Литейные свойства сплавов

 

Есть сплавы, из которых изделия получают методами пластического деформирования (обработкой давлением), а есть литейные, из которых выгоднее отливать детали. Есть сплавы, пригодные и для литья, и для обработки давлением, например, некоторые бронзы. Чугуны являются чисто литейными сплавами.

Литейные сплавы должны обладать следующими свойствами: хорошей жидкотекучестью, малой линейной и объёмной усадкой, не иметь склонности к образованию трещин и газовых раковин и пор.

1. Жидкотекучесть – способность сплава в жидком состоянии течь по каналам формы, заполнять все ее полости и точно воспроизводить контуры отливки.

Определяется жидкотекучесть заливкой технологической спиральной пробы (рис. 29). Мера жидкотекучести – длина заполненной части спирального канала в мм. Есть сплавы, текущие по каналам формы легко, как вода, а есть – вязкие, текущие медленно, как мёд.

У лучших литейных сплавов – серых чугунов – жидкотекучесть достигает 1500 мм; у магниевых сплавов – всего 200 мм.

Для оценки жидкотекучести при художественном литье выполняют клиновую пробу: чем меньше r, тем лучше.

Чтобы повысить жидкотекучесть, можно сильно перегреть сплав перед заливкой или подогреть форму.

2. Усадка – уменьшение линейных размеров и объёма сплава при охлаждении.

Все металлы (кроме висмута) уменьшают объём при кристаллизации; при охлаждении, как известно, твёрдые тела сжимаются (уменьшаются средние межатомные расстояния). Усадка – явление неизбежное, поэтому важно правильно учитывать эти изменения размеров при проектировании литейной оснастки.

Выражается усадка в относительных единицах:

линейная усадка

где l_ф и l_о – линейные размеры формы и отливки при 20 ºС;

объемная усадка

где v_ф и v_о – объём формы и отливки при 20 ºС.

Объемную усадку обычно не подсчитывают, так как можно считать, что

ε_об ≈ 3ε_л.

Хорошие литейные сплавы – силумины, чугуны – дают усадку чуть меньше 1 %, стали и медные сплавы – 2,5-3 %.

Усадка увеличивается при большом перегреве металла перед заливкой и за счет большой теплопроводности формы.

Усадка может приводить к возникновению дефектов: усадочных раковин, трещин, коробления.

Усадочная раковина – крупная полость, образуется в той части отливки, которая затвердевает последней (см. рис. 30, а).

Иногда возникает не одна крупная раковина, а множество мелких – усадочная пористость (см. рис. 30, б).

 

а б

Рис. 30. Усадочная раковина (а) и усадочная пористость (б)

 

Чтобы предотвратить образование усадочных раковин, применяют прибыли – массивные резервуары с расплавленным металлом, питающие отливку до окончания кристаллизации (рис. 31).

Рис. 31. Усадочная раковина
сосредотачивается в прибыли

 

3. Склонность к образованию трещин.

При затвердевании толстые и тонкие части отливки испытывают неравномерную усадку, к тому же усадке может мешать форма. На рис. 32, а показано, что выступ 1 на поверхности формы не дает затвердевшему металлу сокращаться. На рис. 32, б сама конструкция отливки такова, что тонкие рёбра жёсткости кристаллизуются быстрее и тормозят дальнейшее сокращение размеров.

а б

Рис. 32. Усадке мешает форма (а); неравномерная усадка (б)

 

В результате в металле отливки возникают внутренние напряжения. Если они превышают прочность сплава, могут образоваться трещины.

Горячие трещины возникают в начале затвердевания. Обычно они широкие, рваные, с окисленной чёрной поверхностью. Их образованию способствуют вредные примеси (в сталях – газы и сера), высокая температура заливки, резкие перепады сечения отливки, острые углы. Для предотвращения их появления надо избавляться от всех названных причин.

Холодные трещины возникают после полного затвердевания. Они тонкие, с чистой поверхностью, внешне малозаметны и поэтому особенно опасны. Усадка продолжается и в твёрдом состоянии, поэтому напряжения растут. Способствуют появлению холодных трещин вредные примеси, особенно фосфор, сложная форма отливки, резкие перепады сечения. Надо обеспечивать равномерное охлаждение или отжигать отливки (помещать в печь и медленно охлаждать вместе с печью).

Если напряжения не выше предела прочности, но выше предела текучести сплава, то может возникнуть коробление – искажение формы отливки, особенно тонкостенной.

4. Склонность к образованию газовых раковин и пор.

Расплавленные металлы всегда растворяют в себе газы – тем больше, чем выше температура расплава. Они захватывают газы из атмосферы и при испарении влаги из формовочной смеси. Газы образуют пузыри в теле отливки. Большие пузыри называются раковинами, мелкие – порами. Формы и стержни надо хорошо просушивать, делать выпоры (каналы) для выхода газов, не завышать температуру заливки. Самый действенный способ – дегазация металла перед разливкой.

 

Формовочные материалы

 

Это кварцевые формовочные пески и литейные формовочные глины. Из них, добавляя влагу и некоторые другие вещества, получают формовочные смеси.

Требования к формовочным смесям:

1) Огнеупорность. Смесь не должна размягчаться и расплавляться при контакте с расплавленным металлом.

2) Прочность. Смесь не должна разрушаться при извлечении модели, транспортировке формы и заливке.

3) Пластичность – способность точно воспроизводить контуры модели при формовке.

4) Газопроницаемость – способность пропускать образующиеся в ходе заливки газы к поверхности формы.

5) Податливость. Смесь не должна мешать усадке отливки.

6) Долговечность. Смесь должна сохранять свои свойства при многократном использовании.