3.3.2. Ливарні сплави

Загальний обсяг виробництва виливків у світі зі всіх спла­вів протягом кількох останніх десятиліть перебував у межах 70...80 млн т за рік (табл. 3.3.1 і рис. 3.3.1).

Таблиця 3.3.1

У ливарному виробництві широко використовують чавуни (чавун з пластинчастим графітом, чавун з кулястим графітом, ковкий чавун, чавун з вермикулярним графітом та ін.), сталі (вуглецеві й леговані) та меншою мірою сплави кольорових ме­талів на основі алюмінію, міді, цинку, магнію, титану тощо. З-поміж ливарних сплавів найпоширенішими в світовому мас­штабі (дані за 1970-1995 pp.) є чавуни — 76...80 % за масою. Виробництво виливків зі сталі становило 10... 16 % і мало тен­денцію до зменшення, а частка виливків зі сплавів кольорових металів невпинно зростала від 5 % у 1970 р. до 12 % в 1995 р.

Структура ливарних чавунів складається з металевої основи (матриці) та вкраплень графіту. Механічні властивості чавунів залежать від структури матриці (феритна, феритно-перлітна, перлітна) й форми графіту (пластинчаста, пластівчаста, куляста).

Рис. 3.3.1. Динаміка сумарного виробництва виливків у світі та окремих

країнах за період від 1950 до 1995 pp.:

1-у світі; 2-у Франції; 3 — в КНР; 4 — в Італії; 5 — в Японії; б — у США;

7 — в Англії; 8-у Німеччині; 9 — в Україні

З переходом від пластинчастої до кулястої форми графіту зрос­тає вплив матриці на механічні властивості виливків. Форма графіту зумовлює поділ чавунів на чавуни з пластинчастим гра­фітом, ковкі, чавуни з кулястим графітом та ін.

Чавуни з пластинчастим графітом найпоширеніші і найдешевші серед чавунів, мають добрі ливарні властивості (див. п. 2.7.5).

Ковкі чавуни (див. п. 2.7.6) з вкрапленнями графіту компакт­ної форми з кошлатими краями мають підвищені механічні властивості порівняно з сірими, добре обробляються різанням й мають однорідні властивості в усьому об'ємі виливка. їх недо-

J? 1960 1970 1980 1990

Рік

Рис. 3.3.2. Частка виливків із чавуну з кулястим графітом, вироблених у світі (4), США (3), Японії (2), Франції (1) та Україні (5)

лік — висока вартість, зумовлена надмірними енерговитратами на відпал.

Чавун з кулястим графітом (див. п. 2.7.7) має серед чаву­нів найкращі механічні властивості, добрі ливарні показники й успішно конкурує з ковкими чавунами та сталями. Вперше ви­сокоміцний чавун у виробничих умовах був отриманий у 1949 р. Модифікування перегрітого металу за допомогою магнію, цезію або кальцію виконують у герметизованих ковшах, автоклавах, вагранках і безпосередньо в ливарних формах. Перед модифі­куванням рекомендується зменшити вміст сірки й кисню у рід­кому металі [19]. Залежно від вмісту цих домішок кількість магнію, що використовується для модифікації, становить 0,15...0,30 % [20, с. 145] маси чавуну. Доцільно вводити магній не у чистому вигляді, а у складі лігатур.

Особливо інтенсивно збільшується частка виливків у світі із чавуну з кулястим графітом — від 7 % у 1970 р. до 18 % у 1995 р. (рис.3.3.2). Цей показник істотно випереджали Франція, Япо­нія і США. У 1995 р. Франція виробила 38 % виливків із чавуну з кулястим графітом, Японія — ЗО %, США — 28 %, Україна — лише 2...3 %.

Сталь порівняно з сірим чавуном характеризується доброю зварюваністю, підвищеною міцністю (о"_в = 400...700 МПа) та пластичністю (8 = 11...24 %) [33]. Водночас вона має високу температуру плавлення, малу рідкоплинність і дає велику (до 2 %) лінійну усадку, внаслідок чого сталь схильна утворювати усадкові порожнини.

Для виготовлення виливків використовують конструкційні нелеговані сталі марок 15Л, 20Л, ЗОЛ, 35Л, 40Л, 45Л і 50Л та конструкційні леговані сталі марок 20ГЛ, 35ГЛ, 20ГСЛ, 20ХГНМФЛ, 45ФЛ, 12ХТГЗСЛ, ЗОХЗСЗГМЛ [33] тощо. В разі необхідності застосовують високолеговані сталі зі спеціальни­ми властивостями. Літера Л означає, що сталь лита. З литих сталей виливають станини вальцівних станів, зубчасті колеса, арматуру тощо.

Ливарні сплави алюмінію (див. п. 2.12.2.3) характеризуються низькою густиною, невисокою температурою плавлення, задо­вільною міцністю (с_в = 150...500 МПа) та пластичністю (5 = =0,5...12 %). Вони найпоширеніші серед ливарних сплавів ко­льорових металів і потреба в них постійно зростає. Особливо широко застосовуються ці сплави у транспорті, де зниження маси дає змогу заощаджувати значну кількість палива. Відпо­відно до стандарту [34] ливарні сплави алюмінію поділяють на п'ять груп: силуміни (сплави першої групи), мідні силуміни (сплави другої групи), сплави третьої групи (на основі А1 і Си), магналії (сплави четвертої групи на основі А1 і Mg) і сплави п'ятої групи (на основі А1 — інші компоненти).

Сплави міді: ливарні латуні (див. п. 2.13.2.1) і ливарні брон­зи (див. п. 2.13.2.2) мають задовільні ливарні властивості, до­волі високу міцність і антифрикційні властивості, значну коро­зійну тривкість і добру оброблюваність різанням. Прості латуні як ливарні сплави не використовуються з огляду на незадовіль­ні ливарні властивості. Міцність ливарних латуней і бронз ко­ливається в межах о"_в =150...170 МПа, відносне видовження б = 2...20 % [35-37].

Сплави магнію [38] характеризуються невеликою густиною (1,8... 1,9)-10³ кг/м³, порівняно невисокою міцністю (с_в = =120...260 МПа) і пластичністю (5 = 1...6 %). Вони легко окси­дуються у рідкому та твердому станах. Ливарні властивості спла-

вів магнію гірші, ніж сплавів алюмінію. Однак, зважаючи на значну питому міцність магнієвих сплавів, їх застосовують в авіації, автомобілях і приладах. Сплави магнію легують алюмі­нієм (3...10 %) — марки МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6 — або цинком (0,1...7,0 %) і цезієм (0.4..ЛД %) — марки МЛ8, МЛ10, МЛ12, МЛ15.

Ливарні сплави титану (див. п. 2.12.7) характеризуються високою питомою міцністю, корозійною тривкістю та зварюва­ністю. Водночас вони погано обробляються різанням і мають високу реакційну здатність у розплавленому стані. Ці сплави застосовують у літако- й ракетобудуванні, в хімічній та харчо­вій промисловості, в медицині й побуті.