Основные литейные сплавы
1. Чугун (см. все записи с тегом чугуны) является наиболее распространенным
материалом для получения фасонных отливок.
Чугунные отливки составляют около 80 %
всех отливок.
Широкое распространение чугун
получил благодаря хорошим технологическим
свойствам и относительной дешевизне.
Из серого
чугуна получают самые дешевые отливки
(в 1,5 раза дешевле, чем стальные, в несколько
раз – чем из цветных металлов). Область
применения чугунов расширяется вследствие
непрерывного повышения его прочностных
и технологических характеристик. Используют серые, высокопрочные, ковкиеи легированные чугуны.
2. Сталь (см. все записи с тегом стали и сплавы) как литейный материал применяют для
получения отливок деталей, которые наряду
с высокой прочностью должны обладать
хорошими пластическими свойствами. Чем
ответственнее машина, тем более значительна
доля стальных отливок, идущих на ее изготовление.
Стальное литье составляет: в тепловозах – 40…50% от массы
машины; в энергетическом и тяжелом машиностроении
(колеса гидравлических турбин с массой
85 тонн, иногда несколько сотен тонн) –
до 60%. Стальные отливки после соответствующей термической
обработки не уступают по механическим
свойствам поковкам.
Используются: углеродистые
стали 15Л…55Л; легированные стали 25ГСЛ,
30ХГСЛ, 110Г13Л; нержавеющие стали 10Х13Л, 12Х18Н9ТЛ
и др.
Среди литейных материалов
из сплавов цветных металлов широкое применение
нашли медные и алюминиевые сплавы:
1. Медные сплавы – бронзы и латуни.
Латуни – наиболее распространенные
медные сплавы. Для изготовления различной
аппаратуры для морских судостроения,
работающей при температуре 300о С, втулок
и сепараторов подшипников, нажимных винтов
и гаек прокатных
станов, червячных винтов применяют
сложнолегированные латуни. Обладают
хорошей износостойкостью, антифрикционными
свойствами, коррозионной стойкостью.
Из оловянных бронз (БрО3Ц7С5Н1)
изготавливают арматуру, шестерни, подшипники,
втулки.
Безоловянные бронзы по некоторым свойствам превосходят
оловянные. Они обладают более высокими
механическими свойствами, антифрикционными
свойствами, коррозионной стойкостью.
Однако литейные свойства их хуже. Применяют
для изготовления гребных винтов крупных
судов, тяжело нагруженных шестерен и
зубчатых колес, корпусов насосов, деталей
химической и пищевой промышленности.
2. Алюминиевые
сплавы. Отливки из алюминиевых
сплавов составляют около 70% цветного
литья. Они обладают высокой удельной
прочностью, высокими литейными свойствами,
коррозионной стойкостью в атмосферных
условиях.
Наиболее высокими литейными
свойствами обладают сплавы системы алюминий
– кремний (Al-Si) – силумины АЛ2, АЛ9. Они
широко применяются в машиностроении,
автомобильной и авиационной промышленности,
электротехнической промышленности (см. Электротехника).
Также используются сплавы
систем: алюминий – медь, алюминий – медь
– кремний, алюминий – магний.
3. Магниевые сплавы обладают высокими механическими
свойствами, но их литейные свойства невысоки.
Сплавы системы магний–алюминий–цинк–марганец
применяют в приборостроении, в авиационной
промышленности, в текстильном машиностроении.
Литейное
производство
Литейная технология – это
процесс получения литых заготовок путем
заливки расплавленного металла в формы,
полость которых повторяет конфигурацию
отливки. При охлаждении металл отвердевает
и принимает конфигурацию полости формы.
Литьем получают разнообразные
конструкции отливок массой от нескольких
грамм до 300т, длиной от нескольких сантиметров
до 20м, со стенками толщиной 0,5-500 мм(блоки
цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса
и крышки редукторов, зубчатые колеса,
станины станков, станины прокатных станов,
турбинные лопатки и т.д.). Отливки получают
из черных сплавов (чугуны, стали) и цветных
сплавов(алюминиевых, магниевых, медных,
цинковых, титановых и др.).
