Механические свойства литейных сплавов

При проектировании детали в первую очередь учитывают механические свойства сплава. Основными механическими свойствами сплава являются предел его прочности при растяжении и относительное удлинение, определяющее пластичность сплава. Их значение для различных сплавов показано на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Прочность и пластичность различных сплавов.

Углеродистые стали обладают большей пластичностью и достаточно высокой прочностью. Максимальной прочностью обладают легированные стали и высокопрочный чугун, но при этом они характеризуются малой пластичностью. Плохой пластичностью обладает серый чугун (удлинение 0,25%). Малая прочность магниевых и алюминиевых сплавов, но у них небольшая плотность, что значительно облегчает изделие. Медные сплавы имеют довольно высокую прочность, пластичность, но являются дорогостоящими.

Процесс кристаллизации

Кристаллизация металла происходит от поверхности формы вглубь отливки. При неправильно выбранной конструкции отливки, возможно снижение ее механических свойств из-за расположенных кристаллов и образование пористости.

При конструировании литой детали следует учитывать ход процесса затвердевания отливки. В отливках из сплавов, имеющих большую усадку и ликвацию необходимо, чтобы затвердевание происходило снизу вверх, вследствие чего усадочная раковина, а также ликвирующие включения перемещаются в верхнюю часть отливки, где устанавливается прибыль (рис.4.3.).

Рис. 4.3. Образование усадочной раковины в отливке:

1 – усадочная раковина; 2 – прибыль; 3 – усадочная пористость; 4 – отливка.

 

После заливки металл затвердевает послойно, начиная от стенок формы. При затвердевании и охлаждении уменьшается объем металла, поэтому уровень жидкого металла в прибыли опускается, и последующие слои в ней затвердевает на более низких уровнях. Так как в прибыли металл затвердевает в последнюю очередь, именно в ней образуется усадочная раковина (1). В зоне (3) металл охлаждается медленно, вследствие чего в этой зоне образуется усадочная пористость.

Толщина стенок стальных отливок имеет критическую величину, после достижения которой, прочность отливки увеличивается непропорционально этой толщине.

Для стали, содержащей 0,1% С, критическая толщина стенок составляет 11 мм, для стали 0,2% С – 13 мм; для стали 0,3% С – 18,5 мм; для стали 0,4% С – 39 мм. С увеличением толщины стенок отливок из серого чугуна, удельная прочность металла всегда снижается.

Повышение прочности детали, при минимальном расходе металла, возможно при правильном подборе геометрических форм сечения отливок.

 

Формовочные материалы

Для изготовления разовых литейных форм приготавливают специальные формовочные и стержневые смеси из различных основных и вспомогательных формовочных материалов.

Основные формовочные материалы:

1) формовочные пески – природные смеси, состоящие из мелкораздробленного кварца 90-98% и глины определенной зернистости, которые получаются в результате разрушения первичных горных пород – гранита, базальта, диабаза и т.д. В литейном производстве наиболее часто используют кварцевый песок (SiO₂), обладающий высокой огнеупорностью (Т_пл.= 1700⁰ С).

2) формовочные глины – горная порода размером частиц до 0,001 мм, которая в своем естественном состоянии после увлажнения переходят в желеобразное состояние (гель) и обладают высокой пластичностью.