Литейные свойства сплавов

Для получения отливок в машиностроении наиболее широко применяются серые, ковкие и высокопрочные чугуны, углеродистые и легированные стали, алюминиевые сплавы, медные сплавы, магниевые сплавы, сплавы на основе тугоплавких металлов.

Для получения качественной отливки литейные сплавы наряду с определенным уровнем механических и физико-химических свойств должны обладать определенным уровнем технологических свойств. Ниже перечислены основные литейные свойства сплавов.

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 – образует недоливы в узких сечениях отливки. Фосфор, кремний и углерод улучшают жидкотекучесть, а сера её ухудшает. В сером чугуне больше углерода, чем в стали, и поэтому он обладает лучшей жидкотекучестью. Чем больше перегрев жидкого металла, тем более тонкостенную отливку можно получить.

Наибольшей жидкотекучестью обладают эвтектические сплавы, чистые металлы и интерметаллиды, кристаллизующиеся при постоянной температуре. По мере увеличения интервала кристаллизации жидкотекучесть уменьшается. Минимально возможная толщина получаемых отливок зависит от их размера и жидкотекучести сплава (табл.2.1).

Определение жидкотекучести производится на технологических пробах, представляющих собой модели плохо заполняющейся отливки. Например, в спиралевидной пробе жидкотекучесть измеряется длиной заполненной части измерительного канала малого сечения.

Таблица 2.1

Минимально возможные толщины отливок

2. Склонность к усадке. Усадка – уменьшение объёма металла и линейных размеров отливки в процессе её кристаллизации и охлаждения в твердом состоянии. Различают объемную и линейную усадку.

Объемная усадка – уменьшение объема металла при кристаллизации, сопровождающееся образованием в массивных сечениях отливки усадочной рыхлоты (пористости) или концентрированной усадочной раковины, так как массивные сечения кристаллизуются последними. Устраняют усадочную раковину установкой прибыли в массивном сечении. Прибыль, имея большее сечение, кристаллизуется медленнее отливки, поэтому питает её жидким металлом при кристаллизации, а усадочная раковина перемещается в прибыль, которую отрезают.

Фактически любая усадка является объемной, просто объемная не проявляется в изменении линейных размеров вследствие образования пустот.

Линейная усадка – уменьшение линейных размеров при охлаждении затвердевшей отливки. Стержни и формовочная смесь оказывают сопротивление линейной усадке металла, следовательно, в отливке возникают внутренние напряжения, приводящие в ряде случаев к короблению и образованию горячих трещин. Для уменьшения внутренних напряжений формовочные и стержневые смеси делают податливыми.

В реальных условиях производства отливок сокращение их размеров в форме не является свободным, так как тормозится вследствие трения отливки о стенки формы, выступающими частями формы, а также недостаточной податливостью стержней. Поэтому действительное изменение размеров отливки характеризуется не линейной усадкой, которая является свободной, а литейной (затруднённой) усадкой. Литейную усадку учитывают при изготовлении модели, увеличивая её размеры по сравнению с отливкой на величину литейной усадки. Линейная усадка серых чугунов равна, примерно 1 %, углеродистой стали – около 2 %, для цветных сплавов – примерно 1,5 %.

3. Склонность к ликвации. Ликвация – неоднородность химического состава сплава по сечению отливки. Различают зональную и дендритную ликвацию. Зональная ликвация – это неоднородность химического состава между отдельными зонами по объему отливки, а дендритная ликвация – неоднородность химического состава в пределах одного зерна. Ликвация приводит к увеличению неоднородности механических свойств отливки. Чем больше скорость охлаждения (т.е. чем меньше отливка), тем меньше развивается ликвация. Целесообразно отливки конструировать так, чтобы их затвердевание шло по направлению к установленной прибыли. В этом случае большая часть ликвирующих примесей скапливается в прибыли, затвердевающей последней.

4. Склонность к газопоглощению. Газопоглощение – способность литейных сплавов в жидком состоянии растворять кислород, азот, водород. Чем больше перегрев расплава, тем больше газопоглощение. В литейной форме расплав охлаждается, уменьшается растворимость газов, они выделяются с возможным образованием газовых раковин. Поэтому формовочная и стержневые смеси должны иметь хорошую газопроницаемость.