеров отливки. Различают объемную и линейную усадки.

На усадку влияют следующие факторы:

1. Химический состав сплава (усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода С и кремния Si и увеличивается с повышением содержания фосфора Р и серы S; усадка алюминиевых сплавов уменьшается с повышением содержания кремния Si).

2. Температура заливаемого металла Тмет (чем меньше Тмет, тем меньше усадка).

3. Скорость охлаждения металла в форме или теплопроводность формы (чем больше скорость охлаждения, тем больше усадка).

4. Конструкция отливки и литейной формы (с увеличением толщины стенок чугунной отливки усадка уменьшается).

Линейная усадка для различных сплавов составляет: для серого чугуна — 0,9. 1,5 %; для углеродистых сталей — 2. 2,4 %; для алюминиевых сплавов — 0,9. 1,5 %; для медных сплавов — 1,4. 2,3 %.

Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин и усадочной пористости.

Усадочные раковины — сравнительно крупные полости, расположенные в частях отливки, затвердевающих в последнюю очередь. Усадочные раковины образуются при изготовлении отливок из чистых металлов, сплавов эвтектического состава и сплавов с узким интервалом кристаллизации (низкоуглеродистые стали, безоловянистые бронзы и др.). Как правило, усадочные раковины из отливок стремятся сместить в литниковую систему (выпор или прибыль), где металл затвердевает в последнюю очередь.

Усадочная пористость — скопление мелких пустот, образовавшихся в обширной зоне отливки в результате усадки в тех местах, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла. Усадочная пористость располагается по границам зерен металла.

Для получения отливок без усадочных раковин и пористости необходимо обеспечить, во-первых, непрерывный подвод расплавленного металла в форму в процессе его кристаллизации и, вовторых, движение фронта кристаллизации таким образом, чтобы последними кристаллизовались части отливки, граничащие с поверхностью формы или расположенные в литниковой системе. Первое достигается размещением в литейной форме прибылей, второе — наружных и внутренних холодильников.

Ликвация — неоднородность химического состава отливки в различных ее точках, возникающая при кристаллизации. На процесс развития ликвации (кроме химического состава сплава) влияют технологические факторы (конфигурация отливки, скорость охлаждения и др.). Различают три вида ликвации: зональную, дендритную и ликвацию по плотности.

Зональная ликвация наблюдается во всем объеме отливки из-за различия температур кристаллизации отдельных компонентов сплава. По мере кристаллизации металл слитка будет все более обогащаться легкоплавкими примесями, поэтому его химический состав по объему будет различным. Так, наружные участки и тонкие стенки стальных отливок, кристаллизующиеся в первую очередь, содержат ликвирующих более легкоплавких примесей (S, P) меньше, чем более массивные части, которые кристаллизуются позже.

Дендритная (внутрикристаллическая) ликвация наблюдается в объеме одного зерна. Чем больше температурный интервал между началом и концом кристаллизации, тем больше будут отличаться по составу отдельные участки внутри зерен. В дендритах оси первого порядка обогащены более тугоплавким компонентом и в них содержание примесей бывает минимальным. Кристаллизующиеся в последнюю очередь междендритные пространства содержат наибольшее количество более легкоплавких компонентов и примесей.

Ликвация по плотности наблюдается при сплавлении металлов значительно различающихся по плотности. Так, в сплавах системы

«свинец–сурьма» верхняя часть слитка будет обогащена сурьмой, а нижняя — более тяжелым свинцом, т. е. отличаться от среднего состава сплава.

Обычно ликвация является нежелательным явлением, поскольку в результате неоднородности химического состава свойства металла на различных участках отливкитбуду отличаться друг от друга.

Склонность к газопоглощению. В расплавленном состоянии металлы и сплавы способны активно поглощать водород, кислород, азот и другие газы из оксидов и влаги шихтовых материалов при их плавке, а также сгорании топлива, из окружающей среды при заливке металла в форму и т. д. Как правило, растворимость в металлах газов с понижением температуры уменьшается, что вызывает их выделение в процессе кристаллизации. В результате этого в отливке могут образовываться газовые раковины и газовая пористость, которые ухудшают механические свойства и герметичность отливок. Для уменьшения газовых раковин и пористости плавку сплава проводят под слоем флюса, в среде защитных газов, с использованием просушенных шихтовых материалов. При этом перед заливкой расплавленный металл подвергают дегазации вакуумированием или продувкой инертными газами.

