Раздел 2. Литейные свойства расплавов. Литниково-питающие системы
Литейные свойства расплавов
Получение качественных отливок в основном зависит от свойств металла в жидком состоянии, при переходе в твердое состояние (ликвидус-солидус) и при охлаждении в литейной форме.
Принята следующая классификация литейных свойств.
1. Жидкотекучесть – заполнение сплавом формы и четкость её отпечатков в области жидкого и жидко-твердого состояния.
2. Усадка – объемная в области жидкого и жидко-твердого состояний; при фазовых изменениях; объемная и линейная в области твердо-жидкого и твердого состояний.
3. Степень поражения усадочными раковинами и усадочной пористостью.
4. Степень поражения неметаллическими включениями (состав, количество, форма и расположение в отливке; образование в зависимости от состава сплава и разливки).
5. Склонность к газопоглощению и пленообразованию.
6. Состояние первичной и вторичной кристаллизации, зависит от химического состава, процесса плавки, разливки, раскисления, модифицирования, скорости охлаждения (вид кривой затвердевания, структурной диаграммы).
7. Склонность к ликвации. Ликвация - неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образуется при кристаллизации слитка, непрерывнолитой заготовки и отливки. Ликвация возникает в результате того, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур).
8. Трещиноустойчивость.
9. Склонность к образованию линейных напряжений: термические, фазовые, усадочные.
10. Способность взаимодействовать с окружающей средой и материалом литейной формы (в области жидкого состояния, при затвердевании, остывании, термической обработке).
Как видно, в классификацию литейных свойств включены не только собственно литейные свойства, но и литейные дефекты.
Жидкотекучесть
Жидкотекучесть – это способность металла заполнять литейную форму и воспроизводить все ее очертания, способствовать хорошему питанию отливки и удалению газов, что снижает опасность возникновения таких дефектов, как усадочные и газовые раковины, пористость, горячие трещины.
Жидкотекучесть определяется экспериментально с помощью технологических проб (спиралевидная, U-образная и др.)
1. Физико-химических свойств сплава: химический состав, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплоемкость, интервал кристаллизации, теплота кристаллизации, содержание неметаллических включений и газов.
Жидкотекучесть возрастает с увеличением содержания кремния, фосфора и особенно углерода, достигая максимума в чугунах эвтектического состава, определяемого суммой С + 1/3Si + 1/2Р. Фосфор улучшает жидкотекучесть чугуна, уменьшая его поверхностное натяжение и вязкость, образуя легкоплавкую фосфидную эвтектику. Большое значение имеет повышенное содержание фосфора до 1,0-1,5% для художественного литья, где требуется повышенная жидкотекучесть.
Сера и марганец в отдельности слабо влияют на жидкотекучесть, но при наличии обоих этих элементов образуется MnS, сильно понижающий жидкотекучесть.
2. Свойства литейной формы (состав формовочной смеси, влажность, газопроницаемость, плотность, температура, теплоемкость и теплопроводность). При заливке в горячие прокаленные формы, жидкотекучесть увеличивается.
3. Условий заливки (гидростатический напор, скорость заливки, температура металла и формы).
Количество жидкой фазы, при которой наступает нулевая жидкотекучесть, зависит от строения и размеров первичных кристаллов. Например, нулевая жидкотекучесть стали и чугуна наступает соответственно при образовании 20 и 30% твердой фазы.
Для чугуна часто применяют спиральную пробу (рисунок 1), имеющую трапециевидное сечение площадью 0,56 см2. После заливки измеряют длину заполнившейся части спирали, которая и характеризует жидкотекучесть.
Рисунок 1– Технологическая проба для определения жидкотекучести чугуна
Различают жидкотекучесть нулевую, истинную (параллельно нулевой), и условно-истинную (параллельно линии ликвидуса). Но т.к. на практике эти жидкотекучести определить очень сложно, то пользуются практической жидкотекучестью – определенная температура перегрева над линией ликвидуса.
l0 – нулевая; lи – истинная; lуи – условно-истинная при постоянном перегреве над tл; lпр – практическая.
Рисунок 2– Виды жидкотекучестей металлических расплавов
Мерой величины жидкотекучести может быть длина прутка L, которая была заполнена до остановки течения (рисунок 3).
Рисунок 3 – Прутковая проба для определения формозаполняемости
Длина L-ℓ – формозаполняемость. Ее оценивают по формуле
.
Усадка
Усадкой называется свойство металлов и сплавов изменять (уменьшать) объем при затвердевании и охлаждении. Усадка относится к числу важнейших литейных свойств, так как с ней связаны основные технологические трудности в производстве фасонных отливок.
Различают три основных периода усадки:
1) в жидком состоянии до наступления температуры кристаллизации;
2) в процессе кристаллизации (в температурном интервале ликвидус-солидус);
3) в твердом состоянии.
Различают также линейную εлин и обёмную εv усадки:
, ,
где ℓф – линейный размер литейной формы; ℓотл – размер отливки после затвердевания; Vф – объем формы; Vотл – объем отливки при комнатной температуре.
У некоторых сплавов при определенной температуре могут происходить фазовые превращения, при этом происходит увеличение размеров, называемое предусадочным расширением.
Установлено, что линейная усадка начинается не с момента полного затвердевания отливки, а несколько раньше, когда образуется достаточно прочный скелет из соприкасающихся дендритов, способный противостоять давлению жидкого металла.
Литейная усадка – разница между линейными размерами модели ℓм и отливки ℓотл.
.
Литейная усадка отличается от линейной, т.к. она зависит не только от свойств и состояния металла, но и от конструкции отливки, формы и других факторов, т.е. может происходить механическое и термическое торможение при кристаллизации. В связи с этим различают свободную и затрудненную усадки.
Полная объемная усадка определяется
,
где – усадка металла в жидком состоянии; – средний объемный коэффициент усадки металла в жидком состоянии; – усадка в температурном интервале ликвидус-солидус; – усадка в твердом состоянии.
Дата добавления: 2016-02-20; просмотров: 1344;