Milling-master.ru

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

Основные литейные свойства сплавов

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 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.

Читать еще:  Литейное производство это

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.

Литейные свойства сплавов;

Литейное производство. Сущность литья.

Литье– способ изготовления заготовки или изделия заполнением полости заданной конфигурации жидким металлом с последующим его затвердеванием. Заготовку или изделие, получаемые методом литья, называют отливкой.

Литье – один из старейших способов получения заготовок ракетно-артиллерийского вооружения. Первым литейным заводом в России был пушечно-литейный завод («Пушечная изба»), построенный в Москве в 1479 г.

Большой вклад в развитие литейного производства внесли русские мастера. Андрей Чохов отлил «царь-пушку» массой 21,2 т (1586 г.), Иван Моторин (1734 г.) – «царь-колокол» массой около 200 т. В 1860 г. инженером П. М. Обуховым был отлит стальной ствол 12-фунтовой пушки, который выдержал около 4000 выстрелов.

Методом литья можно изготовить изделия самой сложной конфигурации, которые при помощи других способов обработки получить трудно или невозможно. Стоимость литой детали почти всегда ниже стоимости аналогичной детали, изготовленной другими методами.

В процессе кристаллизации и охлаждения залитого металла формируются основные механические свойства отливки, определяемые макро- и микроструктурой сплава, его плотностью, наличием неметаллических включений, развитием в отливке внутренних напряжений, вызываемых неоднородным охлаждением ее частей.

Широкое применение литья обусловлено такими преимуществами:

1) возможность изготовления отливок практически любой конфигурации массой от долей грамма до сотен тонн (поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, коленчатые валы, тербинные лопатки, станины станков);

2) относительная простота и невысокая стоимость технологической оснастки;

3) возможность получения изделий из малопластичных материалов (чугуны, силумины, литейные бронзы и латуни), переработка которых другими способами затруднена или невозможна.

4) Минимальный припуск на обработку

В принципе получить отливку можно из любого материала, однако для получения изделий высокого качества применяют сплавы, обладающие необходимыми литейными свойствами: достаточной жидкотекучестью, возможно малой усадкой, однородностью (малой склонностью к ликвации), легкоплавкостью, малой газопоглощаемостью, трещиноустойчивостью.

Жидкотекучесть – это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При недостаточной жидкотекучести форма заполняется не полностью (недолив), и отливка бракуется. Высокой жидкотекучестью обладают силумины (сплав Al с Si, АК12, АК9, цифра – содержание Si, в целых долях), серые (литейные) чугуны, кремнистые бронзы (сплав Cu с Sn и кремний (Оловянная Б. — древнейший сплав, выплавленный человеком. Первые изделия из Б. получены за 3 тыс. лет до н. э. Б. применялась в древности для производства оружия и орудий труда (наконечников стрел, кинжалов, топоров), украшений, монет и зеркал. В средние века большое количество Б. шло на отливку колоколов. Колокольная Б. обычно содержит 20% олова. До середины 19 в. для отливки орудийных стволов использовалась так называемая пушечная (орудийная) Б. — сплав меди с 10% олова. В 19 в. началось применение Б. в машиностроении (втулки подшипников, золотники паровых машин, шестерни, арматура).

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от:

1) Температурного интервала кристаллизации. Наибольшая жидкотекучесть

характерна для чистых металлов и эвтектических сплавов, а наименьшая – для сплавов на основе твердых растворов, затвердевающих в интервале температур.

(Это связано с температурным интервалом кристаллизации DТкр –разница между температурой начала (ликвидус) и конца (солидус) кристаллизации. Для узкоинтервальных сплавов (DТкр 0 С) характерно последовательное затвердевание отливки от поверхности к центру, наличие узкой двухфазной зоны (Ж+кристаллы), а также сохранение подвижности расплава в форме до затвердевания 60…80% объема отливки. При этом отливки приобретают столбчатую структуру и отличаются повышенной плотностью. Узкоинтервальными являются чистые металлы и эвтектические сплавы.

При широком интервале кристаллизации (DТкр>100 0 С) затвердевание осуществляется посредством образования широкой области твердожидкого состояния, когда в расплаве по всему объему отливки почти одновременно выделяются беспорядочно расположенные дендриты. Течение расплава из-за повышения его вязкости прекращается уже при содержании твердой фазы более 20…35% от объема. В процессе объемного затвердевания кристаллизация оставшейся жидкой фазы приводит к тому, что во всем объеме отливки происходит выделение растворенных в расплаве газов, при этом возникает много пор, заполненных газом, и мелких усадочных раковин.).

2) Вязкость. Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть.

3) Поверхностное натяжение. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается.

4) Температура заливки и формы. С повышением температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается.

5) Теплопроводность материала. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму, которая интенсивно охлаждает расплав.

6) Жидкотекучесть 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.

Жидкотекучесть литейных сплавов определяют путем заливки специальных технологических проб. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной части канала пробы, измеряемую в миллиметрах.

Усадка – свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Линейная усадка– уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

где lф и lот – размеры полости формы и отливки при температуре 20 0 С.

Читать еще:  Технологический процесс литья в песчано глинистые формы

На линейную усадку влияют:

1) Химический состав сплава. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния.