Читать еще:  Оборудование чугунолитейного завода

Для устранения газонасыщенности отливок следует увеличивать газопроницаемость литейных форм и стержней, снижать влажность формовочных смесей, подсушивать формы и т. д. (например, выплавка стали в вакуумных печах устраняет газонасыщенность).

Склонность к образованию трещин и короблению. В результате неравномерного затвердевания металла в тонких и толстых частях отливки, а также из-за торможения усадки формой при ее охлаждении возникают внутренние напряжения. Эти напряжения тем выше, чем меньше податливость формы и стержней. Если величина внутренних напряжений превысит предел прочности сплава в данном месте, то в нем образуются горячие или холодные трещины.

Горячие трещины — как правило, хорошо видимые разрывы поверхности отливки, распространяющиеся по границам зерен и имеющие неровную окисленную поверхность, на которой при увеличении видно дендритное строение сплава. Эти трещины образуются при застывании расплава в форме. Характерными признаками горячих трещин являются их неровные (рваные) края и значительная ширина.

Холодные трещины — очень тонкие разрывы поверхности отливки, имеющие обычно чистую, светлую (с цветами побежалости) зернистую поверхность. Они образуются из-за внутренних напряжений или механического воздействия при температуре ниже температуры свечения отливки. В отличие от горячих трещин холодные распространяются непосредственно по зернам, а не по их границам, и располагаются преимущественно в острых углах и других местах с высокой концентрацией напряжений.

Холодные трещины, чаще всего, образуются в тонкостенных отливках сложной конфигурации. Вероятность их образования тем выше, чем больше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка (особенно при пониженных температурах) и чем ниже теплопроводность сплава. Вероятность образования холодных трещин в отливках также возрастает при наличии в сплаве вредных примесей (например, фосфора в сталях).

Для предупреждения образования трещин необходимо осуществлять равномерное охлаждение отливок (во всех сечениях), применять сплавы, обладающие повышенной пластичностью, проводить дополнительный отжиг отливок и т. п.

Внутренние напряжения, возникающие при охлаждении отливок, могут привести к их короблению (изменению формы и размеров отливок). Вероятность коробления отливки увеличивается при усложнении ее конфигурации и повышении скорости охлаждения, вызывающие неравномерное охлаждение отдельных частей отливки и, как следствие, различную усадку. Коробление отливки также может быть вызвано сопротивлением формы усадке отдельных частей отливки. Для предупреждения коробления отливки необходимо увеличивать податливость формы, создавать рациональную конструкцию отливки и т. д.

3.2. Производство отливок из чугуна

При выборе материала для литья детали следует учитывать условия, в которых она работает, физико-механические свойства сплава, литейные свойства, условия кристаллизации в форме, а также стоимость сплава.

Если принять среднюю стоимость отливки из серого чугуна за 100 %, то стоимость отливок из других сплавов составит: ковкий ч1у30гу%н ,—сталь — 160 %, цветные сплавы — 300. 600 %.

Литейные чугуны. Чугун является самым распространенным сплавом в литейном производстве. Так, около 80 % общего мирового выпуска отливок приходится на долю чугуна. В связи с улучшением его свойств и появлением высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, чугуна с вермикулярным графитом и легированных чугунов специального назначения область применения очудогулнжа ептр расширяться.

В машиностроении для производства деталей используют следующие чугуны: серые, с вермикулярным графитом, высокопрочные, ковкие и специального назначения, характеризующиеся наличием в их структуре свободного углерода в виде графита. Белые чугуны, в структуре которых углерод находится только в связанном состоянии в виде цементита, в машиностроении применяются редко из-за их высокой твердости, затрудняющей механическую обработку, и хрупкости. Эти чугуны применяются только для ограниченной номенклатуры отливок, подвергающихся в условиях эксплуатации сильному износу от трения при высоких удельных нагрузках (валки прокатных станов, щеки камнедробилок и т. п.).

