Основные 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.

Литейные свойства сплавов

Литейные сплавы и их применение

Литейные сплавы получают сплавлением двух или нескольких металлов и неметаллов. Такие сплавы должны обладать хорошей жидкотекучестью и теплопроводностью, повышенной пластичностью и др. Практическое значение литейных сплавов определяет то, что они по некоторым свойствам (прочности, твердости, способности воспроизводить очертания литейных форм, обрабатываемости режущим инструментом и др.) превосходят чистые металлы.

Важное место в литейном производстве занимают сплавы с особыми физическими свойствами (например, электропроводностью, магнитной проницаемостью и др.).

Сплавы в зависимости от химического состава отличаются друг от друга температурой плавления, химической активностью, вязкостью в расплавленном состоянии, прочностью, пластичностью и другими свойствами. Для производства фасонных отливок применяют серые, высокопрочные, ковкие и другие чугуны, углеродистые и легированные стали, сплавы алюминия, магния, меди, титана и др.

Не все сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовления фасонных отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить отливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с определенными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным свойствам сплавов относят жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой — полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы. Жидкотекучесть сплавов определяют по специальным пробам. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной спирали в литейной форме, и она зависит от многих факторов. Например, повышение температуры заливки увеличивает жидкотекучесть всех сплавов. Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее отводится тепло от залитого металла, тем ниже жидкотекучесть.

Неметаллические включения снижают жидкотекучесть сплавов. На жидкотекучесть влияет химический состав сплавов: с увеличением в исходном материале содержания серы, кислорода и хрома жидкотекучесть снижается, а с повышением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода — увеличивается.

В зависимости от жидкотекучести сплава выбирают минимальную толщину стенок отливок. Например, при изготовлении мелких отливок из серого чугуна в песчаных формах минимальная толщина стенок составляет 3-4 мм, для средних — 8—10 мм, в для крупных — 12—15 мм; для стальных отливок, соответственно, 5—7, 10—12, 15—20 мм.

Усадка — процесс уменьшения объема отливки при охлаждении, начиная с некоторой температуры жидкого металла в литейной форме до температуры окружающей среды. Усадка протекает в жидком состоянии, при затвердевании в процессе кристаллизации и в твердом состоянии. Различают линейную и объемную усадки, которые определяют в процентах. Величина усадки сплавов зависит от их химического состава, температуры заливки, конфигурации отливки и других факторов. Наименьшую линейную усадку имеет серый чугун (0,9—1,3 %) и алюминиевые сплавы — силумины (0,9—1,3 %). Стали и некоторые сплавы цветных металлов имеют усадку от 1,8 до 2,5 %. Изготовлять отливки из сплавов с повышенной усадкой сложно, так как в массивных частях отливки образуются усадочные раковины и усадочная пористость. Для предупреждения образования усадочных раковин предусматривают установку прибылей — дополнительных резервуаров с расплавленным металлом для питания отливок в процессе их затвердевания.

Напряжения в отливках возникают вследствие неравномерного их охлаждения и механического торможения усадки. Они характерны для отливок с различной толщиной стенок. При затвердевании температура отливки в массивных частях выше, чем снаружи или в тонких сечениях. Поэтому усадка в отдельных местах по величине различна, но так как части одной и той же отливки не могут изменять свои размеры независимо друг от друга, то в ней возникают напряжения, которые могут вызывать образование трещин или коробление. Для предупреждения образования больших напряжений и трещин необходимо в конструкции литой детали предусматривать равномерную толщину стенок, плавные переходы и устранять элементы, затрудняющие усадку сплава, а также использовать литейные формы и стержни повышенной податливости. Трещины довольно часто образуются в отливках из углеродистых и легированных сталей, сплавов магния и многих алюминиевых сплавов (подробнее о дефектах см. раздел 5).

Газопоглощение—способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава она увеличивается незначительно, несколько возрастает при плавлении и резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, и в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы. Для уменьшения газонасыщенности сплавов применяют плавление в вакууме или в среде инертных газов и другие методы.

Ликвация — неоднородность химического состава в различных частях отливки. Различают ликвации зональную и дендритную (внутризеренную).

Зональная ликвация — это в объеме всей затвердевшей литой детали. Дендритная химическая неоднородность — ликвация — химическая неоднородность в пределах одного зерна (дендрита) сплава. Ликвация зависит от химического состава сплава, конфигурации отливки, скорости охлаждения и других факторов.

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 .

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 Ь_ф приводит к возрастанию теплоотвода с поверхности расплава, что сокращает время затвердевания металла и тем самым снижает жидкотекучесть. Так, для чугунной формы b_ф 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); t_Q — температура нулевой жидкотекучести; t_u 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):

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 р_м — плотность расплава; у_ф — 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 е_лин и объемную е_у усадки, %:

где — размеры и объемы формы и отливки соответственно.

Полная объемная усадка е_уполн складывается из усадки сплава в жидком состоянии е^, при затвердевании е_уз 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.