Для получения расплава применяют
шихтовые материалы:
- небольшие слитки металлургического
производства (чушки)
- отходы собственного производства
- лом
- флюсы
Различные сплавы имеют разные
литейные свойства, которые характеризуются
следующими параметрами:
1)Жидкотекучесть -
это способность металлов и сплавов течь
в расплавленном состоянии по каналам
литейной формы, заполнять её полости
и чётко воспроизводить контуры отливки.
Жидкотекучесть литейных сплавов
зависит от температурного интервала
кристаллизации, вязкости и поверхностного
натяжения расплава, температуры заливки
и формы, свойств формы и т. д. Чистые металлы
и сплавы, затвердевающие при постоянной
температуре (эвтектоидные сплавы), обладают
лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие
твёрдые растворы и затвердевающие в интервале
температур. Чем выше вязкость, тем меньше
жидкотекучесть. С увеличением поверхностного
натяжения жидкотекучесть понижается
и тем больше, чем тоньше канал в литейной
форме; с повышением температуры заливки
расплавленного металла и температуры
формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение
теплопроводности материала формы снижает
жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит
теплоту медленнее, и расплавленный металл
заполняет её лучше, чем металлическую
форму. Наибольшей жидкотекучестью обладает
серый чугун, наименьшей - магниевые сплавы
2)Усадка -
Свойство литейных сплавов уменьшать
объём при затвердевании и охлаждении.
Усадочные процессы в отливках протекают
с момента заливки расплавленного металла
в форму вплоть до полного охлаждения
отливки. Различают объёмную и линейную
усадку, выражаемую в относительных единицах.
Линейная усадка - уменьшение линейных размеров
отливки при её охлаждении от температуры,
при которой образуется прочная корка,
способная противостоять давлению расплавленного
металла, до температуры окружающей среды.
Линейную усадку определяют соотношением,
%:
где lф и lотл – размеры
полости формы и отливки при температуре
20°C.
На линейную усадку влияют химический
состав сплава, температура его заливки,
скорость охлаждения сплава в форме, конструкция
отливки и литейной формы. Так, усадка серого
чугуна уменьшается с увеличением содержания
углерода и кремния. Усадку алюминиевых
сплавов уменьшаем повышение содержания
кремния. Усадку отливок уменьшает снижение
температуры заливки. Увеличение скорости
отвода теплоты от залитого в форму сплава
приводит к возрастанию усадки отливки.
При охлаждении отливки происходит
механическое и термическое торможение
усадки. Механическое торможение возникает
вследствие трения между отливкой и формой.
Термическое торможение обусловлено различными
скоростями охлаждения отдельных частей
отливки. Сложные по конфигурации отливки
подвергаются совместному воздействию
механического и термического торможения.
Линейная усадка для серого
чугуна составляет 0,9-1,3%, для высокопрочного
чугуна до 1.7%, для ковкого чугуна …%, для
углеродистых сталей 2-2,4%, для алюминиевых
сплавов 0,9-1,5%, для медных 1,4-2,3%.
Объёмная усадка - уменьшение объёма сплава
при его охлаждении в литейной форме при
формировании отливки. Объёмную усадку
определяют соотношением, %:
где Vф и Vотл – объем
полости формы и отливки при температуре
20°C. Объемная усадка приблизительно равна
утроенной линейной усадке.
Усадка в отливках проявляется
в виде:
усадочных раковин - сравнительно
крупных полостей, расположенных в местах
отливки, которые затвердевают последними; (На рис.2 показан процесс образования усадочной раковины в отливке.)
усадочной пористости - скопление
пустот, образовавшихся в отливке в обширной
зоне в результате усадки в тех местах
отливки, которые затвердели последними без доступа к ним расплавленного металла;
короблений - изменение формы
и размеров отливки под влиянием напряжений,
возникающих при охлаждении.
Более подробную информацию
о технологических свойствах отливок
можно посмотреть на страничке
кафедры МТ13.
Существует несколько способов
изготовления отливок. Перечислим основные
из них : литье в песчаные формы(ПФ), литье
в кокиль(К), литье по выплавляемым моделям(ВМ),
литье под давлением(Д).
Литье в песчаные
формы.