Широкое применение чугунов обусловлено следующим:

1) высокими литейными свойствами этих сплавов, что позволяет изготавливать из них отливки сложной конфигурации, с тонкими стенками, а также производить механическую обработку этих отливок;

2) большей, чем у стальных деталей, способностью гасить вибрации;

3) меньшим, чем у сталей, влиянием концентраторов напряжений (риски, задиры, переходыогот одн на конструкционную прочность деталей;

сечения к другому)

4) высокими антифрикционными свойствами, обусловленными наличием в структуре чугуна свободного графита, являющегося естественной смазкой;

5) невысокой стоимостью отливок по сравнению со стоимостью отливок из стали и цветных сплавов.

Серый чугун — чугун с пластинчатой формой графитовых включений. Металлической основой серого чугуна является феррит, феррит – перлит или перлит (рис. 1.25). Он является наиболее распространенным литейным сплавом. Отливки из этого чугуна составляют до 80 % от общего объема чугунного литья.

Рис. 1.25. Микроструктура серого чугуна: а — ферритный чугун; б — феррито-перлитный; в — перлитный

Структура металлической основы практически не влияет на низкую пластичность серого чугуна (δ = 0,2. 0,5 %), но оказывает влияние на его прочность и твердость (σв = 100. 450 МПа; НВ = 143. 289). Он обычно содержит 2,9. 3,7 % С, 0,5. 1,1 % Мn, 1,2. 2,6 % Si, до 0,3 % Р, до 0,15 % S.

Маркируется серый чугун буквами СЧ (серый чугун) и двумя цифрами, обозначающими предел прочности при растяжении (кгс/мм 2 ). Согласно ГОСТ 1412-85 имеются следующие марки серого чугуна: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35, СЧ40 и СЧ45.

Кроме того, по требованию потребителя допускаются марки серого чугуна СЧ18, СЧ21 и СЧ24.

Для изготовления малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе, используют чугуны марок СЧ10 и СЧ15, а для изготовления более ответственных деталей применяют чугуны остальных марок.

Следует отметить, что чугуны СЧ30, СЧ35, СЧ40 и СЧ45 относятся к группе модифицированных серых чугунов, которые получают добавлением в жидкий чугун перед его разливкой специальных добавок — графитизирующих модификаторов (ферросилиция, силикокальция, графита и др.) в виде кусков размером 1. 5 мм. Это позволяет получать в модифицированных чугунных отливках перлитную основу с вкраплениями небольшого количества изолированных пластинок графита средней величины, что повышает их механические свойства.

Высокие литейные свойства серого чугуна позволяют получать самые разнообразные детали. Области применения серых чугунов представлены в таблице 1.2.

Применение серого чугуна в машиностроении

Литейные сплавы и их характеристика.

Отливки-заготовки деталей АСУ и ЭВМ.

Отливки в АСУ и ЭВМ широко используются там, где необходимо обеспечить высокие требования к

прочности и жесткости:

-кронштейны и угольники рам;

-корпуса различных разъемов в процессоре;

теплопроводности:

-корпуса реверсных электродвигателей НПМ и других электродвигателей;

-радиаторы в ячейках питания для транзисторов, диодов в процессоре и внешних устройствах.

Масса отливок колеблется от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов.

Конфигурация отливок может быть любой, она определяется возможностью изготовления технологической оснастки — формы, литейными свойствами сплавов, способом литья. Выбор способа литья в зависимости от конфигурации отливки основывается чаще всего на экономических соображениях, реже из условия высокой производительности и др.

3. Основные этапы производства отливок.

Последовательность производства отливок рассмотрим на примере литья в песчаные формы. Этот способ изучается в учебных мастерских:

1. Разработка чертежа отливки.

2. Изготовление модели и стержневого ящика.

3. Изготовление формы из заранее приготовленной формовочной смеси.

4. Сборка формы (установка ранее изготовленного из стержневой

смеси стержня и соединение частей формы).

5. Заливка формы ранее расплавленным сплавом или металлом.

6. Охлаждение формы с отливкой.

7. Освобождение отливки от формы.

Читать еще:  Литейные свойства металлов и сплавов

8. Отрезка литников и прибылей

9. Отжиг отливок.

