ТЕМА 4. Основы технологии литейного производства

Общие сведения получения литых заготовок и деталей

Сущность литейного производства состоит в получении отливок – литых металлических изделий путем, заливки расплавленного металла или сплава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали.

Свидетельством высокого искусства российских литейщиков – умельцев является «Царь-пушка» – чугунная отливка массой около 39 т, изготовленная Андреем Чеховым в 1585 г., и «Царь-колокол» – бронзовая отливка массой около 200 т. Изготовленная Михаилом Маториным в1735году.

Технологический процесс литейного производства складывается из нескольких этапов, один из них осуществляется параллельно друг другу, другие последовательно. Наиболее распространенная схема технологического производства приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема технологического процесса литейного производства.

В настоящее время существуют более ста различных способов изготовления литейных форм и получения отливок. Наибольшее распространение получил способ литья в песчанно-глинистых формах – 75 % от всей массы чугунных и стальных отливок, остальные 25 % приходятся на специальные (особые) способы литья, такие как литье в кокиль, центробежное литье, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы.

В современной технике наиболее распространенными литейными сплавами являются:

- серый чугун 64 %;

- углеродистая сталь 16,6 %;

- легированная сталь 6,7 %;

- цветные металлы и сплавы 4,2 %.

В авиационной промышленности наряду с производством литья из алюминиевых и медных сплавов все более развивается производство стального литья из коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, а также литья из титановых сплавов.

Наиболее нагруженные детали реактивных двигателей (лопатки турбин, соплового аппарата и др.) могут быть изготовлены только литьем из металлов и сплавов, которые наряду с механическими должны обладать также литейными свойствами.

 

Литейные свойства сплавов

Литейные свойства сплавов включают в себя совокупность физических и физико-химических свойств сплавов, которые проявляются в условиях литейного производства. Основными литейными свойствами сплавов являются жидкотекучесть, усадка, ликвация, склонность к газопоглощению и трещинообразованию.

Жидкотекучестью называется способность расплава заполнять литейную форму, точно воспроизводя все ее контуры. Жидкотекучесть зависит от химического состава, температуры при заливке, а также наличия примесей и других факторов.

Так например с увеличением содержания серы (S), кислорода (О) и хрома (Сr) – жидкотекучесть снижается, а с повышением содержания фосфора (Р), кремния (Si), алюминия (Аl), углерода (С) – жидкотекучесть повышается.

Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем и линейные размеры при затвердевании и охлаждении отливки. Усадка является важнейшим литейным свойством, так как с ней связаны точность размеров, образование усадочной пористости и раковин, внутренних напряжений, коробления и трещин в отливке.

Объемная усадка определяется по формуле:

 

E₀ = U_ф – U_отл./ U_ф∙ 100 %;

E_л = L_ф – L_отл./ L_ф∙ 100 %,

где U_ф и U_отл – объем соответственно формы и отливки;

L_ф и L_отл – длина соответственно формы и отливки.

Для предупреждения образования усадочной пористости и раковин устанавливают прибыли – дополнительные резервы с расплавленным металлом и холодильники. Для устранения неравномерного охлаждения и торможения усадки, вызывающие внутренние напряжения в отливках, предусматривают равномерную толщину стенок отливок, плавные переходы и устраняют конструктивные элементы, затрудняющие усадку сплава.

Ликвацией называют химическую неоднородность затвердевающего сплава, которая влияет на механические свойства деталей.

В литейных сплавах различают два основных вида ликвации: зональная и дендритная.

Зональная ликвация – это химическая неоднородность поверхностных и центральных зон, верхних или нижних слоев отливки, которая практически не поддается устранению.

Дендритная ликвация – это химическая неоднородность в приделах одного зерна (дендрита) сплава. В большинстве случаев дендритная ликвация устраняется высокотемпературным отжигом отливок.

Склонностью к газопоглощению называется способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы и выделять их в период охлаждения, не образовывать газовые раковины и поры. Наиболее склонны к газопоглощению сплавы цветных металлов – алюминиевые, магниевые сплавы, титановые и другие. Для уменьшения газонасыщенности сплавов применяют плавку в вакууме или в среде инертных газов.

Склонность к трещинообразованию называется совокупность свойств, определяющих прочность отливки в период охлаждения металла в форме. Различают «горячие» трещины, появляющиеся в отливках при высоких температурах близких к температуре затвердевания, когда преобладают пластические свойства, и «холодные», проявляющиеся при низких температурах, когда преобладают упругие свойства.