Литейные тугоплавкие сплавы

В машиностроении и других отраслях промышленности возникла потребность в сплавах с высокой температурой плавления и повышенной прочностью при высоких температурах. К таким тугоплавким сплавам относятся сплавы на основе титана, ниобия, молибдена, вольфрама, ванадия.

Эти тугоплавкие сплавы имеют высокую химическую активность. При плавлении они обогащаются из атмосферы , огнеупорной футеровки печи примесями и взаимодействуют с кислородом, азотом и водородом.

Все тугоплавкие сплавы при повышенной температуре имеют большую реактивную способность и большое сродство с кислородом.

5. Литейные свойства сплавов

При конструировании литой детали необходимо учитывать литейные свойства сплава: жидкотекучесть, усадку и склонность к ликвации.

Жидкотекучесть

Это способность сплава при заливке воспроизводить рельеф полости формы. При недостаточной толщине стенок отливки или низкой жидкотекучести сплава форма заполняется им неполностью, деталь получается с ''недоливом'' и бракуется.

Жидкотекучесть сплава измеряют с помощью особой технологической пробы – спирали, имеющей трапециевидное поперечное сечение площадью 0,56 квадратных сантиметров. Модель спирали формуют в песчаной форме и заливают испытуемым сплавом. Чем больше жидкотекучесть сплава, тем длиннее участок спирали, заливаемый металлом.

Жидкотекучесть сплава зависит от его физико – химических свойств и температуры в момент заливки. С повышением температуры заливаемого сплава жидкотекучесть увеличивается.

Усадка

Это свойство сплава уменьшаться в объеме и линейных размерах при затвердевании и охлаждении. Линейная и объемная усадки обычно выражаются в процентах. На величину усадки оказывают влияние химический состав и температура заливки сплава. С повышением температуры заливаемого сплава усадка отливки увеличивается.

Линейная усадка. Отливки из серого чугуна имеют в среднем линейную усадку, равную 1 %, из стали – 2 %, из большинства сплавов цветных металлов – 1,5 %. С усадкой сплава связаны многие затруднения в производстве отливок. При затормаживании усадки (выступами формы, стержнями) в отливке возникают напряжения, вызывающие ее коробление, а иногда и образование трещин.

Трещины могут быть горячими и холодными в зависимости от того, в какой период охлаждения они образовались. Горячие трещины появляются при температуре, близкой к температуре затвердевания сплавов, когда они имеют очень низкую прочность.

При затвердевании и последующем охлаждении внешние, более остывшие слои отливки затрудняют усадку горячих внутренних слоев. В результате внутренние слои, находящиеся в пластическом состоянии, будут пластически растянуты, а наружные слои упруго сжаты, что приводит к образованию внутренних напряжений.

Если величина напряжений превысит величину предела прочности материала, то происходит разрушение и появляются трещины; если величина напряжений превышает лишь предел текучести, то возможно искривление отливки.

Трещины, возникающие в затвердевшей отливке в результате внутренних напряжений, называют холодными. Они образуются чаще всего в тонкостенных отливках сложной конфигурации и неравномерного сечения, изготовляемых из сплавов с большой линейной усадкой. При конструировании литой детали необходимо учитывать вредные последствия линейной усадки. В острых внутренних углах при затвердевании отливки образуется стык кристаллов, который при усадке создает узел концентрации напряжений. Поэтому при сопряжении стенок отливки под углом необходимо предусматривать галтели (закругления).

Для предупреждения образования трещин в отливке следует обеспечить свободную ее усадку в форме, не допускать большого числа выступающих частей, затрудняющих усадку.

Для уменьшения коробления отливок необходимо предусматривать равномерное охлаждение их по сечению.

Объемная усадка. Затвердевание отливки происходит послойно, начиная от стенок формы, и постепенно передвигается в глубь тела отливки. Усадка затвердевшей части отливки восполняется за счет еще не затвердевшей части. В результате этого в местах, в которых металл затвердевает в последнюю очередь, образуются усадочные раковины. В отдельных частях литой детали не должно быть большого скопления металла, так как это может привести к образованию усадочной раковины.

Равномерность толщины стенок отливки и размеры скопления металла можно определить диаметром вписанной в сечение отливки окружности. Желательно, чтобы соотношение диаметров вписанных окружностей в близко расположенных сечениях не превышало 1,5. Это можно обеспечить уменьшением радиуса галтели.

Для отливок, получаемых из сплавов с большой объемной усадкой, предусматривают при изготовлении формы место для прибыли. Прибыли располагают в тех местах отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Прибыль изготовляют более массивной, чем стенки отливки.

Ликвация

Это свойство сплава характеризуется появлением неоднородности химического состава в различных частях отливки. В сплавах различают два основных вида ликвации: внутрикристаллическую, характеризующуюся неоднородностью зерна металла, и зональную, когда различные зоны отливки имеют различный химический состав.

На ликвацию оказывает значительное влияние химический состав сплава и скорость охлаждения отливки. Чем крупнее отливка, тем медленнее она охлаждается и тем больше развивается ликвация. В тонкостенных отливках зональная ликвация развита меньше. Ликвационные включения концентрируются в толстых частях отливки. Поэтому при конструировании необходимо предусматривать равномерную толщину стенки литых деталей или конструировать их по принципу направленного затвердевания так, чтобы отливка затвердевала по направлению установленной прибыли. В этом случае большая часть ликвирующих примесей скапливается в прибыли, затвердевающей в последнюю очередь.