Основные свойства литейных сплавов и влияние их на качество

Отливок.

К основным свойствам литейных сплавов относят следующие:

1. Жидкотекучесть — это способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить ее очертания в отливке. Жидкотекучесть определяют по стандартной пробе в виде канала определенной длины и диаметра с литниковой чашей (рис 1).

Рис.1. Простейшая проба на жидкотекучесть.

Жидкотекучесть определяют по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Чем длиннее пруток, тем больше жидкотекучесть. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь;

среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы;

низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.

С повышением температуры сплава жидкотекучесть увеличивается.

2. Кристаллизация — это процесс перехода от жидкого состояния расплава к твердому состоянию с образованием структуры. Кристаллизация сплава происходит в направлении перпендикулярном поверхности теплоотвода. Скорость кристаллизации меняется от максимальной у поверхности до минимальной в центре стенки отливки (рис.2).

Рис. 2. Изменение кристаллической структуры по сечению отливки.

1 — литейная “корка”. 2 — столбчатые кристаллы.

3 — крупнозернистые кристаллы. 4 — литейная форма.

Для создания равномерной кристаллической структуры желательно уменьшить толщину отливки. Наилучшие свойства имеют сплавы при мелкокристаллической (мелкозернистой) структуре. Изменением скорости охлаждения невозможно достигнуть равномерной структуры. С целью получения мелкозернистой структуры в сплавы вводят особые добавки — модификаторы для силумина АЛ -2 — натрий, для серого чугуна — магний.

Процесс кристаллизации и кристаллическое строение отливки зависят от ее формы, температуры заливки сплава, от марки сплава, от вида литейной формы. На рис.2 показана качественная картина влияния этих параметров на кристаллическое строение отливки.

3. Усадка — свойство металлов и сплавов уменьшать свои размеры и объем при затвердевании и охлаждении. При затвердевании отливки выделяются также ранее растворенные расплавом газы. Усадка может способствовать образованию усадочных раковин, а выделяющиеся при охлаждении отливки газы способствуют образованию газовых раковин. Различают линейную и объемнуюусадку.

Линейная усадка изменяет линейные размеры отливки по сравнению с соответствующими размерами формы и при неблагоприятной конструкции заготовки образует трещины и коробление из-за торможения усадки в отдельных местах.

Объемная усадка приводит к образованию усадочных раковин (рис.3)

Рис. 3. Схема образования усадочной раковины (а — г) и схема вывода усадочной раковины в прибыль (д).

На рис.3 представлена схема образования концентрированной усадочной раковины. Часто имеют место случаи образования рассеянных раковин. При затвердевании в полости формы есть три фазы сплава:

3) жидкая и твердая или двухфазная зона.

При затвердевании в двухфазной зоне могут возникнуть рассеянные поры. Увеличение толщины твердого слоя происходит до тех пор пока в двухфазной зоне не возникает сплошной скелет из кристаллов. Теперь жидкий металл, питающий затвердевающую зону встречает значительное сопротивление своему продвижению, которое увеличивается по мере уменьшения ячеек указанного скелета. И при прекращении питания каких-либо ячеек при дальнейшем охлаждении в них возникает усадочная межкристаллическая раковина. Раковины там меньше, чем позже прекратилась связь жидкого раствора с питаемой ячейкой.

В этом случае возникает рассеянная микропористость. Эти поры нарушают сплошность металла и могут при значительных механических нагрузках являться концентраторами напряжений (как надрезы) и тем самым ухудшать механические свойства деталей.

Для уменьшения влияния на качество отливки усадочных концентрированных раковин применяют два способа:

а) одновременное затвердевание,

б) направленное затвердевание.

Одновременное затвердевание — это одновременная и равномерная кристаллизация расплава во всех частях отливки, что обеспечивается определенными условиями. Приближенно эти условия можно считать выполненными, если толщина отливки во всех ее точках неизменна или изменяется равномерно. Наилучшим образом соблюдаются эти условия при возможно меньшей толщине стенки.

