Литейные свойства сплавов. Сравните литейные свойства сталей, чугунов, бронз и силуминов.

 

В производстве отливок важную роль играют литейные свойства сплавов, обеспечивающие хорошее заполнение литейной формы и получение отливок без дефектов — раковин, трещин и др. К основным литейным свойствам сплавов относятся: жидкотекучесть, заполняемость, усадка и ликвация.

Заполнение литейных форм является сложным гидродинамическим и физико-химическим процессом. Главным фактором, определяющим уровень жидкотекучести, являются свойства сплава в жидком состоянии: теплофизические свойства, особенности кристаллизации, вязкость, окисляемость.

На жидкотекучесть влияют условия плавки и заливки, перегрев металла, насыщение металла посторонними включениями, условия подвода металла к форме.

Например, чем выше температура заливки сплава, тем больше его жидкотекучесть. Жидкотекучесть чугуна увеличивается с увеличением содержания в нем фосфора, кремния и углерода. Сера и марганец понижают жидкотекучесть.

 

Заполняемость характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил.

Заполнение тонких сечений отливок — это процесс взаимодействия металла и формы. Иногда этот процесс называют формовоспроизведением или формозаполнением.

Заполняемость обусловлена рядом факторов:

1) поверхностным натяжением сплава и смачиваемостью формы;

2) вязкостью сплава, связанной с его теплофизическими свойствами;

3) температурным интервалом кристаллизации;

4) формой и размерами первичных кристаллов;

5) склонностью сплава к пленообразованию;

6) теплофизическими свойствами формы;

7) способом заливки металла;

8) конструктивными особенностями литниковой системы;

9) наличием газов в форме и условиями ее вентиляции.

 

Усадка — это уменьшение объема сплава, залитого в форму, при его охлаждении. Уменьшение объема сплава при охлаждении до температуры затвердевания и при затвердевании называется объемной усадкой. Уменьшение линейных размеров отливки по сравнению с размерами модели называется линейной усадкой.

Значение усадки сплава в литейной форме зависит от его химического состава, конфигурации отливаемого изделия, температуры заливки в форму, скорости охлаждения в форме и других факторов. Среднее значение линейной усадки серого чугуна около 1%, стали — 2%, медных сплавов — 1,5%.

Усадка — отрицательное явление, потому что при ней изменяются объем и размеры изготовляемых отливок, она является причиной образования в отливках усадочных раковин, пористости, внутренних напряжений, вызывающих появление коробления и трещин.

Ликвация — неоднородность химического состава сплава в различных частях сечения отливки, возникающая при его кристаллизации. Наиболее заметна ликвация в массивных сечениях отливки.

Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава увеличивается незначительно; возрастает при плавлении; резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы.

 

Чугун отличается от стали кроме прочего, именно своими более хорошими литейными свойствами, поэтому чугун является самым распространённым материалом для изготовления отливок. Линейная и объёмная усадка у чугунов обычно меньше, чем у сталей, а жидкотекучесть - выше. Линейная усадка серого чугуна составляет 0,8-1,3%.К отличным литейным свойствам серого чугуна добавляется немаловажный экономический фактор: дешевизна самого материала. Правда, несмотря на это в последнее время имеет место тенденция замены дешёвого серого чугуна на более дорогие и качественные чугуны с шаровидным и вермикулярным графитом (переход от количества к качеству). Например, хорошие литейные свойства чугуна с вермикулярным графитом дают возможность получать из него высококачественные сложные фасонные тонкостенные и массивные отливки массой от килограмма до нескольких тонн.Придать требуемые литейные свойства расплаву чугуна или стали можно при помощи специальной обработки - модифицирования. Правильно подобранный модификатор способен положительно влиять на литейные свойства чугуна. При этом некоторые элементы ухудшают литейные свойства чугунов, оказывая при этом положительное влияние на другие характеристики, поэтому необходим правильный рациональный подбор модификатора и режимов модифицирования для решения задач.

 

Бронза — сплав меди с оловом, свинцом, кремнием, марганцем и некоторыми другими элементами. Бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, жидкотекучестью и высокими антифрикционными свойствами. В зависимости от легирующих элементов, входящих в сплав, бронзы делят па оловянные, алюминиевые, марганцевые, кремниевые, свинцовые и др.

Оловянная бронза имеет повышенную коррозионную стойкость, жидкотекучесть и обладает хорошими антифрикционными свойствами.

Алюминиевая бронза по сравнению с оловянной имеет большую пластичность, коррозионную стойкость и лучше сопротивляется износу, но обладает более низкими литейными свойствами.

Марганцевая бронза обладает пластичностью, хорошо сопротивляется коррозии, но имеет сравнительно невысокие механические свойства

Кремниевая бронза характеризуется высокой пластичностью и хорошими литейными свойствами.

Бериллиевая бронза обладает высокой упругостью, износоустойчивостью и твердостью.

 

Силумин — сплав алюминия с кремнием до 14%, обладает хорошими литейными свойствами и широко применяется для всевозможных отливок.

Силумин сравнивают по свойствам с нержавеющей сталью.

Материал силумин почти столь же прочен и устойчив к коррозии. От разрушения сплав защищает оксидная пленка, образующаяся на поверхности в окислительных средах, то есть, в присутствии кислорода.

Выигрывает силумин и по пластичности. Сплав легко повторяет самые сложные формы, заполняя их равномерно. В итоге, литье силумина упрощается, а значит, и удешевляет процессы производства.