Ливарні властивості сплавів

Отримання якісних відливок без раковин, тріщин та інших дефектів залежить від ливарних властивостей сплавів, які проявляються при заповненні форми, кристалізації та охолодженні відливок у формі. До основних ливарних властивостей сплавів відносять: рідкоплинність, усадку сплавів, схильність до утворення тріщин, газопоглинання, ліквацию.

Рідкоплинність – здатність розплавленого металу текти по каналах ливарної форми, заповнювати її порожнини і чітко відтворювати контури відливки.

При високій рідкотекучесті сплави заповнюють всі елементи ливарної форми. Рідкоплинність залежить від багатьох факторів: від температурного інтервалу кристалізації, в'язкості та поверхневого натягу розплаву, температури заливки у форми, властивостей форми й ін. Чисті метали і сплави, що затвердівають при постійній температурі, мають кращу рідкоплинність, ніж сплави, що затвердівають в інтервалі температур (тверді розчини). Чим вище в'язкість, тим менше рідкоплинність. Зі збільшенням поверхневого натягу рідкоплинність знижується. З підвищенням температури заливки розплавленого металу і форми рідкоплинність поліпшується. Збільшення теплопровідності матеріалу форми знижує рідкоплинність. Так, піщана форма відводить теплоту повільніше, і розплавлений метал заповнює її краще, ніж металеву форму. Наявність неметалевих включень знижує рідкоплинність. Так само впливає хімічний склад сплаву (зі збільшенням вмісту сірки, кисню, хрому рідкоплинність знижується; зі збільшенням вмісту фосфору, кремнію, алюмінію, вуглецю рідкоплинність збільшується).

Усадка – властивість металів і сплавів зменшувати об'єм при охолодженні у розплавленому стані, у процесі затвердіння та у затверділому стані при охолодженні до температури навколишнього середовища. Зміна об’єму залежить від хімічного складу сплаву, температури заливання, конфігурації відливки.

Розрізняють об'ємну і лінійну усадку. В результаті об'ємної усадки з'являються усадочні раковини та усадкова пористість в масивних частинах відливки.

Для попередження утворення усадочних раковин встановлюють додаткові резервуари з розплавленим металом, а також зовнішні чи внутрішні холодильники.

Лінійна усадка визначає розмірну точність отриманих відливок, тому вона враховується при розробці технології литва і виготовлення модельної оснастки.

Лінійна усадка становить: для сірого чавуну – 0,8–1,3 %; для вуглецевих сталей – 2–2,4 %; для алюмінієвих сплавів – 0,9–1,45 %; для мідних сплавів – 1,4–2,3 %.

Газопоглинання – здатність ливарних сплавів у розплавленому стані розчиняти водень, азот, кисень та інші гази. Ступінь розчинності газів залежить від стану сплаву: з підвищенням температури твердого сплаву збільшується незначно; зростає при плавленні; різко підвищується при перегріві розплаву. При затвердінні і наступному охолодженні розчинність газів зменшується, у результаті їх виділення у відливці можуть утворитися газові раковини і пори. Розчинність газів залежить від хімічного складу сплаву, температури заливання, в'язкості сплаву і властивостей ливарної форми.

Ліквація – неоднорідність хімічного складу сплаву в різних частинах відливки. Ліквація утворюється у процесі затвердіння відливки, за різної розчинності окремих компонентів сплаву у його твердих і рідких фазах. У сталях і чавунах помітно ліквують сірка, фосфор і вуглець.

Розрізняють ліквацію зональну, коли різні частини відливки мають різний хімічний склад, і дендритну, коли хімічна неоднорідність спостерігається у кожному зерні.

Ливарні сплави

Чавун є найбільш поширеним матеріалом для отримання фасонних відливок.Чавунні відливки складають близько 80 % всіх відливок.

Широке поширення чавун отримав завдяки хорошим технологічним властивостям і відносній дешевизні. Із сірого чавуну отримують найдешевші відливки (у 1,5 рази дешевші, ніж сталеві, у кілька разів – ніж з кольорових металів). Область застосування чавунів розширюється внаслідок безперервного підвищення його міцності і технологічних характеристик. Використовують сірі, високоміцні, ковкі і леговані чавуни.

Сталь як ливарний матеріал застосовують для одержання відливок деталей, які поряд із високою міцністю повинні мати хороші пластичні властивості. Чим відповідальніше машина, тим більш значна частка сталевих відливок, що йдуть на її виготовлення. Сталеве литво становить: в тепловозах – 40–50 % від маси машини; в енергетичному і важкому машинобудуванні (колеса гідравлічних турбін з масою 85 тонн, іноді кілька сотень тонн) – до 60 %.

Сталеві відливки після відповідної термічної обробки не поступаються за механічними властивостями поковкам.

Використовуються: вуглецеві сталі 15Л – 55Л; леговані сталі 25ГСЛ, 30ХГСЛ, 110Г13Л; нержавіючі сталі 10Х13Л, 12Х18Н9ТЛ та ін.

Серед ливарних матеріалів із сплавів кольорових металів широке застосування знайшли мідні та алюмінієві сплави.

Мідні сплави. Латуні – найбільш поширені мідні сплави. Для виготовлення різної апаратури для підшипників, натискних гвинтів і гайок прокатних станів, морського суднобудування, деталей, що працюють при температурі 300 °С, втулок і сепараторів, гребних гвинтів застосовують високолеговані латуні. Вони мають гарну зносостійкість, антифрикційні властивості, корозійну стійкість.

З олов'яних бронз (БрО3Ц7С5Н1) виготовляють арматуру, шестерні, підшипники, втулки.

Безолов'яні бронзи за деякими властивостями перевершують олов'яні. Вони мають більш високі механічні властивості, антифрикційні властивості, корозійну стійкість. Однак ливарні властивості їх гірші. Застосовують для виготовлення гребних гвинтів великих суден, важко навантажених шестерень і зубчастих коліс, корпусів насосів, деталей хімічної та харчової промисловості.

Алюмінієві сплави. Відливки із алюмінієвих сплавів складають близько 70 % кольорового литва. Вони мають високу питому міцність, високі ливарні властивості, корозійну стійкість у атмосферних умовах. Найбільш високими ливарними властивостями володіють сплави системи алюміній – кремній (Al–Si) – силуміни АЛ2, АЛ9. Вони широко застосовуються у машинобудуванні, автомобільній й авіаційній промисловості, електротехнічній промисловості.

Також використовуються сплави систем: алюміній – мідь, алюміній – мідь – кремній, алюміній – магній.

Магнієві сплави мають високі механічні властивості, але їх ливарні властивості невисокі. Сплави системи магній – алюміній – цинк – марганець застосовують у приладобудуванні, у авіаційній промисловості, у текстильному машинобудуванні.

Порядок виконання роботи

1. Вивчити теоретичні відомості.

2. Визначити спосіб виготовлення методом лиття деталі, запропонованої викладачем.

3. Описати ливарні властивості сплаву.

Зміст звіту

1. Найменування роботи, мета й устаткування.

2. Основні положення теоретичних відомостей.

3. Описання способу виготовлення деталі та ливарних властивостей сплаву.

Контрольні питання

1. Види відливок.

2. Що відноситься до ливарних властивостей сплавів?

3. Що називають усадкою і які її види?

4. Властивості і застосування ливарних сплавів із кольорових металів (мідних, алюмінієвих і магнієвих).

5. Які сплави мають найвищі ливарні властивості?

Література: [1, 2].

 

Лабораторна робота № 2