При направленном затвердевании кристаллизация отливки происходит последовательно в направлении противоположном вектору отвода тепла и источнику питания жидким сплавом. При направленном затвердевании отливка получается наиболее плотной, без концентрированных раковин, которые выводятся в прибыль.

Направленное затвердевание можно осуществить несколькими путями:

а) охлаждением нижней части формы или нагревом прибыли;

б) конструкцией отливки, имеющей с постепенно увеличивающейся толщиной в направлении к прибыли;

в) подводом расплавленного металла под прибыль.

4. Поглощение газов в значительной мере зависит от вида и свойств газа, природы растворителя, температуры и давления. Если воде с повышением температуры растворимость газов уменьшается, то в жидких металлах и сплавах растворимость газов может увеличиваете с увеличением температуры.

Для уменьшения объема растворенных газов, газовых раковин и пористости применяют следующие методы:

а) дегазации исходных (шихтовых) материалов;

б) дегазацию жидкого металла перед заливкой в форму;

в) предупреждения выделения газов из раствора в процессе кристаллизации металла в форме.

5. Склонность к образованию неметаллических включений.

В затвердевшем сплаве окислы, нитриды, более тугоплавкие соединения и др., являются телами, нарушающими сплошность и единообразие его структуры. Неметаллические включения неблагоприятно оказываются на физико-химических свойствах,

6. Ликвация.

При охлаждении сплава в форме вследствие неодинаковой удельной массы, неодинаковой температуры кристаллизации составляющих сплава в отдельных участках возникает химическая неоднородность — ликвация. Ликвация зависит от скорости охлаждения большая скорость охлаждения способствует получению более однородного по химическому составу отливки, к получению отливки с лучшими механическими свойствами.

Литейные сплавы и их характеристика.

Чугун — многокомпонентный сплав железа с углеродом и другими компонентами (углерода 2-4%).На характер кристаллизации чугуна влияют содержание элементов (C, Si, Mn, P, S ) и скорости охлаждения. При этом структура и свойства чугунов различны:

если весь углерод кристаллизуется в виде графита, а металлическая основа в виде феррита, то получают серый чугун,

если же весь углерод кристаллизуется в составе цементита Fe3C , то получают белый чугун.

В половинчатом чугуне находятся одновременно графит и свободный цементит. Получающиеся при кристаллизации структуры можно существенно изменить последующей термообработкой.

Чугун широко применяют благодаря хорошим технологическим свойствам (хорошая жидкотекучесть и обрабатываемость резанием) и малой относительной стоимости.

Стали — железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2% С. Кроме углерода в сталях содержатся Mn, Si, S, P, N, H, O и другие элементы. Стали с добавкой Cr, Ni, Mo, V, W имеют особые физические, физико-химические свойства или повышенную прочность.

В производстве применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и легированные. Литейные свойства сталей ниже литейных свойств чугунов, легированные стали имеют плохие литейные свойства. При усадке получают раковины и пористость.

Плотные (без пор и раковин) отливки получают при правильной их конструкции, то есть когда есть прибыль или обеспечено направленное затвердевание. Усадка в твердом состоянии может вызвать горячие или холодные трещины, коробление отливок, высокие внутренние напряжения и изменение литейных размеров.

Алюминиевые сплавы — сплавы основной составной частью которых является алюминий. В качестве дополнительных компонентов, создающих те или иные специфичные технологические свойства, применяют кремний, медь, магний, титан, натрий, марганец.

Добавка кремния улучшает литейные свойства, добавка меди улучшает обрабатываемость резанием, магний увеличивает коррозионную стойкость и прочность.

Магниевые сплавы — сплавы на магниевой основе и в зависимости от требуемых свойств содержащие добавки: марганец, алюминий, цинк, цирконий и другие редкоземельные элементы. Литейные свойства удовлетворительные.

Медные сплавы — сплавы не медной основе с добавками различных элементов; различают две основные группы медных сплавов:

латуни— сплав меди с цинком;

бронзы — сплав меди с другими (Кроме цинка) элементами.

Литейные свойства — удовлетворительные.

Титановые сплавы — сплавы на основе титана, содержащие добавки, которые создают особые свойства. Литье этих сплавов связано с большими технологическими трудностями (из-за активного взаимодействия расплава с материалами формы).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector