Технологічність ливарних сплавів

Литу заготовку - виливок отримують заливанням розплавленого металу в ливарну форму. Для отримання якісної виливки метал повинен легко заповнювати форму і точно відтворювати її конфігурацію, що досягається при хорошій жидкотекучести сплаву і його малої усадки. Ці властивості, а також мала схильність до ліквації характеризують технологічність ливарних сплавів.

Жидкотекучесть (здатність заповнювати форму) оцінюють за допомогою спеціальних технологічних проб. Використовують, зокрема, спіральну пробу (рис. 11.1). У пробу заливають рідкий метал, який остигає в міру того, як тече по спіралі. Його протягом припиняється, коли метал твердне. Жидкотекучесть визначають по довжині спіралеподібного прутка. Цілком очевидно, що текучість сплаву тим краще, чим нижче температура його затвердіння. Такий метал затвердіє пізніше, тобто протече по спіралі далі.

Мала ізоляція характерна для сплавів, що утворюють діаграми стану з близько розташованими лініями ликвидус і солидус (див. 3.4.2).

Аналіз діаграм стану показує, що двох названих вимогам відповідають сплави евтектичного складу. Ці сплави мають найменшу температуру затвердіння, лінії ликвидус і солидус у них збігаються.

При затвердінні обсяг металу зменшується, тобто відбувається усадка. Розрізняють об'ємну і лінійну усадку - це різниця (%) в обсягах і лінійних розмірах ливарної форми (розміри форми відповідають розмірам розплавленого металу) і твердого металу. Для визначення лінійної усадки використовують технологічні проби. Метал заливають у форми певних розмірів (наприклад, з квадратним перетином 20 × 20 мм і довжиною від 130

Спіральна технологічна проба на вологотекучість

Мал. 11.1. Спіральна технологічна проба на вологотекучість

до 400 мм). Лінійна усадка складе: усадка вельми важлива при виробництві фасонного лиття, тобто виробів складної форми; і - довжина форми і виливки відповідно.

Мала усадка вельми важлива при виробництві фасонного лиття, тобто виробів складної форми. Обсяг сплаву в цьому випадку повинен мало змінюватися (зменшуватися) при затвердінні, що можливо, якщо в структурі сплаву є фази малої щільності, тобто мають велику питому обсяг, або пори (див. 1.3.5). Їх наявність компенсує зменшення обсягу металу при затвердінні.

Ливарнісплави

Найбільше поширення для виготовлення відливок отримали чавуни, алюмінієві сплави - силуміну і сплави на основі міді - бронзи. Структура і властивості таких сплавів детально розглянута вище (див. 8.1 і 8.2), тому тут ми зупинимося тільки на їх ливарних властивостях.

Чавуни

Найбільша кількість виливків в машинобудуванні за масою (близько 70%) - це чавунне лиття. З чавуну виготовляють масивні виливки (станини верстатів, пресів і ін.) - Деталі, що забезпечують міцність, жорсткість і точність обладнання. З чавунів відливають різні корпуси (наприклад, коробки передач), а також деякі навантажені деталі - колінчаті вали.

Високі ливарні властивості визначаються наявністю в структурі чавунів евтектики (див. Рис. 4.4, діаграма "Fe - Fe3C"). Кращими ливарними властивостями володіють евтектичних чавуни, їх хімічний склад визначається вмістом вуглецю, постійних домішок і легуючих компонентів.

Евтектична концентрація вуглецю дорівнює 4,3% (див. Рис. 4.4). Евтектичних чавун має дуже низьку міцність через великої кількості в структурі крихкого цементиту. Підвищення концентрації вуглецю (більше 4,3%) погіршує одночасно і міцність (метал стає дуже крихким), і ливарні властивості.

Для забезпечення задовільних механічних властивостей вміст вуглецю в чавунах має становити 2,5 ... 3,5%. Однак при цьому температура ликвидус (тобто початку затвердіння) підвищується, погіршуючи тим самим вологотекучість.

Структура чавунів залежить не тільки від вмісту вуглецю, але також і від інших компонентів. Вони можуть бути присутніми в чавунах в якості домішок (кремній) або у вигляді спеціально вводяться легуючих елементів (наприклад, спеціально вводиться кремній в кількостях більших, ніж домішкові, нікель і ін.). Їх наявність і кількість змінює евтектичну вміст вуглецю і тим самим вологотекучість.