1.Сущность процесса заключается в изготовлении
отливок свободной заливкой расплавленного
металла в песчаную форму. После затвердевания
и охлаждения отливки осуществляется
ее выбивка с одновременным разрушением
формы.
2.Материалы и
оснастка.
1)Песчаная форма(ПФ) – разовая
литейная форма, изготовленная из уплотненной
формовочной смеси. ПФ состоит из двух
полуформ. Для образования отверстий применяются
песчаные стержни.
2)Типовые составы формовочных
и стержневых смесей.
3)Модельный комплект : модель
детали, модели элементов литниковой системы,
модельные плиты, стержневые ящики.
4)Опоки.
3.Основные технологические
операции.
1)Изготовление полуформ
по модельным плитам(наиболее распространенными
способами уплотнения смеси при машинной
формовке являются прессование, встряхивание
и их сочетание).
2)Изготовление стержней.
3)Сборка формы с простановкой
стержней и подготовка ее к
заливке.
4)Заливка форм расплавленным
металлом.
5)Затвердевание и охлаждение
отливок.
6)выбивка отливок из
форм и стержней из отливок.
7)отделение литниковой
системы от отливок, их очистка
и зачистка.
8)контроль качества отливок.
Возможные дефекты отливок,
причины и меры по их устранению.
1)Недоливы и спаи.
Образуются от неслившихся потоков металла,
затвердевающих до заполнения формы. Возможные
причины: холодный металл, питатели малого
сечения.
2)Усадочные раковины –
закрытые внутренние полости в отливках
с рваной поверхтностью. Возникают вследствие
усадки сплавов, недостаточного питания.
Устраняют с помощью прибылей.
3)Горячие трещины в
отливках возникают в процессе кристаллизации
и усадки металла при переходе из жидкого
состояния в твердое при температуре,
близкой к температуре солидуса. Склонность
сплава к образованию горячих трещин увеличивается
при наличии неметаллических включений,
газов, серы и других примесей. Образование
горячих трещин вызывают резкие перепады
толщин стенок, острые углы, выступающие
части. Высокая температура заливки также
повышает вероятность образования горячих
трещин.
Для предупреждения образования
горячих трещин в отливках необходимо
обеспечивать одновременное охлаждение
толстых и тонких частей отливок; увеличивать
податливость литейных форм; по возможности
снижать температуру заливки сплава.
4)Пригар –
трудноудаляемый слой формовочной или
стержневой смеси, приварившийся к отливке.
Возникает при недостаточной огнеупорности
смеси или слишком большой температуре
металла.
5)Песчаные раковины –
полости в теле отливки, заполненные формовочной
смесью. Возникают при недостаточной прочности
формовочной смеси.
6)Газовые раковины –полости
отливки округлой формы с гладкой окисленной
поверхностью. Возникают при высокой влажности
и низкой газопроницаемости формы.
7)Перекос.
Возникает из-за неправильной центровки.
4.Область применения.
Применяют во всех областях
машиностроения. Получают отливки любой
конфигурации 1…6 групп сложности. Точность
размеров соответствует 6…14 группам. Параметр
шероховатости Rz=630…80мкм.
Можно изготавливать отливки
массой до 250т. с толщиной стенки свыше
3мм.
5.Преимущества.
- конфигурация 1…6 групп сложности
- возможность механизировать
производство
- дешевизна изготовления отливок
- возможность изготовления
отливок большой массы
- отливки изготовляют из всех
литейных сплавов, кроме тугоплавких
6.Недостатки.
- плохие санитарные условия
- большая шероховатость поверхности
- толщина стенок > 3мм
- вероятность дефектов больше,
чем при др. способах литья.
Литье
по выплавляемым моделям.
1.Сущность процесса заключается в изготовлении
отливок заливкой расплавленного металла
в тонкостенные, неразъемные, разовые
литейные формы, изготовленные из специальной
огнеупорной смеси по разовым моделям.
Разовые выплавляемые модели изготовляют
в пресс-формах из модельных составов.
Перед заливкой модель удаляется из формы
выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения
остатков модельного состава и упрочнения
форма нагревается и прокаливается. Заливка
осуществляется в разогретые формы для
улучшения заполняемости.