Приведите характеристику литейных свойств сплавов; укажи их влияние на качество отливок. Опишите принципы конструирования отливок с учетом литейных свойств.

Для изготовления отливок применяют различные литейные сплавы: чугуны (серые, высокопрочные, ковкие и с особыми свойствами), углеродистые и легированные стали, цветные литейные сплавы (медные, алюминиевые, магниевые, вольфрамовые, титановые и др.).

Использование сплава в жидком состоянии дает возможность придавать ему почти любую желаемую форму. Технологическими свойствами сплавов, определяющими возможность получения качественных отливок являются литейные свойства сплава. К числу основных литейных свойств относятся жидкотекучесть, усадка (линейная объемная), склонность к газопоглощению, склонность к ликвации, склонность к образованию трещин.

Жидкотекучесть – способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии течь по каналам литейной формы, заполнять ее полностью и четко воспроизводить контуры отливки. Жидкотекучесть зависит от химического состава сплава, температуры заливаемого в форму сплава, теплопроводности и теплоемкости формы.

Усадка – уменьшение объема металла и линейных размеров отливки в процессе ее кристаллизации и охлаждении в твердом состоянии. Различают объемную и линейную усадку. Объемная усадка сопровождается уменьшением объема металла при кристаллизации, и поэтому в массивном сечении отливки может образовываться усадочная пористость или концентрированная усадочная раковина. Устраняют усадочную раковину установкой прибыли или холодильников в массивном сечении отливки. Линейная усадка сопровождается уменьшением линейных размеров при охлаждении затвердевшей отливки. На усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конфигурация отливки, конструкция и материал литейной формы. Величина линейной усадки различных сплавов равна: для сталей – 2,0 - 2,8 %, для чугунов – 1,0 – 2,0 %, для алюминиевых сплавов – 1,1 - 1,8 %. Линейную усадку учитывают при изготовлении модели, увеличивая ее размеры, по сравнению с отливкой. При получении сложных по конфигурации отливок выступающие части формы и стержня противодействуют усадке, вызывая механическое торможение усадки.

Кроме того, при охлаждении отливки, имеющей значительную разницу в толщине отдельных сечений, возникает термическое торможение усадки из-за неравномерного остывания. Возможно также одновременное действие механического и термического торможения усадки.

Механическое и термическое торможение усадки вызывает возникновение в остывающей отливке внутренних (литейных) напряжений. При механическом торможении могут появиться «горячие» трещины, возникающие в области высоких температур (когда сплавы имеют низкую прочность). Термическое торможение усадки обычно приводит к образованию «холодных» трещин или короблению отливок из- за больших термических напряжений.

Ликвация – неоднородность химического состава по сечению отливки. Различают зональную и дендритную ликвацию. Зональная ликвация – это химическая неоднородность в различных частях отливки.

Дендритная ликвация – это химическая неоднородность в пределах одного зерна (дендрита) сплава. Ликвация зависит от химического состава сплава, конфигурации отливки, скорости охлаждения и других факторов.

Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы, причем их растворимость растет с увеличением температуры расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость уменьшается и в результате их выделения в отливке могут образовываться газовые раковины и поры. Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы. Для уменьшения газонасыщенности сплава применяют плавление в вакууме или в среде инертных газов и другие методы.

Изменение линейных размеров отливки, в период охлаждения, имеет важное значение для получения изделий заданных геометрических размеров. При охлаждении линейные размеры отливки начинают изменяться с момента, когда на поверхности образовалась достаточно прочная твердая корка или скелет кристаллов, способных противостоять статическому давлению металла. Для сплавов, кристаллизующихся в интервале температур, начало линейной усадки соответствует образованию 75-95 % твердой фазы; для чистых металлов температура начала линейной усадки совпадает с температурой кристаллизации.

Принципы конструирования отливок с учетом литейных свойств

Минимальную толщину необрабатываемых стенок отливок, обеспечивающую заполнение песчаной формы расплавленным металлом, определяют (по специальным диаграммам) в зависимости от габаритных размеров (длины, ширины, высоты) отливки, мм.

Толщину внутренних стенок и рёбер принимают на 10… 20% меньше толщины наружных стенок.

Получение отливок без усадочных дефектов достигается созданием конструкции отливок с равномерной толщиной стенок без большого скопления металла в отдельных местах. Равномерность толщины стенки и скопления металла определяют диаметр вписанной окружности (рис. 4,а, б). Желательно, чтобы соотношение диаметров вписанных окружностей в близко расположенных сечениях не превышало 1,5.

Это достигается уменьшением радиуса галтели с помощью углублений в стенках отливки (рис.4, в); смещением одной стенки (рис.4, г); если это невозможно, то следует предусмотреть отверстие (рис. 4, д).

Отливки, затвердевающие одновременно, должны иметь равномерную толщину стенок сплавными переходами (рис. 4, а). Принцип одновременного затвердевания применяют при конструировании мелких и средних тонкостенных отливок из чугуна и других сплавов.

При направленном затвердевании (рис 4, б) верхние сечения отливок питаются от прибылей. Принцип направленного затвердевания применяют при конструировании литых деталей с повышенными требованиями по плотности и герметичности отливок, работающих под давлением.

Рисунок 4

Задание 2