2) Температура заливки. Снижение температуры заливки уменьшает усадку отливок.

3) Скорость охлаждения сплава в форме. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

4) Конструкция отливки и литейной формы.

Объемная усадка – уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемную усадку определяют соотношением, %:

Где Vф и Vот – объем полости формы и отливки при температуре 20 0 С.

Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке:

Сплавы должны иметь возможно меньшую усадку, т. к. она способствует появлению усадочных раковин, пористости, напряжений, вызывающих коробление отливок и трещин. Линейная усадка в среднем составляет: для серого чугуна 1,0–1,3%,углеродистой стали 1,2 – 2,4%, легированной стали 2,5 – 3,0%, силумина 1,0 – 1,5%, магниевых сплавов 1,0 – 1,6%, латуней 1,5 – 1,9%, оловянистых бронз 1,0 – 1,5%, безоловянистых бронз 1,6 – 2,2%.

Усадочные раковины – пустоты, появляющиеся внутри или на поверхности отливки вследствие уменьшения объема металла при затвердевании. Так как стенки формы хорошо отводят тепло, то обычно вблизи них начинается кристаллообразование. Эти первые кристаллиты вырывают атомы из жидкого металла и присоединяют их к себе. Атомы в кристаллах имеют более плотную упаковку, чем в расплаве и занимают меньший объем, поэтому расплава уже недостаточно для того, чтобы полностью заполнить объем формы, что и приводит к образованию открытой воронкообразной усадочной раковины. Склонность сплава к образованию усадочных раковин в отливке возрастает с увеличением объемной усадки и зависит от теплопроводности формы и температуры заливки.

Усадочная пористость – скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла. Вблизи температуры солидуса кристаллы срастаются друг с другом. Это приводит к разобщению ячеек, заключающих в себе остатки жидкой фазы. Затвердевание небольшого объема металла в такой ячейке происходит без доступа к ней питающего расплава из соседних ячеек. В результате усадки в каждой ячейке получается небольшая усадочная раковина. Множество таких межзеренных микроусадочных раковин образует пористость, которая располагается по границам зерен металла.

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. Для этого на отливки устанавливают прибыли – резервуары с расплавленным металлом, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающим последним. Предупредить образование усадочных раковин и пористости позволяет установка в литейную форму наружных или внутренних холодильников. Они выравнивают скорость затвердевания массивной и тонкой частей отливки.

Ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Различают дендритную и зональную ликвацию.

Дендритная ликвация – это неоднородность химического состава в микрообъемах сплава в пределах одного зерна (дендрита). Оси дендрита, затвердевшие раньше, обогащены тугоплавким и обеднены легкоплавким компонентами сплава по сравнению с межосным пространством. Кроме того, растущие первыми оси дендритов содержат меньше примесей, чем межосные пространства, в которые эти примеси оттесняются при образовании дендритов. Это приводит к неравномерному распределение примесей по сечению кристалла.

Для устранения дендритной ликвации отливки подвергают отжигу, в процессе которого выравнивается состав.

Зональная ликвация – это неоднородность химического состава в микрообъемах с градиентом концентраций в отливке в целом или в отдельных ее частях. Она возникает в процессе диффузии примесей из двухфазной зоны кристаллизующейся отливки в объем незатвердевшего расплава всплывания загрязненных примесями объемов вследствие их меньшей плотности по сравнению с основным сплавов и т.д.

Для устранения зональной ликвации необходимо выравнивать толщину стенок отливки, избегая местных скоплений металла, в которых трудно достигнуть равномерного затвердевания отливки. Для уменьшения зональной ликвации необходимо применять рассредоточенный подвод металла в форму, способствующей выравниванию скоростей затвердевания отдельных частей отливки, увеличивать скорость охлаждения отливки за счет использования смесей с высокой теплопроводностью.

Напряжения в отливках – в отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и толстых частей и торможения усадки формой при охлаждении возникают напряжения. Эти напряжения тем выше, чем меньше податливость формы. Если величина напряжений превысит предел прочности литейного сплава, то в теле отливки возникают трещины. Если литейный сплав имеет достаточные прочность и пластичность, искажается геометрическая форма отливок – происходит коробление.

Горячие трещины – возникают при кристаллизации и усадки металла при температуре близкой к температуре солидуса. Они проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплава к горячим трещинам увеличивается при наличии Ne включений, газов (H2, O2, S). Образование горячих трещин вызывает резкие переходы от тонкой части отливки к толстой, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки Þ увеличение зерна + увеличение перепада температур Þ трещина.

Предотвращение – МЗ структура, одновременное охлаждение тонких и толстых частей отливок, увеличение податливости формы, снижение температуры заливки.

Холодные трещины – возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые Þ напряжения Þ трещины. ХТ чаще образуются в тонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность. Предупреждение – равномерное охлаждение – холодильники, сплавы с высокой пластичностью, проводить отжиг отливок.

Коробление – изменение формы и размеров отливки под влиянием внутренних напряжений, возникающих при охлаждении. Коробление увеличивается при усложнении конфигурации отливки и повышение скорости охлаждения, что вызывает неравномерное охлаждение между частями отливки. Предотвращение – увеличивать податливость формы, рациональная конструкция отливки.

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.

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).

Читать еще:  Технология холодного литья

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