Жидкотекучесть чавунів різного хімічного складу оцінюють ступенем евтектічності ( ). При чавун є евтектичним. Інтегральна оцінка впливу хімічного складу чавуну на його волого текучість, тобто , Описується наступною залежністю:

Для того щоб дотримувалися рівність , тобто щоб чавун мав евтектичних склад, необхідно рівність чисельника і знаменника. Таким чином, всі компоненти, що зменшують значення знаменника зрушують евтектичних склад чавуну до меншого змісту вуглецю, і навпаки.

Найбільш сильний вплив на структуру чавунів надає кремній, який знижує розчинність вуглецю в аустеніт, зменшуючи тим самим його концентрацію в евтектиці. Лінія SE і евтектична точка C діаграми "залізо - вуглець" зсуваються вліво, в сторону менших концентрацій вуглецю (див. Рис. 4.4, 6.7).

З наведеної залежності випливає, що 1% кремнію знижує вміст вуглецю в евтектиці приблизно на 0,3%. Якщо в сплавах без кремнію вміст вуглецю в евтектиці (ледебурит) 4,3%, то при 4% кремнію вміст вуглецю в Ледебур зменшується до 3,1%. Такий чавун поряд з високою жидкотекучестью володіє задовільною міцністю.

Аналогічно кремнію вплив фосфору, який підвищує текучість чавунів внаслідок утворення легкоплавку фосфідную евтектики (температура плавлення 950 ° С). У зв'язку з цим допустимий вміст фосфору (шкідлива домішка, що знижує міцність) в чавунах значно більше, ніж в сталях: 0,1 ... 0,2% для чавунів, що застосовуються в машинобудуванні, 0,4 ... 0,5% для виготовлення литих виробів складної форми (наприклад, художнє лиття).

Збільшують вміст вуглецю в евтектиці карбідо- утворюють компоненти - хром (найзначніше), молібден, марганець.

Мала усадка чавунів (1,5%) забезпечується за рахунок фази малої щільності, що має більший питомий об'єм, - графіту. Його щільність (1,7 ... 1,9 г / мм3) значно менше, ніж заліза (7,8 г / мм3).

Силуміни

Це ливарні сплави на основі алюмінію, в яких основним легуючим компонентом є кремній. Силуміни не конкурують з чавунами, маючи власну сферу застосування. Їх міцність значно нижче, тому з них виготовляють ненавантажені деталі. Основна відмінність силуминов від чавунів (і це їх гідність) - мала щільність, що обумовлює їх застосування в конструкціях, де необхідна економія ваги (авіація, космос). Низька температура плавлення і мала усадка (1,2%) визначають можливість застосування сплавів для виготовлення деталей складної форми. Виливки отримують литтям в піщані форми, литтям під тиском.

Підвищення механічних властивостей зі збереженням високої жидкотекучести силуминов досягається модифицированием хлористими і фтористими солями натрію (2/3 NaF +1/3 NaCl). Модифікатор вводиться в розплав перед розливанням металу в форми.

Покажемо вплив модифікування на властивості сплаву АК12 евтектичного складу (10 ... 12% Si, решта - А1). Модифікування знижує температуру кристалізації (затвердіння) евтектики і змінює її хімічний склад. Евтектика містить більше кремнію (рис. 11.2); сплав перетворюється в доевтектичний, при цьому температура початку кристалізації практично така ж, як у немодифицированного евтектичного сплаву. Внаслідок зниження температури евтектичного перетворення евтектика виходить дрібнозернистим. У структурі доевтектичний сплаву гарантовано відсутні тендітні включення кремнію. Така зміна структури призводить до підвищення та міцності, і пластичності: межа міцності зростає з 130 до 180 МПа; межа плинності з 20 до 80 МПа; відносне подовження з 2 до 6%.

Бронзи

Їх застосування в якості ливарних матеріалів визначається перш за все малою усадкою за рахунок великої розсіяною пористості, при цьому в відливання немає

Вплив модифікування на умови кристалізації (діаграму стану) сплавів системи "Аl - Si"

Мал. 11.2. Вплив модифікування на умови кристалізації (діаграму стану) сплавів системи "Аl - Si":

1 - без модифікування; 2 - з модифицированием

усадочноюраковини. Велика пористість - наслідок широкого інтервалу кристалізації, тобто великої різниці між температурами ликвидус і солидус (див. рис. 8.4). Мінімальну усадку мають олов'яні бронзи (0,8% при лиття в піщані форми і 1,4% при литті під тиском).

Мала усадка поряд з високу корозійну стійкість обумовлює їх основне застосування - художнє лиття (пам'ятники і т.п.). У машинобудуванні литі бронзи використовують як антифрикційний матеріал в парах ковзання. Пори є маслозадержівающімі ємностями. Наявність мастила в зоні тертя зменшує коефіцієнт тертя і тим самим знос деталей пари, що треться.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >